压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，包括减振装置本体和减振装置控制器，减振装置本体包括缸筒、压力支撑浮动活塞、中间隔离浮动活塞、活塞杆、压电发电模块、弹簧压板、传力弹簧、弹簧卡座、下永磁体、磁力线圈、上永磁体、隔磁版、活塞、励磁线圈绕组、电磁感应线圈固定杆和电磁感应线圈；缸筒的外壁上设置有控制盒，减振装置控制器设置在控制盒内，控制盒内还设置有整流器、蓄电池充电电路、第一可控恒流源电路和第二可控恒流源电路；本发明专利技术还公开了一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置的控制方法。本发明专利技术具有压电与电磁感应双重馈能的功能，既实现了改变阻尼的作用，又达到了改变刚度的目的，减振性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁流变减振器
，具体涉及一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置及其控制方法。
技术介绍
磁流变液是智能材料中的一个重要分支，具有特殊的物理效应，在外磁场作用下能在瞬间(毫秒级)发生液一固两相相互转换，即从自由流动液体转变为半固体，呈现可控的流变效应，而且该变化是可逆的。鉴于此，由于利用磁流变液制成的磁流变减振器，具有响应快、阻尼力大、能量需求小、机构简单、耐久性好、阻尼力可以实现无级可调、在控制系统失效的情况下仍可充当被动减振器件等优点，从而在土木、桥梁、车辆悬架上等行业得到了前所未有的发展。在车辆磁流变半主动悬架系统中，磁流变减振器是最为核心的部件之一，其性能的优劣，直接影响着车辆的安全性与操纵稳定性，但必须有外部电源为其供电，以产生所需实时阻尼力控制时的磁场，从而通过控制输入电流的大小，来改变磁场的强弱，达到实时控制所需阻尼力的目的，对外部电能需求，一方面，增加了磁流变半主动悬架系统的电能消耗，另一方面，一旦电能供给出现问题，对于磁流变减振器正常的工作，将产生巨大不稳定性的影响，车辆在行驶过程中由路面不平产生的振动能量，大部分都被减减振系统以各种形式耗散掉，并最终被转化为热能和摩擦能浪费掉了。有研究表明，一辆3500磅的车辆在2cm、3Hz路面不平度工况下，四个减振器能产生1.3kW的能量，可见这部分能量是比较大的，反言之，如能把车辆行驶过程中有由路面不平引起的大部分振动能量回收利用，不仅能给磁流变减振器提供电能、提高系统可靠性、安全性和稳定性，从而赋予系统自供电功能，而且可以把多余的电能储存起来，供给车辆上的其他耗电设备，进一步降低了系统成本，为磁流变减振系统技术的推广应用向前迈进了一大步。近年来，车辆振动能量回收成为一个关注度很高的研究领域，但几乎全部处于理论尝试和试验验证的阶段。S.BChoi利用齿轮齿条机构提出了一种馈能磁变减振器的设计方案，当悬架系统在一阶固有频率工况激励下，馈能功率达28W，但增加了中间部件馈能效率较低，而且当处在工作在比较恶劣的环境时，容易产生冲击，从而损坏零部件，影响减振馈能减振性能；王代华等利用电磁感应原理，将馈能装置集成在磁流变减振器中，实现了磁流变减振器的振动能量回收，但感应线圈与励磁线圈相对运动幅度较小，磁通量变化较慢，能量回收效率很低；Jung利用磁感应能量收集装置给磁流变阻尼器供电，在初步试验基础之上，达到了预期的控制效果，但没有把能量收集装置与磁流变阻尼集成为一个整体，占用空间较大。