一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器包括铁磁体磁石环装配、弹簧装配和线圈装配，所述铁磁体磁石环装配由上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体构成，所述线圈装配由线圈、辅助杆和基础法兰构成，所述弹簧装配由上法兰、弹簧和下法兰构成。弹簧装配通过上螺栓与上部铁磁体连接，通过下螺栓与需要抑制振动的结构(主结构)连接。因此主结构的振动产生线圈与铁磁体磁石环装配之间的相对运动，从此引起导线内部的电动势。本发明专利技术的调谐质量阻尼器不仅能够抑制振动，而且能回收振动能量作为电功率。

A Tuned Mass Damper for Energy Recovery of Electromagnetic Vibration

The invention discloses an electromagnetic vibration energy recovery tuned mass damper, which comprises a ferromagnet magnet ring assembly, a spring assembly and a coil assembly. The ferromagnet ring assembly consists of an upper ferromagnet, a ring magnet assembly and a bottom ferromagnet. The coil assembly consists of a coil, an auxiliary rod and a base flange. The spring assembly is based on the upper method. Blue, spring and lower flange. The spring assembly is connected with the upper ferromagnet by the upper bolt and the structure (main structure) which needs to suppress vibration by the lower bolt. Therefore, the vibration of the main structure generates the relative motion between the coil and the assembly of the ferromagnet magnet ring, which causes the electromotive force inside the conductor. The tuned mass damper of the invention can not only suppress vibration, but also recover vibration energy as electric power.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器
本专利技术属于机械抑制振动及能量收集
,涉及一种调谐质量阻尼器，具体涉及一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器。
技术介绍
由于缺少化石燃料，能量收集技术越来越重视。基本上能量收集技术分为以下四个方向：电磁、压电、静电、热点式。电磁能量收集技术基于振动能源及谐振效应，其基本概念是将回收能量设备安装到主结构，然后主结构所收的振动传送到回收能量设备，因此使它达到谐振频率，从此设备采用电磁发电法拉第原理将振动能源转成电磁能源。根据回收能量收集技术理论回收能量设备的质量比主结构偏小，所以设备不会产生主结构影响。这种设备基本适用于微机电系统(MEMS)。调谐质量阻尼器的基本概念是将调谐质量阻尼器安装到一个需要控制振动的结构作为主结构。调谐质量阻尼器的刚度、质量、阻尼参数根据主结构的参数(调谐质量阻尼器理论)进行提前选择。这样使调谐质量阻尼器基于动能抑制振动，但是在频率比较窄的范围，接近主结构谐振频率。为了放宽调谐质量阻尼器工作频率范围及提高减振控制性，CN108374330A公开了一种半主动电磁谐振式调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器采用电阻+电感+电容路可调的安培力。