电磁式弹簧刚度连续可调消振方法和消振器

摘要

本发明涉及一种电磁式弹簧刚度连续可调的消振器方法和消振器，它利用电磁弹簧代替传统动力消振器中的机械弹簧，根据振动物体的振动频率，调节电磁弹簧中的励磁电流，即可改变电磁弹簧的弹簧刚度，达到消振目的，本发明经实施，在变频条件下的消振效果令人十分满意。

说明书

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本发明属振动控制及消振器领域。

众所周知，在振动物体上加装一个无阻尼的、仅由弹簧和质量组成的附加振动系统，只要该系统的固有频率与振动物体的振动频率相等，即可有效地消除振动体的振动（理论上可使其完全不振）。该附加系统就是人们所熟悉的动力消振器（见图1）。但传统的动力消振器，由于其固有频率固定不变，不可调节，更不能进行频率跟踪控制，它只能用于振动频率固定不变的特殊场合。对于那些更为常见的，振动频率经常改变的场合，传统的动力消振器不仅起不到良好的消振作用，往往反而会使振动变得更复杂。这就大大限制了传统动力消振器的使用范围。

本发明的目的是用一种其刚度连续可调的电磁弹簧来部分地代替传统动力消振器中的机械弹簧，调节电磁弹簧中励磁线圈的电流，即可改变电磁弹簧的刚度，从而得到所需的与振动物体的频率相同的固有频率，达到消振的目的。

本发明的具体内容是，改变传统的消振方法，在消振物体上附加一个机械弹簧和一个电磁弹簧，电磁弹簧由励磁线圈、定子、动子组成，励磁线圈通电后，定子与动子之间产生磁拉力，磁拉力的大小、方向与定子、动子之间的偏离方向、偏离距离有关，磁拉力的作用是消除偏离量，使定子、动子恢复到平衡位置，根据振动物体的频率，调节电磁弹簧中的励磁电流，即可改变电磁弹簧的刚度，达到消振的目的。

利用新的消振方法，本发明设计了一种新的消振器，它由机械弹簧、含定子与动子的电磁弹簧与轴承组成。这种消振器（2）与测振传感器（3）、信号放大器（4）、监频器（5）、频率电压转换控制器（7）及功率放大器（6）共同组成频率跟踪消振系统（图2）。

附图说明：

图1：传统消振器

图2：频率跟踪消振系统

图3：电磁式固有频率连续可调消振器

图4：消振器的另一种方案

图5：消除扭转振动的消振器

图6：消除扭转振动的消振器的另一种方案

图7：消振器的弹簧支承片

图8：消振器的安装方式

下面结合附图，详细介绍发明内容。

本发明由定子、动子、励磁线圈、弹簧和轴承组成（见图3）。定子11与动子12借助于两个轴承8和两组弹簧9构成可动联接。定子与动子的磁路部分均用良导磁材料制成。由励磁线圈13进行励磁。定子与动子的工作表面之间留有一微小的气隙。当线圈通电后，磁力线通过两个气隙在定、动子之间形成一个封闭回路。由于在定子与动子工作表面上沿轴线方向均分布有齿宽、齿距和齿数相同的矩形齿圈，定子和动子的齿面之间会产生磁拉力。该磁拉力的大小和方向与定、动子的齿偏离距离和偏离方向有关。当定子和动子的齿完全对准时，磁拉力为零，这个位置称为稳定平衡位置。在定子和动子齿的偏离量△S小于±1/4齿距T的范围内，磁拉力随偏离量△S的增大而增大，而磁拉力的方向则与定、动子齿的偏离方向相反，其作用是力图消除定、动子的偏离量，使其回复到稳定平衡位置。这正与机械弹簧的特性相仿，故称电磁弹簧。通过调节励磁电流，可很方便地改变电磁弹簧的弹簧刚度。励磁线圈13可固定在动子上，也可固定在定子上。两个滚动轴承8的作用是允许动子和定子之间沿轴向作相对运动而又保持其隙大小不变，并且可减小定子与动子之间的摩擦阻力。机械弹簧9的作用有两个：1.在消振器不工作时，使定子与动子相互处于稳定平衡位置;2.它与电磁弹簧并联，构成消振器总的弹簧刚度。机械弹簧的弹簧刚度应这样来选取，当电磁弹簧刚度为零（励磁电流为零）时，机械弹簧与动子质量所构成的固有频率应等于或略小于被控对象的最低振动频率。这样可减小电磁弹簧刚度的调整范围，简化消振器的设计，缩小消振器的体积。防转销10的作用是防止定子与动子之间相对转动。亦可以用如图7的弹簧支承片代替消振器中的轴承、机械弹簧和防转销，它集三者功能于一身，使动子通过弹簧支承片与定子构成可动联接，如图4。消振器的定子和动子的位置可以互相调换，即将图3中的件11作为动子，而将件12作为定子。

本发明使用时，应将定子与被消振对象1固联接在一起，根据使用场合和使用条件的不同，消振器的安装方式可采用悬挂式（图8a），座落式（图8b）或双向消振，即用两个消振器（图8c）。

本发明包括图3、图4所示的直线振动消振器和图5、图6所示的扭转振动消振器。扭转振动消振器的工作原理与直线振动消振器相同，唯其定子和动子上的齿是沿圆周分布的，弹簧改用扭簧15并且取消防转销。

消振器的具体结构参数（如动子的质量、弹簧的大小和数量及其分布方式、励磁安匝数等等）均需根据使用条件来确定，通常通过专门计算来决定。

本发明已由发明者实施过，实验证明在变频条件下的消振效果令人十分满意。

电磁式扭转消振器实施实例：

1.利用一个三相步进电机的一相作为可变频消振器进行变频率消振实验。

2.消振器定子直径（气隙处工作表面直径）Φ20mm

定子齿数    40个

齿距角    9°

定子齿长度    20mm

气隙    0.1mm

最大励磁安匝数    350安匝

最大磁力矩    1200克厘米

不加机械弹簧

消振器固有频率调整范围    0～27HZ

3.实验结果：

不加消振器（即不对消振器进行励磁）时的原始振动：在激振频率由0～27HZ的范围内最大振幅72μ（测量点的弧长）。

加消振器后，在同一频率范围内最大振幅为：6.5μ。

有效消振率为：72-6.5/72×%＝91%