申请号为201310471102.7的中国专利技术专利公开了一种自供电磁流变阻尼器，主要包括缸筒、定位筒、补偿单元、空心线圈和永磁体等，其永磁体设置在空心线圈的内腔并与所述补偿单元固定，当活塞往复运动时，补偿单元带动永磁体在空心线圈的内腔往复运动将机械能转化为电能，一方面补偿单元的位移形成较短，产生的能量有限，不能满足提供实时阻尼力所需的电能，另一方面其产生的阻尼力有限，不能适应所需大阻尼的工况，同时其补偿室所起的补偿作用不能改变，当然也不能起到变相改变刚度的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其结构简单，实现方便且成本低，使用操作方便，具有压电与电磁感应双重馈能的功能，既实现了改变阻尼的作用，又达到了改变刚度的目的，减振性能好，安全性高，实用性强，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：包括减振装置本体和减振装置控制器，所述减振装置本体包括缸筒以及依次从上到下间隔设置在缸筒内的压力支撑浮动活塞、中间隔离浮动活塞和活塞杆，所述压力支撑浮动活塞的上部固定连接有支撑架，所述支撑架的上部固定连接有上吊环，所述缸筒外底部固定连接有下吊环，所述缸筒内底部设置有位于活塞杆周围的多个压电发电模块，所述压电发电模块的顶部固定连接有弹簧压板，所述弹簧压板的顶部固定连接有传力弹簧，所述传力弹簧的顶部固定连接有弹簧卡座，所述弹簧卡座的顶部固定连接有下永磁体和磁力线圈，所述下永磁体设置在磁力线圈的外围，所述磁力线圈通过下滑动轴承滑动连接在活塞杆上，所述下永磁体和磁力线圈的上方设置有上永磁体，所述上永磁体与下永磁体的极性设置方向相反，所述上永磁体通过上外滑动轴承滑动连接在活塞杆上，所述下永磁体和磁力线圈与上永磁体之间的空间为补偿室，所述上永磁体的上端面上固定连接有隔磁版，所述活塞杆为中空结构，所述活塞杆的上端固定连接有活塞，所述活塞上缠有用于产生磁场的励磁线圈绕组，所述活塞和励磁线圈绕组与缸筒的内壁之间设置有阻尼液通道，所述活塞杆内部设置有电磁感应线圈固定杆和用于产生电磁感应的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈固定连接在电磁感应线圈固定杆上，所述电磁感应线圈的外侧设置有内永磁体，所述内永磁体通过上内滑动轴承滑动连接在活塞杆内壁上，所述上内滑动轴承与上外滑动轴承设置在同一高度上，所述压力支撑浮动活塞与中间隔离浮动活塞之间的空间为液压油腔，所述液压油腔内设置有液压油，所述中间隔离浮动活塞与隔磁版之间的空间为磁流变液腔，所述磁流变液腔内设置有磁流变液；所述缸筒的外壁上设置有控制盒，所述减振装置控制器设置在控制盒内，所述控制盒内还设置有整流器、用于为车载蓄电池充电的蓄电池充电电路、用于为励磁线圈绕组提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路和用于为磁力线圈提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路，所述减振装置控制器的输入端接有用于对车身加速度进行实时检测的加速度传感器，所述蓄电池充电电路接在整流器与车载蓄电池之间，所述第一可控恒流源电路与车载蓄电池的输出端和减振装置控制器的输出端均连接，所述励磁线圈绕组与第一可控恒流源电路的输出端连接，所述第二可控恒流源电路与车载蓄电池的输出端和减振装置控制器的输出端均连接，所述磁力线圈与第二可控恒流源电路的输出端连接，所述整流器的输入端与电磁感应线圈的输出端和压电发电模块的输出端均连接。上述的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：所述液压油腔的横截面面积大于所述磁流变液腔的横截面面积。上述的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：所述压电发电模块粘接在缸筒内底部，所述弹簧压板粘接在压电发电模块的顶部。