自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器.pdf

本发明涉及一种自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，属于机械工程振动领域。该减振系统主要由作为惯性质量块的柱状永磁铁、磁簧结构和阻尼组成，磁簧结构的回复力由柱状永磁铁和励磁线圈产生的磁场吸引力提供，位于圆管中部外侧的感应线圈采集外界振动能并将采集的电能实时供给励磁线圈，实现磁簧刚度的调节，该减振器的阻尼主要由感应线圈产生的电磁阻尼和磁性液体的粘性阻尼组成。通过磁簧刚度调节减振系统的固有频率，使其不断接近激振源的振动频率，增大惯性质量块与壁面间的相对位移量，增加采集能，增大阻尼，进而增强减振效果。该减振器结构设计简单，具有自适应变刚度特性，减振性能优良。

权利要求书
1.  自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，该装置包括：端盖(1)、导管(2)、柱状永磁铁(3)、磁性液体(4)、感应线圈(5)、能量管理电路(6)、励磁线圈(7)、衔铁(8)、固定板(9)；
上述各部分之间的连接：位于导管(2)外部并与之刚性连接的固定板(9)上固定有含衔铁(8)的励磁线圈(7)，该励磁线圈(7)与导管(2)外壁缠绕的感应线圈(5)通过能量管理电路(6)相连接，导管(2)内放置了吸附有磁性液体(4)的柱状永磁铁(3)，导管(2)两端分布有端盖(1)。
其特征在于：利用励磁线圈(7)将采集到的部分振动能实时转换为磁能，使得磁能对应的磁场与柱状永磁铁(3)间产生变化的磁吸引力，并作为磁簧结构的回复力，该磁簧刚度与外界振动具有一定的自适应性。另外，该直线阻尼减振器的阻尼主要由电磁阻尼和粘性阻尼组成。

2.  根据权利要求1所述的自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述端盖(1)、导管(2)和固定板(9)均为非导磁材料。

3.  根据权利要求1所述的自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述励磁线圈(7)与柱状永磁铁(3)的轴线平行，且励磁线圈(7)内所产生电磁场的等效磁极和柱状永磁铁(3)对应的同名磁极方向相反。

4.  根据权利要求1所述的自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述能量管理电路(6)主要实现电能的交直流转换。

