自适应主动式磁性液体减振装置和减振方法

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体地，涉及一种自适应主动式磁性液体减振装置和自适应主动式磁性液体减振方法。

背景技术

磁性液体减振器对于惯性力的敏感度比较高，具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。由于航天器的特殊飞行环境，应尽量减小其自身的体积、重量，因此磁性液体减振器非常适合对长直物体的低频率、小振幅的减振。

相关技术中，磁性液体减振器多为被动阻尼减振器，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主动响应，减振效果较差，振荡周期长，且永磁体容易发生碰撞，导致寿命降低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一方面的实施例提出了一种自适应主动式磁性液体减振装置，该自适应主动式磁性液体减振装置可主动适应不同频率的振动，减振效果好，使用寿命长。

本发明的第二方面的实施例提出一种自适应主动式磁性液体减振方法，所述自适应主动式磁性液体减振方法采用上述自适应主动式磁性液体减振装置。

根据本发明的第一方面的实施例的自适应主动式磁性液体减振装置包括：壳体，所述壳体由非导磁材料制成，壳体内填充有磁性液体；磁性件，所述磁性件设于所述壳体内且与所述壳体相连；第一电磁铁，所述第一电磁铁位于所述壳体内，且所述第一电磁铁与所述磁性件相对且间隔开；第二电磁铁，所述第二电磁铁设于所述壳体内且与所述壳体相连，所述第二电磁铁与所述第一电磁铁相对且间隔开，所述第一电磁铁位于所述磁性件与所述第二电磁铁之间；

电流控制器，所述电流控制器与所述第一电磁铁和所述第二电磁铁均相连，以用于控制所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的磁极方向。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置，通过在壳体内设置间隔布置的磁性件、第一电磁铁和第二电磁铁，并设置能够控制第一电磁铁和第二电磁铁的磁极方向的电流控制器，可以根据振动频率的不同，调节第一电磁铁和/或第二电磁铁的磁场强度，以主动适应不同频率的振动，减振效果好，使用寿命长。

在一些实施例中，所述壳体包括：筒形件，所述筒形件包括在其长度方向上的第一端和第二端，所述筒形件的第一端和第二端开口，所述第一电磁铁位于筒形件内；第一盖板，所述第一盖板连接在所述筒形件的第一端，所述磁性件与所述第一盖板相连；第二盖板，所述第二盖板连接在所述筒形件的第二端，所述第二电磁铁与所述第二盖板相连。

在一些实施例中，所述自适应主动式磁性液体减振装置还包括：第一垫圈，所述第一垫圈设在所述筒形件内且与所述第一盖板相连，所述第一垫圈具有沿其厚度方向贯穿所述第一垫圈的第一通孔，所述磁性件配合在所述第一通孔内；第二垫圈，所述第二垫圈设在所述筒形件内且与所述第二盖板相连，所述第二垫圈具有沿其厚度方向贯穿第二垫圈的第二通孔，所述第二电磁铁配合在所述第二通孔内。

在一些实施例中，所述自适应主动式磁性液体减振装置还包括：第一缓冲垫，所述第一缓冲垫设在所述第一垫圈远离所述第一盖板的一侧，所述第一缓冲垫具有第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔相对且连通，所述第三通孔的横截面积沿远离所述第一垫圈的方向增大，所述第一缓冲垫的外周面与所述筒形件的内周面贴合；第二缓冲垫，所述第二缓冲垫设在所述第二垫圈远离所述第二端板的一侧，所述第二缓冲垫具有第四通孔，所述第四通孔与所述第二通孔相对且连通，所述第四通孔的横截面积沿远离所述第二垫圈的方向增大，所述第二缓冲垫的外周面与所述筒形件的内周面贴合。

在一些实施例中，所述第三通孔的内壁面和所述第四通孔的内壁面均为弧形面。

在一些实施例中，所述第一缓冲垫和所述第二缓冲垫均为弹性件。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振方法，采用上述任一项实施例所述的自适应主动式磁性液体减振装置，所述自适应主动式磁性液体减振方法包括：