本专利技术还公开了一种实现方便、控制效率高、能够使磁流变减振装置处于最佳的减振状态的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤Ⅰ、当车辆在不平路面上行驶时，加速度传感器对车身加速度进行实时检测，减振装置控制器对车身加速度进行周期性采样；步骤Ⅱ、减振装置控制器调用神经网络PID控制模块对其采样得到的车身加速度进行分析处理，得到励磁线圈绕组的输入电流和磁力线圈的输入电流，并控制第一可控恒流源电路的输出电流为励磁线圈绕组的输入电流，控制第二可控恒流源电路的输出电流为磁力线圈的输入电流，励磁线圈绕组和磁力线圈通电产生磁场；车辆振动带动上吊环与下吊环产生相对运动，带动支撑架和压力支撑浮动活塞上下运动，当支撑架和压力支撑浮动活塞向下运动时，使液压油向下运动，使中间隔离浮动活塞向下运动，此时磁流变液经过阻尼通道，在励磁线圈绕组产生的磁场的作用下，磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：包括减振装置本体和减振装置控制器(28)，所述减振装置本体包括缸筒(27)以及依次从上到下间隔设置在缸筒(27)内的压力支撑浮动活塞(16)、中间隔离浮动活塞(14)和活塞杆(13)，所述压力支撑浮动活塞(16)的上部固定连接有支撑架(18)，所述支撑架(18)的上部固定连接有上吊环(17)，所述缸筒(27)外底部固定连接有下吊环(1)，所述缸筒(27)内底部设置有位于活塞杆(13)周围的多个压电发电模块(2)，所述压电发电模块(2)的顶部固定连接有弹簧压板(3)，所述弹簧压板(3)的顶部固定连接有传力弹簧(4)，所述传力弹簧(4)的顶部固定连接有弹簧卡座(5)，所述弹簧卡座(5)的顶部固定连接有下永磁体(6)和磁力线圈(25)，所述下永磁体(6)设置在磁力线圈(25)的外围，所述磁力线圈(25)通过下滑动轴承(26)滑动连接在活塞杆(13)上，所述下永磁体(6)和磁力线圈(25)的上方设置有上永磁体(8)，所述上永磁体(8)与下永磁体(6)的极性设置方向相反，所述上永磁体(8)通过上外滑动轴承(21)滑动连接在活塞杆(13)上，所述下永磁体(6)和磁力线圈(25)与上永磁体(8)之间的空间为补偿室(7)，所述上永磁体(8)的上端面上固定连接有隔磁版(9)，所述活塞杆(13)为中空结构，所述活塞杆(13)的上端固定连接有活塞(12)，所述活塞(12)上缠有用于产生磁场的励磁线圈绕组(11)，所述活塞(12)和励磁线圈绕组(11)与缸筒(27)的内壁之间设置有阻尼液通道(19)，所述活塞杆(13)内部设置有电磁感应线圈固定杆(24)和用于产生电磁感应的电磁感应线圈(23)，所述电磁感应线圈(23)固定连接在电磁感应线圈固定杆(24)上，所述电磁感应线圈(23)的外侧设置有内永磁体(22)，所述内永磁体(22)通过上内滑动轴承(20)滑动连接在活塞杆(13)内壁上，所述上内滑动轴承(20)与上外滑动轴承(21)设置在同一高度上，所述压力支撑浮动活塞(16)与中间隔离浮动活塞(14)之间的空间为液压油腔，所述液压油腔内设置有液压油(15)，所述中间隔离浮动活塞(14)与隔磁版(9)之间的空间为磁流变液腔，所述磁流变液腔内设置有磁流变液(10)；所述缸筒(27)的外壁上设置有控制盒(30)，所述减振装置控制器(28)设置在控制盒(30)内，所述控制盒(30)内还设置有整流器(31)、用于为车载蓄电池(32)充电的蓄电池充电电路(33)、用于为励磁线圈绕组(11)提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路(34)和用于为磁力线圈(25)提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路(35)，所述减振装置控制器(28)的输入端接有用于对车身加速度进行实时检测的加速度传感器(29)，所述蓄电池充电电路(33)接在整流器(31)与车载蓄电池(32)之间，所述第一可控恒流源电路(34)与车载蓄电池(32)的输出端和减振装置控制器(28)的输出端均连接，所述励磁线圈绕组(11)与第一可控恒流源电路(34)的输出端连接，所述第二可控恒流源电路(35)与车载蓄电池(32)的输出端和减振装置控制器(28)的输出端均连接，所述磁力线圈(25)与第二可控恒流源电路(35)的输出端连接，所述整流器(31)的输入端与电磁感应线圈(23)的输出端和压电发电模块(2)的输出端均连接。...

