[发明专利]一种机电液耦合式可控惯性和阻尼设备

说明书

技术领域

本发明属于机械力的控制领域，尤其是应用动力吸振的力控制设备领域。本发明涉及一种叶轮式结构惯性阻抗与电机产生的电学阻抗耦合而成的可控惯性和可控阻尼的设备，尤其涉及一种机电液耦合式可控惯性和阻尼设备。

背景技术

目前，力控制设备的应用十分广泛，例如被用于车辆减振领域、桥梁、建筑物隔振领域等。但基于传统隔振理论的隔振系统在解决减振效果的最佳化与设备工作空间的矛盾方面，不能提出有效的解决方案，阻碍了隔振技术的进一步发展。根据机电相似性原理，将机械系统之中的力流与电学系统中的电流、机械系统中的速度与电学系统中的电压分别对应起来，在原有“弹簧-阻尼”两元件结构的基础上增加惯性设备，实现了既能够缓冲并衰减高频振动和冲击，也能缓冲并衰减低频振动和冲击的动力吸振式隔振结构。

国内外诸多学者对动力吸振设备结构的设计优化问题开展研究，对机械网络结构运用鲁棒控制等算法，按照隔振性能指标得出目标传递函数，再通过网络综合得到的拓扑结构比较复杂，并且会得到包含杠杆元件的结构，实际布置起来相当困难。如果要实现元件参数可控，就更极大的增加了设备的复杂性，所以性能优良的复杂阻抗形式在机械式隔振设备的实际运用中很难实现。

中国专利CN201180015595.2公开了一种阻尼和惯性液压设备用于控制机械力，对于其参数的控制，主要是通过改变周围磁场，改变设备内磁流变液的粘度，以此来实现设备参数的可控；但是磁流变液价格昂贵，并且对于工作环境要求也较高，难以普及。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种机电液耦合式可控惯性和阻尼设备，将惯性设备一体化布置，同时，在原有的液压机械一体结构上又耦合了电机元件，通过直线电机调节阻尼特性、旋转电机调节惯性特性，可有效解决现有含惯性质量元件的隔振系统优良的性能与复杂阻抗形式之间的矛盾问题，并且具有布置灵活简便，加工与安装方便，设备参数可控的优点。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种机电液耦合式可控惯性和阻尼设备，包括旋转电机、惯性力产生单元、阻尼力产生单元和直线电机；

所述惯性力产生单元包括滚动轴承、旋转叶轮轴和质量式叶轮；

所述阻尼力产生单元包括惯性质量液压缸筒、第一阻尼细管、第二阻尼细管、气室、自由活塞、主阻尼器液压缸筒、液室和主阻尼器活塞；

所述旋转电机固定于惯性质量液压缸筒上，并与设置在所述惯性质量液压缸筒中的旋转叶轮轴相连；所述旋转叶轮轴上固定有质量式叶轮，所述质量式叶轮与旋转叶轮轴一起可绕着滚动轴承旋转；

所述惯性质量液压缸筒通过第一阻尼细管及第二阻尼细管与主阻尼器液压缸筒相连，主阻尼器液压缸筒顶部设有自由活塞，自由活塞将主阻尼器液压缸筒分为气室和液室，液室中设有主阻尼器活塞，所述主阻尼器活塞与直线电机相连。

进一步，所述直线电机，包括：动子轴式活塞杆、动子磁极、电机绕组和动子磁轭，所述动子轴式活塞杆从直线电机工作腔经由支撑端面伸入主阻尼器液压缸筒中，并与所述主阻尼器活塞相固结；所述动子轴式活塞杆上从内至外依次固定有动子磁轭和动子磁极；所述动子磁极上绕有电机绕组。

进一步，所述气室里充有氮气或空气。

进一步，所述惯性质量液压缸筒与主阻尼器液压缸筒内均布满不可压缩油液，且严格密封。

进一步，所述可控惯性和阻尼设备通过直线电机来调节阻尼特性，实现对阻尼力的可控操作。

本发明可以达到的技术效果是：本发明所实现的阻尼与惯性特性可控操作即改变电学参数：直线电机改变阻尼特性、旋转电机改变惯性特性，通过机电液共同作用实现设备的阻尼与惯性特性可控，实现隔振设备随着实际工况动态调整其元件参数，达到最佳隔振效果，使机械设备始终处于最佳工作状态。

附图说明

图1为本发明机电液耦合式可控惯性和阻尼设备示意图；

图2为本发明直线电动机示意图；

图3为本发明旋转电机的剖视图。

图中：1-旋转电机；2-惯性力产生单元；3-阻尼力产生单元；4-直线电机；5-滚动轴承；6-旋转叶轮轴；7-质量式叶轮；8-惯性质量液压缸筒；9A-第一阻尼细管；9B-第二阻尼细管；10-气室；11-自由活塞；12-主阻尼器液压缸筒；13-液室；14-主阻尼器活塞；15-动子轴式活塞杆；16-动子磁极；17-电机绕组；18-动子磁轭；19-旋转电机定子；20-旋转电机转子；21-旋转电机壳体。

具体实施方式