1)判断所述自适应主动式磁性液体减振装置的运动方向，记为第一方向；

2)所述电流控制器控制所述第一电磁铁沿第二方向移动，其中所述第二方向与所述第一方向相反；

3)所述第一电磁铁沿所述第二方向移动预定时间后，所述电流控制器控制所述第一电磁铁沿所述第一方向移动；

4)所述第一电磁铁沿所述第一方向移动预定时间后，重复步骤2)-3)，以使所述第一电磁铁往复移动。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振方法，通过采用上述的自适应主动式磁性液体减振装置，可主动适应不同频率的振动，减振效果好，使用寿命长。

在一些实施例中，所述自适应主动式磁性液体减振方法还包括：所述第一电磁铁不受力或受力平衡时所在的位置为平衡位置，在振动结束时，所述电流控制器控制所述第一电磁铁运动至所述平衡位置并保持静止。

附图说明

图1是根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置的电流控制器的控制原理图。

附图标记：

磁性液体减振装置1；

壳体10；筒形件101；第一周缘1011；第二周缘1012；穿孔1013；第一盖板102；第二盖板103；连接件104；

磁性件20；

第一电磁铁30；第二电磁铁301；

电流控制器40；

第一垫圈50；第二垫圈60；第一缓冲垫70；第二缓冲垫80；磁性液体90。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置1包括壳体10、磁性件20、第一电磁铁30、第二电磁铁301和电流控制器40。

如图1所示，壳体10为非导磁材料制成，壳体10内填充有磁性液体90，磁性件20设于壳体10内且与壳体10相连。如图1所示，磁性液体90填充在壳体10内且磁性液的液面与壳体10的顶部之间具有空间，磁性件20设在壳体10的左侧壁上，磁性件20可以为电磁铁或永磁体，非导磁材料制成的壳体10可以避免被磁化，从而不会影响磁性液体90的分布和运动。

第一电磁铁30位于壳体10内，且第一电磁铁30与磁性件20相对且间隔开，第二电磁铁301设于壳体10内且与壳体10相连，第二电磁铁301与第一电磁铁30相对且间隔开，第一电磁铁30位于磁性件20与第二电磁铁301之间。

如图1所示，第一电磁铁30浸没在磁性液体90内，第一电磁铁30、磁性件20和第二电磁铁301在左右方向上相对且间隔布置，且磁性件20位于第一电磁铁30的左侧，第二电磁铁301位于第一电磁铁30的右侧，电流控制器40位于壳体10外，电流控制器40与第一电磁铁30和第二电磁铁301的外圈导线分别连接，通过控制外圈导线内的电流方向可以控制第一电磁铁30和第二电磁铁301的磁极方向，以控制第一电磁铁30与磁性件20相吸或相斥，第一电磁铁30与第二电磁铁301相吸或相斥，进而改变第一电磁铁30的运动状态。

具体地，如图1和表1所示，当自适应主动式磁性液体减振装置1向右振动时，在惯性作用下，第一电磁铁30向右运动一段距离，此时电流控制器40控制磁性件20与第一电磁铁30相吸，第二电磁铁301与第一电磁铁30相斥，磁性件20和第二电磁铁301共同推动第一电磁铁30向左运动，并同时带动磁性液体90向左运动。

在运动一段距离后，电流控制器40可以改变第一电磁铁30和第二电磁铁301的磁极方向，以使磁性件20与第一电磁铁30相斥，第一电磁铁30与第二电磁铁301相吸，从而推动第一电磁铁30向右运动，且在第一电磁铁30向右运动一段行程后，电流控制器40再次控制第一电磁铁30和第二电磁铁301的磁极变化，以在振动结束之前，使第一电磁铁30往复运动。

当自适应主动式磁性液体减振装置1向左振动时，在惯性作用下，第一电磁铁30向左运动一段距离，此时电流控制器40控制磁性件20与第一电磁铁30相斥，第二电磁铁301与第一电磁铁30相吸，磁性件20和第二电磁铁301共同推动第一电磁铁30向右运动，并同时带动磁性液体90向右运动。