CN103938751A公开了一种自供电式半主动调谐质量阻尼器。这两种调谐质量阻尼器的缺陷是：回收的能量偏少，因为这些结构主要的目标是供电仅为了进行振动控制，基于半主动系统。而且由于调谐质量阻尼器适用于建筑工程结构上的原因，这些设备不具有紧密的特性，不利于微化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够同时实现回收振动能量及抑制机械振动的电磁振动回收能量调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器的质量、刚度及阻尼参数根据调谐质量阻尼器理论进行选择。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器，包括铁磁体磁石环装配、弹簧装配和线圈装配；所述铁磁体磁石环装配由上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体构成，其中：所述上部铁磁体的横截面为T型，由横向铁磁体和纵向铁芯一体成型而成；所述环形磁铁组件和底部铁磁体套装在纵向铁芯外侧，且环形磁铁组件位于横向铁磁体和底部铁磁体之间；所述上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体之间通过磁力链接；所述底部铁磁体的内表面与纵向铁芯的外表面之间形成环形气隙；所述线圈装配由线圈、辅助杆和基础法兰构成，其中：所述辅助杆的内部中空，纵向铁芯的下端能在辅助杆的内部上下运动；所述辅助杆的外部缠绕有线圈，线圈放置在环形气隙内；所述辅助杆的底部设置有基础法兰；所述弹簧装配由上法兰、弹簧和下法兰构成，其中：所述上法兰固定在底部铁磁体的下表面；所述下法兰固定在基础法兰的上表面；所述弹簧套装在线圈外部，弹簧的两端分别固定在上法兰和下法兰上。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术的调谐质量阻尼器不仅能够抑制振动，而且能回收振动能量作为电功率。2、环形磁铁组件、底部铁磁体与线圈相对布置有利于提高回收能量的程度。3、铁磁体磁石环装配的布置方式不仅提供电磁阻尼参数，而且作为质量块为阻尼器提供惯性力。因此可以使调谐质量阻尼器具有紧凑的结构。4、可调电阻有利于电磁阻尼参数的精密选择，因此可以提供最优阻尼参数，实现振动抑制的最优效果。5、本专利技术的调谐质量阻尼器结构简单、紧凑，可靠性高，造价低，维修费用低。6、本专利技术的调谐质量阻尼器可以在车辆悬架上实现，即应用于车辆车轮上，以提高道路保持性，同时再生振动能量。附图说明图1为电磁振动回收能量调谐质量阻尼器的结构示意图；图2为回收能量系统数学模型；图3为实施例中电磁振动回收能量调谐质量阻尼器的特定结构。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图1所示，本专利技术提供的电磁振动回收能量调谐质量阻尼器由铁磁体磁石环装配、弹簧装配和线圈装配构成。所述铁磁体磁石环装配由上部铁磁体1、环形磁铁组件2、底部铁磁体3构成，其中：所述上部铁磁体1的横截面为T型，由横向铁磁体和纵向铁芯一体成型而成；所述环形磁铁组件2和底部铁磁体3套装在纵向铁芯外侧，且环形磁铁组件2位于横向铁磁体和底部铁磁体两种铁磁材料之间；所述上部铁磁体1、环形磁铁组件2、底部铁磁体3之间通过磁力链接；所述底部铁磁体3的内表面与纵向铁芯的外表面之间形成环形气隙。所述线圈装配由线圈7、辅助杆8和基础法兰9构成，其中：所述辅助杆8的内部中空，纵向铁芯的下端能在辅助杆8的内部上下运动；所述辅助杆8的外部缠绕有线圈7，线圈7放置在环形气隙内；所述辅助杆8的底部设置有基础法兰9。通过对环形气隙中磁场密度的分析可知，环形气隙中充有均匀的磁场。磁感应矢量B指向径向，从结构核心向外。因此，根据安培定律，线圈7和底部铁磁体3的相对运动将引起导线内部的电动势。所述弹簧装配由上法兰4、弹簧6和下法兰11构成，其中：所述上法兰4通过上螺栓5固定在底部铁磁体3的下表面；所述下法兰11通过下螺栓10固定在基础法兰9的上表面；所述弹簧6套装在线圈7外部，弹簧6的两端分别焊接在上法兰4和下法兰11上。弹簧装配通过上螺栓5与上部铁磁体1连接，通过下螺栓10与需要抑制振动的结构(主结构)连接。