一种自供电流体阻尼减振器

本发明属于新能源及振动控制，具体涉及一种自供电流体阻尼减振器，用于载运工具、机械设备、航空与航海等领域的自供电振动控制。

背景技术：

1、流体阻尼器在载运工具、机械设备、航空与航海等领域的振动控制中均已有广泛应用。早期的被动式液压或气动阻尼器结构简单、成本低、技术较成熟，但因阻尼不可调，其减振效果及环境的适应性较差，不适于某些要求振动控制效果较好的场合，如汽车发动机及车架悬置、大型精密仪器设备减振等。因此，人们提出了主动式、半主动式可调流体阻尼器，即利用电机驱动液压或气泵提供动力、并由电磁换向/溢流/减压阀进行控制的主动式可调阻尼器。比之于被动式不可调流体阻尼器，主动式可调阻尼器的控制效果好、振动环境的适应能力强，已在汽车主动悬置等方面获得成功应用。现有的主动式阻尼调节技术需要持续的外部能量供应，因此具有体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性低的局限性；为解决这些问题，人们曾提出过多种形式的基于压电及电磁能量回收的阻尼器，但这些阻尼器发电部分都存在一定的问题，如：压电振子的双向弯曲变形发电的、易因压电片所受拉应力过大而损毁，电磁发电低频发电能力弱、不能满足系统控制需求等。

技术实现思路

1、本发明的一种自供电流体阻尼减振器由底座、缸体、缸盖、活塞杆、活塞、框架、半壳、振动体、阻尼阀、平衡簧、电路板、振动磁铁、线圈及滚动磁铁构成，电路板上设有能量收集、能量管理、能量存储及振动控制单元。

2、框架的架体中心处设有架腔、外侧沿圆周方向均布有线框，架体即为架腔的侧壁，架体的横截面的内缘为圆形、外缘为正多边形；线框上设有线框腔，线框与架体构成线框腔，线框腔与架腔垂直且不连通，线框腔轴线与架腔轴线垂直，线框腔的端口沿架腔的径向配置。

3、缸体的两端分别经螺纹与底座和缸盖相连，活塞与活塞杆相连，活塞经螺纹固定在活塞杆的一端，活塞安装在缸体内并将缸体的内腔分隔成上缸腔和下缸腔，活塞杆经缸盖穿出其其端部经螺纹安装有振动体，活塞与底座间设有平衡簧，平衡簧位于下缸腔中，上缸腔与下缸腔经管路及阻尼阀相连，阻尼阀经导线与电路板相连，阻尼阀为电磁阀或压电阀，上缸腔与下缸腔内充满流体。

4、活塞的至少一个横截面上设有振动磁铁，振动磁铁为一组均布的扇形磁体或一个整体的环形磁铁，扇形磁体和环形磁铁属结构不同的磁铁；振动磁铁的磁极沿活塞的径向分布或轴向分布，分别称为径向振动磁铁和轴向振动磁铁，径向振动磁铁和轴向振动磁铁属极化类型不同的磁铁；扇形的径向振动磁铁径向充磁、扇形的轴向振动磁铁轴向充磁，环形的径向振动磁铁辐射充磁、环形的轴向振动磁铁轴向充磁；活塞的一个横截面上振动磁铁的结构、极化类型及其磁极配置方式分别相同，活塞的两相邻横截面上振动磁铁的结构和极化类型分别相同、但其磁极配置方式相反；即：一个横截面上的振动磁铁构成一个振动磁铁组，整体的环形磁铁亦为一个振动磁铁组，同一组中的振动磁铁的结构、极化类型及其磁极配置方式分别相同，相邻两组振动磁铁的结构和极化类型分别相同、但其磁极配置方式相反；磁极配置方式是指振动磁铁的n极与s极沿径向或轴向位置关系不同，如：径向极化时，n极直径大于s极直径是一种配置方式，n极直径小于s极直径是另一种配置方式；轴向极化时，n极位于s极上方是一种配置方式，n极位于s极下方是另一种配置方式。

5、框架装在缸体上并经两个半壳固定，架腔套在缸体的外缘上，两个半壳罩在框架与缸体上，两个半壳经螺钉连接并夹紧在缸体上，两个半壳构成壳体，框架位于壳体内，架体一端及线框的端部顶靠壳体的内壁上；电路板经螺钉安装在壳体内；壳体及框架在缸体上的位置可调，壳体及框架的位置经两个半壳的连接螺钉调节，松开所述螺钉调节位置后在锁紧。

6、线框的外侧裝有线圈、内部装有滚动磁铁，滚动磁铁位于线框腔内，滚动磁铁为球体或圆柱体，滚动磁铁的磁极沿径向分布，滚动磁铁位于线圈的内部，线框将滚动磁铁和线圈隔开，滚动磁铁在线框腔中可自由滚动；滚动磁铁为圆柱体时，滚动磁铁轴线与线圈轴线垂直，线圈轴线与线框腔轴线重合，滚动磁铁轴线与架腔轴线垂直；线圈与其内部的滚动磁铁构成换能器，一个振动磁铁组中的振动磁铁的数量与框架上的换能器数量相等。