在运动一段距离后，电流控制器40控制第一电磁铁30与磁性件20相吸，第二电磁铁301与第一电磁铁30相斥，以使第一电磁铁30向左运动，即在振动消失前，第一电磁铁30在壳体10内沿左右方向往复运动。

表1

可以理解的是，在第一电磁铁30做往复运动的过程中，第一电磁铁30本身运动耗能，且第一电磁铁30带动磁性液体90运动，磁性液体90与壳体10的内壁面摩擦耗能。

另外，若磁性件20为电磁铁，当振动结束后，电流控制器40控制第一电磁铁30、磁性件20和第二电磁铁301断电，则第一电磁铁30回到平衡位置(图1中壳体10的中部)并不在运动。

若磁性件20为永磁体，则如表1所示，电流控制器40控制第一电磁铁30与磁性件20相斥，第二电磁铁301与第一电磁铁30相斥，且磁性件20提供的排斥力与第二电磁铁301提供的排斥力相等，以使第一电磁铁30停留在平衡位置并保持静止。

需要说明的是，当振动频率改变时，电流控制器40可以改变第一电磁铁30和/或第二电磁铁301的电流输入量，使第一电磁铁30和/或第二电磁铁301的磁场强度变化，从而控制第一电磁铁30的运动速率，以使自适应主动式磁性液体减振装置1可以在较大的振动频率范围内实现减振。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置，通过在壳体内设置间隔布置的磁性件、第一电磁铁和第二电磁铁，并设置能够控制第一电磁铁和第二电磁铁的磁极方向的电流控制器，可以根据振动频率的不同，调节第一电磁铁和/或第二电磁铁的磁场强度，以主动适应不同频率的振动，减振效果好，使用寿命长。

在一些实施例中，如图1所示，壳体10包括筒形件101、第一盖板102和第二盖板103。

筒形件101包括在其长度方向(图1所示的左右方向)上的第一端(图1中筒形件101的左端)和第二端(图1中筒形件101的右端)，筒形件101的第一端和第二端开口，第一电磁铁30位于筒形件101内。

第一盖板102连接在筒形件101的第一端，磁性件20与第一盖板102相连，第二盖板103连接在筒形件101的第二端，第二电磁铁301与第二盖板103相连。

如图1所示，筒形件101的左端开口，且该开口处设有环设于筒形件101外周的第一周缘1011，第一盖板102的边缘与第一周缘1011通过连接件104连接，磁性件20设于第一盖板102的内侧面上，筒形件101的右端开口，且该开口处设有环设于筒形件101外周的第二周缘1012，第二盖板103的边缘与第二周缘1012通过连接件104连接。第二电磁铁301设于第二盖板103的内侧面上。

在实际装配过程中，可以先将磁性件20与第一盖板102连接，第二电磁铁301与第二盖板103连接，而后将第一盖板102、筒形件101和第二盖板103连接以构成壳体10。

如图1所示，筒形件101的外周壁上设有穿孔1013，第一电磁铁30的外圈导线穿过该穿孔1013并与电流控制器40连接，穿孔1013内设有密封件，以避免磁性液体90泄漏。

在一些实施例中，如图1所示，自适应主动式磁性液体减振装置1还包括第一垫圈50和第二垫圈60，第一垫圈50设在筒形件101内且与第一盖板102相连，第一垫圈50具有沿其厚度方向贯穿第一垫圈50的第一通孔(未示出)，磁性件20配合在第一通孔内。

第二垫圈60设在筒形件101内且与第二盖板103相连，第二垫圈60具有沿其厚度方向贯穿第二垫圈60的第二通孔(未示出)，第二电磁铁301配合在第二通孔内。

如图1所示，第一垫圈50设在筒形件101的邻近左端开口处，第一垫圈50的外侧面与筒形件101的内侧面贴合，第一垫圈50具有沿左右方向贯穿第一垫圈50的第一通孔，磁性件20嵌设在第一通孔内。由此，本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置利用第一通孔对磁性件20的安装进行定位。