【技术特征摘要】
1.一种压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：包括减振装置本体和减振装置控制器(28)，所述减振装置本体包括缸筒(27)以及依次从上到下间隔设置在缸筒(27)内的压力支撑浮动活塞(16)、中间隔离浮动活塞(14)和活塞杆(13)，所述压力支撑浮动活塞(16)的上部固定连接有支撑架(18)，所述支撑架(18)的上部固定连接有上吊环(17)，所述缸筒(27)外底部固定连接有下吊环(1)，所述缸筒(27)内底部设置有位于活塞杆(13)周围的多个压电发电模块(2)，所述压电发电模块(2)的顶部固定连接有弹簧压板(3)，所述弹簧压板(3)的顶部固定连接有传力弹簧(4)，所述传力弹簧(4)的顶部固定连接有弹簧卡座(5)，所述弹簧卡座(5)的顶部固定连接有下永磁体(6)和磁力线圈(25)，所述下永磁体(6)设置在磁力线圈(25)的外围，所述磁力线圈(25)通过下滑动轴承(26)滑动连接在活塞杆(13)上，所述下永磁体(6)和磁力线圈(25)的上方设置有上永磁体(8)，所述上永磁体(8)与下永磁体(6)的极性设置方向相反，所述上永磁体(8)通过上外滑动轴承(21)滑动连接在活塞杆(13)上，所述下永磁体(6)和磁力线圈(25)与上永磁体(8)之间的空间为补偿室(7)，所述上永磁体(8)的上端面上固定连接有隔磁版(9)，所述活塞杆(13)为中空结构，所述活塞杆(13)的上端固定连接有活塞(12)，所述活塞(12)上缠有用于产生磁场的励磁线圈绕组(11)，所述活塞(12)和励磁线圈绕组(11)与缸筒(27)的内壁之间设置有阻尼液通道(19)，所述活塞杆(13)内部设置有电磁感应线圈固定杆(24)和用于产生电磁感应的电磁感应线圈(23)，所述电磁感应线圈(23)固定连接在电磁感应线圈固定杆(24)上，所述电磁感应线圈(23)的外侧设置有内永磁体(22)，所述内永磁体(22)通过上内滑动轴承(20)滑动连接在活塞杆(13)内壁上，所述上内滑动轴承(20)与上外滑动轴承(21)设置在同一高度上，所述压力支撑浮动活塞(16)与中间隔离浮动活塞(14)之间的空间为液压油腔，所述液压油腔内设置有液压油(15)，所述中间隔离浮动活塞(14)与隔磁版(9)之间的空间为磁流变液腔，所述磁流变液腔内设置有磁流变液(10)；所述缸筒(27)的外壁上设置有控制盒(30)，所述减振装置控制器(28)设置在控制盒(30)内，所述控制盒(30)内还设置有整流器(31)、用于为车载蓄电池(32)充电的蓄电池充电电路(33)、用于为励磁线圈绕组(11)提供稳定的输入电流的第一可控恒流源电路(34)和用于为磁力线圈(25)提供稳定的输入电流的第二可控恒流源电路(35)，所述减振装置控制器(28)的输入端接有用于对车身加速度进行实时检测的加速度传感器(29)，所述蓄电池充电电路(33)接在整流器(31)与车载蓄电池(32)之间，所述第一可控恒流源电路(34)与车载蓄电池(32)的输出端和减振装置控制器(28)的输出端均连接，所述励磁线圈绕组(11)与第一可控恒流源电路(34)的输出端连接，所述第二可控恒流源电路(35)与车载蓄电池(32)的输出端和减振装置控制器(28)的输出端均连接，所述磁力线圈(25)与第二可控恒流源电路(35)的输出端连接，所述整流器(31)的输入端与电磁感应线圈(23)的输出端和压电发电模块(2)的输出端均连接。2.按照权利要求1所述的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：所述液压油腔的横截面面积大于所述磁流变液腔的横截面面积。3.按照权利要求1所述的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置，其特征在于：所述压电发电模块(2)粘接在缸筒(27)内底部，所述弹簧压板(3)粘接在压电发电模块(2)的顶部。4.一种对如权利要求1所述的压电与电磁感应双重馈能式磁流变减振装置进行控制的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤Ⅰ、当车辆在不平路面上行驶时，加速度传感器(29)对车身加速度进行实时检测，减振装置控制器(28)对车身加速度进行周期性采样；步骤Ⅱ、减振装置控制器(28)调用神经网络PID控制模块对其采样得到的车身加速度进行分析处理，得到励磁线圈绕组(11)的输入电流和磁力线圈(25)的输入电流，并控制第一可控恒流源电路(34)的输出电流为励磁线圈绕组(11)的输入电流，控制第二可控恒流源电路(35)的输出电流为磁力线圈(25)的输入电流，励磁线圈绕组(11)和磁力线圈(25)通电产生磁场；车辆振动带动上吊环(17)与下吊环(1)产生相对运动，带动支撑架(18)和压力支撑浮动活塞(16)上下运动，当支撑架(18)和压力支撑浮动活塞(16)向下运动时，使液压油(15)向下运动，使中间隔离浮动活塞(14)向下运动，此时磁流变液(10)经过阻尼通道(19)，在励磁线圈绕组(11)产生的磁场的作用下，磁流变液(10)产生磁流变效应，磁流变液(10)的向下运动带动隔磁板(9)和上永磁体(8)向下运动，上永磁体(8)的向下运动带动内永磁体(22)向下运动，内永磁体(22)向下运动时，与电磁感应线圈(23)发生相对运动，发生电磁感应使电磁感应线...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇发荣，张冬冬，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61