7、振动磁铁的厚度不大于滚动磁铁的直径，滚动磁铁的直径不大于活塞的常规振幅，振动磁铁的厚度是指沿活塞轴向的尺寸，活塞的常规振幅是指振动体振动中需要进行调节与控制的振幅；活塞上振动磁铁的组数为奇数或偶数，各组振动磁铁间的轴向距离相等或不等，即各组振动磁铁间沿活塞的轴向间距相等或不等。

8、本发明中，缸体、框架、半壳及活塞均由非铁磁性材料制成，所述非铁磁性材料包括不锈钢、铝合金及铜等金属或高分子塑料。

9、本发明中，采用扇形的振动磁铁时活塞或活塞杆需进行圆周方向限位，以避免旋转；通过控制振动磁铁与滚动磁铁在圆周方向上的夹角调节滚动磁铁对振动磁铁的抑制能力。

10、非工作时，滚动磁铁与某组振动磁铁的异性磁极靠近并相互吸引，各组振动磁铁以各滚动磁铁几何中心所在平面为中介面对称配置：奇数组振动磁铁时，中间组振动磁铁的几何中心与滚动磁铁的几何中心共面，与中间组振动磁铁上下两侧相邻的两组振动磁铁的轴向相邻表面间距不小于滚动磁铁的直径，即奇数组振动磁铁时相邻两组振动磁铁的轴向相邻表面间距不小于滚动磁铁的直径；偶数组振动磁铁时，滚动磁铁上下两侧的振动磁铁的组数相等，且滚动磁铁与其上下两侧相邻的振动磁铁的距离相等，两组振动磁铁的轴向相邻表面间距不大于滚动磁铁的直径，即偶数组振动磁铁时两组相邻振动磁铁的轴向相邻表面间距不大于滚动磁铁的直径。

11、振动环境中，振动体在其自身惯性力作用下经活塞杆带动活塞沿缸体的内腔往复振动，振动磁铁与滚动磁铁沿缸体轴向交替地靠近与分离，各组振动磁铁相继给滚动磁铁施加转动力矩，滚动磁铁受转动力矩作用后在线框腔内往复摆动或滚动，滚动磁铁的磁极及其穿过线圈的磁场强度交替地变化，线圈切割磁力线并将机械能转换成电能，所生成的电能经导线输送到电路板，电能经转换处理后用于阻尼阀的驱动与控制，从而实现振动阻尼的自供电调节。

12、本发明中，滚动磁铁对振动磁铁的振动还具有直接的制约作用，滚动磁铁滚动发电后经线圈产生的磁场通过改变滚动磁铁的运动状态改变与振动磁铁间的耦合状态、影响振动磁铁的振动状态，可通过电流调节实现振动控制；采用扇形的振动磁铁时活塞或活塞杆需进行圆周方向限位，以避免旋转；通过控制振动磁铁与滚动磁铁在圆周方向上的夹角调节滚动磁铁对振动磁铁的抑制能力。

13、本发明中，为获得较佳的发供电能力，线圈x与滚动磁铁y的参数关系为：λ=l/d=2±1，δ=t/d=0.6±0.4，η=w/d=2.25±0.75,β=h/d=1.3±0.7, 其中，d为球形和圆柱形滚动磁铁y的直径，l为圆柱形滚动磁铁y的长度，t、w和h分别为线圈x的壁厚、径向宽度和高度，线圈x的径向宽度是指线圈x沿滚动磁铁y径向的宽度；δ、η和β分别称为线圈壁厚比、线圈宽度比和线圈高度比，δ、η和β统称为线圈参数比；本发明中，发供电能力采用输出功率比加以评价，输出功率比是指不同结构参数时所得功率与其最大值之比，所述输出功率为开路电压与短路电流的乘积。

14、现有电磁发电利用线圈切割位于所述线圈外的运动磁体的磁力线发电，与之不同，本发明利用振动磁铁迫使线圈内部的滚动磁铁滚动，从而改变滚动磁铁的磁极方向，线圈切割磁力线发电，振动磁铁的功能是驱动滚动磁铁转动并改变磁极方向和穿过线圈的磁场强度；滚动磁铁在线圈内部滚动时其磁极变化所引起的线圈内磁场变化梯度大且滚动磁铁被激励一次可产生多周滚动、线圈多次切割磁力线，故换能器发电能力强、输出电压高、电量大，低频振动时换能器的发电量即可满足阻尼阀的驱动与控制。

15、优势与特色：阻尼调节所需能量自给，无需外界电源，振动控制效果好；利用振动磁铁激励线圈内的滚动磁铁并使其转动，通过滚动磁铁磁极方向变化提高磁场强度变化梯度，且一次激励可实现多次切割磁力线发电，发电量电量大、输出电压高，低频时即可满足阻尼阀的驱动与控制。