第二垫圈60设在筒形件101的邻近右端开口处，第二垫圈60的外侧面与筒形件101的内侧面贴合，第二垫圈60具有沿左右方向贯穿第二垫圈60的第二通孔，第二电磁铁301嵌设在第二通孔内，由此，本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置利用第二通孔对第二电磁铁301的安装进行定位。

另外，第一垫圈50和第二垫圈60可以将壳体10的内侧壁与第一电磁铁30间隔开，避免高速运动的第一电磁铁30与壳体10的内侧壁发生碰撞。而且第一垫圈50和第二垫圈60均为具有一定弹性的橡胶垫圈，从而在第一电磁铁30与第一垫圈50或第二垫圈60发生碰撞时，起到缓冲效果，避免第一电磁铁30发生碰撞损坏，提高使用寿命。

在一些实施例中，如图1所示，自适应主动式磁性液体减振装置1还包括第一缓冲垫70和第二缓冲垫80，第一缓冲垫70设在第一垫圈50远离第一端板的一侧，第一缓冲垫70具有第三通孔(未示出)，第三通孔与第一通孔相对且连通，第三通孔的横截面积沿远离第一垫圈50的方向增大，第一缓冲垫70的外周面与筒形件101的内周面贴合。

如图1所示，第一缓冲垫70设在第一垫圈50的右侧，第一缓冲垫70的左侧面与第一缓冲垫70的右侧面贴合，第一缓冲垫70具有沿左右方向延伸的第三通孔，第三通孔的左端与第一通孔连通，且第三通孔的横截面积从左至右逐渐增大。

第二缓冲垫80设在第二垫圈60远离第二端板的一侧，第二缓冲垫80具有第四通孔(未示出)，第四通孔与第二通孔相对且连通，第四通孔的横截面积沿远离第二垫圈60的方向增大，第二缓冲垫80的外周面与筒形件101的内周面贴合。

如图1所示，第二缓冲垫80设在第二垫圈60的左侧，且第二缓冲垫80的右侧面与第一垫圈50的左侧面贴合，第二缓冲垫80具有沿左右方向延伸的第四通孔，第四通孔的右端与第二通孔连通，且第四通孔的横截面积从右至左逐渐增大。

可以理解的是，第三通孔的内壁面、壳体10的内壁面和第四通孔的内壁面可以形成空腔，以用于盛放磁性液体90和第一电磁铁30，磁性液体90随第一电磁铁30的运动会与第三通孔和第四通孔的内壁面碰撞和摩擦，以消耗振动能量。

进一步地，第三通孔的内壁面和第四通孔的内壁面均为弧形面。可以理解的是，弧形面的表面积较大，有利于增大磁性液体与弧形面的接触面积和可碰撞面积，从而提高减振效果和可靠性。

进一步地，第一缓冲垫70和第二缓冲垫80均为弹性件。由此，具有弹性的第一缓冲垫和第二缓冲垫可以避免与第一电磁铁发生刚性碰撞，提高自适应主动式磁性液体减振装置的使用寿命。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振方法，采用根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振装置1，自适应主动式磁性液体减振方法包括：

判断自适应主动式磁性液体减振装置1的运动方向，记为第一方向，电流控制器40控制第一电磁铁30沿第二方向移动，其中第二方向与第一方向相反，即在振动发生阶段，电流控制器40控制第一电磁铁30朝向与振动方向相反的方向运动。

而后，第一电磁铁30沿第二方向移动预定时间后，电流控制器40控制第一电磁铁30沿第一方向移动，即在振动发生一段时间后，第一电磁铁30在壳体10内沿第二方向运动到了可移动空间的边缘处，此时电流控制器40控制第一电磁铁30沿第一方向运动，可以使磁性液体跟随第一电磁铁30继续运动，保持减振状态