因此主结构的振动产生线圈7与铁磁体磁石环装配之间的相对运动，从此引起导线内部的电动势。如图2所示，将线圈连接到负载电路，通过调节负载电路的阻抗特性Rload使得电路电流发生变化，从此载流线圈在磁场中会产生安培力fEMF。从此通过选择负载阻抗特性Rload能根据调谐质量阻尼器理论选择最合适的阻尼参数抑制主结构的振动。因此，不仅能够抑制振动，而且能够在负载电路收集电功率。参考图2，电路的基尔霍夫定律给出了电流的表达式：式中：z2＝y2-y1，表示调谐质量阻尼器和主结构之间的相对位移；kt是机电耦合系数，可以写成kt＝-NBl，其中N是线圈匝数，B是气隙中的平均磁场密度，l是线圈长度；R分别由线圈电阻Rcoil和负载电阻Rload组成，R＝Rcoil+Rload；Lcoil是线圈电感系数(单位：亨利)，ω是主结构激励频率(单位：弧度/秒)根据安培定律，在均匀磁场中且矢量B与导线长度相互垂直的情况下，给出了电磁力的表达式：fEMF＝kt·i(2)。在当前情况下，电磁力与移动方向相反，因此，根据方程式(1)和方程式(2)，由于频率的低值忽略电感系数，系统的电磁阻尼系数是：de＝kt∧2/(Rcoil+Rload)(3)。总阻尼：c＝dm+de(4)。式中，dm是机械或热损失阻尼。因此，通过选择Rload的值，可以提供系统所需的阻尼和最大功率输出性能。实施例：以质量为40公斤和刚度为157880牛顿/米的主结构为例，该结构在振幅为0.005m、频率为62.8弧度/秒的谐波振动作用下暴露出来，与结构的固有频率相等。为了保护这个结构免遭破坏，使用本专利技术的电磁振动回收能量调谐质量阻尼器。根据调谐质量阻尼器最佳理论抑制振动效果，本实施例中选择的调谐质量阻尼器结构参数如下：质量为8公斤，刚度为21752牛顿/米，阻尼参数为219牛顿*秒/米。由于稀土永磁材料FeNdB级N52具有较高的剩余磁通密度和经济性，因此被选作环形磁体组件的材料。底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器，其特征在于所述调谐质量阻尼器包括铁磁体磁石环装配、弹簧装配和线圈装配；所述铁磁体磁石环装配由上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体构成，其中：所述上部铁磁体的横截面为T型，由横向铁磁体和纵向铁芯一体成型而成；所述环形磁铁组件和底部铁磁体套装在纵向铁芯外侧，且环形磁铁组件位于横向铁磁体和底部铁磁体之间；所述上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体之间通过磁力链接；所述底部铁磁体的内表面与纵向铁芯的外表面之间形成环形气隙；所述线圈装配由线圈、辅助杆和基础法兰构成，其中：所述辅助杆的内部中空，纵向铁芯的下端能在辅助杆的内部上下运动；所述辅助杆的外部缠绕有线圈，线圈放置在环形气隙内；所述辅助杆的底部设置有基础法兰；所述弹簧装配由上法兰、弹簧和下法兰构成，其中：所述上法兰固定在底部铁磁体的下表面；所述下法兰固定在基础法兰的上表面；所述弹簧套装在线圈外部，弹簧的两端分别固定在上法兰和下法兰上。

【技术特征摘要】
1.一种电磁振动回收能量调谐质量阻尼器，其特征在于所述调谐质量阻尼器包括铁磁体磁石环装配、弹簧装配和线圈装配；所述铁磁体磁石环装配由上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体构成，其中：所述上部铁磁体的横截面为T型，由横向铁磁体和纵向铁芯一体成型而成；所述环形磁铁组件和底部铁磁体套装在纵向铁芯外侧，且环形磁铁组件位于横向铁磁体和底部铁磁体之间；所述上部铁磁体、环形磁铁组件、底部铁磁体之间通过磁力链接；所述底部铁磁体的内表面与纵向铁芯的外表面之间形成环形气隙；所述线圈装配由线圈、辅助杆和基础法兰构成，其中：所述辅助杆的内部中空，纵向铁芯的下端能在辅助杆的内部上下运动；所述辅助杆的外部缠绕有线圈，线圈放置在环形气隙内；所述辅助杆的底部设置有基础法兰；所述弹簧装配由上法兰、弹簧和下法兰构成，其中：所述上法兰固定在底部铁磁体的下表面；所述下法兰固定在基础法兰的上表面；所述弹簧套装在线圈外部，弹簧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈照波，谢苗，程明，邢旭东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23