说明书自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器
技术领域
本发明涉及一种自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，该减振器为一种被动阻尼减振系统，属于机械工程振动领域。
背景技术
磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中形成的稳定胶态悬浮液，磁性液体二阶浮力原理是指磁性液体可以将沉浸在其中的比重比其自身大的永久磁铁悬浮起来。磁性液体可被看做一种自助的润滑剂，能够随永磁体一起运动，永磁体无需耗能而被悬浮，且运动过程受到较低的摩擦力作用。这样使得吸附有磁性液体的永磁体对外界振动所引起惯性力响应的敏感度较高。
磁性液体可应用于阻尼减振，磁性液体阻尼减振是一种新型的减振方式，对惯性力的敏感度较高，且具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。磁性液体阻尼减振器为被动阻尼减振系统，该类减振器大多结构固定，对应的固有频率不可调，不具备对外界振动的自适应性。在设计磁性液体减振器过程中通常需要考虑被减振对象的振动频率，进而有针对性的设计减振器，因为仅当减振器的振动频率接近被减振对象的固有频率时，减振效果最优。然而常见的外界振动具有不确定性，其振动频率随机变化，使得常见具有固定频率的磁性液体减振器自适应性较差，相应减振效果受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种减振效果优良的自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，该减振器具有刚度调节自适应性，自身振动频率可调的特性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，该装置由端盖、导管、柱状永磁铁、磁性液体、感应线圈、能量管理电路、励磁线圈、衔铁、固定板组成。
该被动阻尼减振器系统由惯性质量块、磁簧结构和阻尼组成。其中惯性质量块为两端面吸附有磁性液体的柱状永磁铁，由磁性液体的二阶浮力原理可知柱状永磁铁在磁性液体所提供的磁压力作用下被悬浮于导管内，且不与导管内壁接触，导管两端有端盖，用于防止惯性质量块从导管内滑落。由于磁性液体的润滑作用，柱状永磁铁作为惯性质量块响应外界振动的灵敏度较高。该磁簧结构主要由柱状永磁铁和励磁线圈组成，其恢复力具体由励磁线圈所产生的磁场和柱状永磁铁的磁场间的吸引合力提供，其中柱状永磁铁位于导管内，励磁线圈位于导管外，二者通过固定板刚性连接，轴线平行，且励磁线圈内所产生的电磁场方向的等效磁极和柱状永磁铁对应的同名磁极方向相反。该减振器的阻尼主要由粘性阻尼和电磁阻尼组成，其中粘性阻尼为磁性液体随柱状永磁铁运动时与导管内壁面间的粘性力引起，而电磁阻尼由位于导管外壁采集振动能的感应线圈所引起的磁力产生。
励磁线圈所产生的磁场受控于外界振动能，主要通过感应线圈对 振动能的采集而实现。感应线圈所采集的电能需经能量管理电路实现AC/DC转换后供给给励磁线圈，使得励磁线圈产生大小变化，方向恒定的磁场。另外，为了增加感应磁场的强度，特在励磁线圈中间增设了一块衔铁。
该减振器分别采用感应线圈和励磁线圈实现振动能向磁能的转变，引起励磁线圈磁场与外界振动的相关性，以此增强减振器固有频率对外界振动的自适应性，实现高效减振的目的。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
采用感应线圈代替永磁体为作为惯性质量块的柱状永磁铁提供磁吸引力，该吸引力为磁簧的恢复力，且能够响应外界振动而变化，使其固有频率响应外界振动而进行自调节，并不断接近外界振动频率，表现出一定的自适应性；另外，该减振器的阻尼除粘性阻尼外，还有电磁阻尼。基于以上两点，该减振器能够实现高效减振的目的。
附图说明
图1为本发明的剖视图。
图中：端盖1、导管2、柱状永磁铁3、磁性液体4、感应线圈5、能量管理电路6、励磁线圈7、衔铁8、固定板9。
图2为该减振器自适应减振原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
该减振器为一种自适应变刚度直线磁性液体阻尼减振器，其结构剖视图如图1所示，其结构包括：端盖1、导管2、柱状永磁铁3、 磁性液体4、感应线圈5、能量管理电路6、励磁线圈7、衔铁8、固定板9；
该减振器的自适应性主要由位于导管2外部的励磁线圈7来实现，励磁线圈7与导管2通过固定板9刚性连接，二者轴线平型，为了增加感应磁场强度特在励磁线圈7中安放了一个柱状衔铁8，该衔铁8与励磁线圈7同轴。励磁线圈7的电能来自缠绕于导管2外壁的感应线圈5，感应线圈5将外界振动所引起的柱状永磁铁3惯性质量块的往复运动能转换为电能，采集的电能信号为正负信号，经能量管理电路6主要完成AC/DC转换后，供给给励磁线圈7，使得励磁线圈7产生出方向恒定、大小变化的电磁场。
柱状永磁铁3表面吸附有磁性液体4，由于磁性液体4易向磁场强度高的方向流动，因此在柱状永磁铁3两端面聚集有磁性液体4层，该磁性液体4层在磁压力作用下将柱状永磁铁3悬浮，以此减小摩擦，提高柱状永磁铁3惯性质量块对振动的响应灵敏度。吸附有磁性液体4的柱状永磁铁3位于导管2内，导管2两端有端盖1，用于防止惯性质量块在振动过程中从导管2内脱落。
所述端盖1、导管2和固定板9均为非导磁新材料。
所述磁性液体4可选用的种类有机油基磁性液体、煤油基磁性液体和酯基磁性液体。
该减振器自适应减振原理如图2所示，该类减振器属于被动阻尼减振系统，该减振器的阻尼主要由感应线圈产生的电磁阻尼和磁性液体产生的粘性阻尼两部分组成，其对应固有角频率其中k， m分别为系统对应的磁簧刚度和惯性块的质量。该磁簧结构的刚度k＝F/x受控于磁场吸引合力F和质量块的相对位移量x。磁场合力F又与采集的电能E相关。针对不同的谐振源，该减振器的振动采集能E与外界振动频率ω0相关。基于以上分析，可知该磁性液体阻尼减振器减振角频率ω′随外界激振源的振动角频率ω0一起变化，并不断与之接近。当外界振动角频率增大，振动增强时，采集能增加，磁场能增强，磁簧刚度增大，引起减振器的固有角频率变大而接近外界振动角频率，相反当外界振动减弱，减振器的频率相应减小，同样与外界振动角频率不断接近，从而对外界振动表现出一定的自适应性。