第一电磁铁30沿第一方向移动预定时间后，重复上述步骤，以使第一电磁铁30往复移动。换言之，在第一电磁铁30沿第一方向或第二方向运动到可移动空间的边缘处时，第一电磁铁30会在电流控制器40的作用下反方向运动，直到振动结束。

根据本发明实施例的自适应主动式磁性液体减振方法，通过采用上述的自适应主动式磁性液体减振装置1，可主动适应不同频率的振动，减振效果好，使用寿命长。

进一步地，在振动结束后，电流控制器40可以控制第一电磁铁30运动至壳体10的中部(平衡位置)并保持静止，且在振动再次发生时，重复上述步骤。

例如，如图1和表1所示，磁性件20为永磁体，当自适应主动式磁性液体减振装置1向右振动时，电流控制器40控制第一电磁铁30与磁性件20相吸，且第一电磁铁30与第二电磁铁301相斥，第一电磁铁30向左运动。

第一电磁铁30向左运动一段行程后，电流控制器40控制第一电磁铁30与磁性件20相斥，且第一电磁铁30与第二电磁铁301相吸，第一电磁铁30向右运动，在振动结束之前，第一电磁铁30沿左右方向往复运动。

当振动结束后，电流控制器40控制第一电磁铁30与磁性件20和第二电磁铁301均相斥，且磁性件20提供的排斥力和第二电磁铁301提供的排斥力在第一电磁铁30运动到壳体10中部位置时达到平衡，第一电磁铁30保持静止。

下面参考图1-图2描述根据本发明的一个具体示例的自适应主动式磁性液体减振装置1。

如图1所示，自适应主动式磁性液体减振装置1包括壳体10、磁性件20、第一电磁铁30、第二电磁铁301、电流控制器40、第一垫圈50、第二垫圈60、第一缓冲垫70、第二缓冲垫80和连接件104。

壳体10内填充磁性液体90，且磁性液体90未填满壳体10。壳体10包括筒形件101、第一盖板102和第二盖板103，筒形件101的左右两端均具有开口，筒形件101的左端开口处设有环设于筒形件101外周的第一周缘1011，筒形件101的右端开口处设有环设于筒形件101外周的第二周缘1012，第一盖板102通过连接件104与第一周缘1011连接，以遮挡左端开口，第二盖板103通过连接件104与第二周缘1012连接，以遮挡右端开口。

磁性件20设于第一盖板102的右侧面，第一电磁铁30设于筒形件101内，第二电磁铁301设于第二盖板103的左侧面，磁性件20、第一电磁铁30和第二电磁铁301在壳体10内沿左右方向布置，电流控制器40设于壳体10外，且第一电磁铁30的外圈导线和第二电磁铁301的外圈导线均穿过筒形件101上的穿孔1013与电流控制器40连接。

第一垫圈50设于第一盖板102的右侧面，且第一垫圈50的外周面与壳体10的内周面贴合，第一垫圈50上具有沿左右方向贯穿第一垫圈50的第一通孔，磁性件20嵌设在第一通孔内，第一缓冲垫70设于第一垫圈50的右侧，且第一缓冲垫70的左侧面与第一垫圈50的右侧面贴合，第一缓冲件具有沿左右方向延伸的第三通孔，第三通孔与第一通孔连通，且第三通孔的横截面积从左到右逐渐增大。

第二垫圈60设于第二盖板103的左侧面，且第二垫圈60的外周面与壳体10的内周面贴合，第二垫圈60上具有沿左右方向贯穿第二垫圈60的第二通孔，第二电磁铁301嵌设在第二通孔内，第二缓冲件设于第二垫圈60的左侧，且第二缓冲垫80的右侧面与第二垫圈60的左侧面贴合，第二缓冲件具有沿左右方向延伸的第四通孔，第四通孔与第二通孔连通。且第四通孔的横截面积从右到左逐渐增大，第三通孔和第四通孔的内周面均为弧形面。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。