一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置

技术领域

本发明涉及低频振动控制领域，还涉及一种基于层状周期性结构的主被动混合压电隔振支座。

背景技术

随着新型智能材料的不断发现，加工制造工艺的日益提高，具有体积小、作动力大和控制精度高的智能型作动器，比如压电陶瓷作动器、形状记忆合金作动器、电流变体作动器和磁致伸缩作动器等得到越来越多的关注和研究。随着智能作动器制作工艺不断提高，非线性控制器技术的日益完善，智能作动器在振动主动控制领域具有更为广泛的应用前景。

复合压电隔振器由压电作动器和被动隔振器组合而成，可以充分发挥各自的优点。目前，复合压电隔振器主要是选用合适的被动隔振器和压电作动器分开并联或串联使用，主要形式有压电作动器和橡胶隔振器串联组合使用，但是分离式复合压电隔振器具有安装复杂，使用不方便等问题，同时压电作动器和电磁隔振器的复合隔振研究较少。

为此本发明设计出一种压电、橡胶和电磁共同隔振的一体式复合隔振器，方便了安装的过程，同时在使用中能很好的避免外部环境对复合隔振器减振效果的影响。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置，该装置充分发挥了压电、橡胶和电磁的隔振效果，能更好的减缓外界的振动，实现对被减振设备的稳定。

本发明是采取如下技术方案来完成的：一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置，包括壳体和传力杆组件，壳体内设有能量收集单元和多个隔振单元，所述传力杆组件下端置于壳体内，传力杆组件上端部由壳体顶部穿出，多个隔振单元包括压电堆隔振组件、橡胶隔振组件和电磁隔振组件，所述橡胶隔振组件设于压电堆隔振组件和电磁隔振组件之间，传力杆组件底端部与压电堆隔振组件相抵，所述能量收集单元通过导线与电磁隔振组件连接。

进一步地，所述传力杆组件包括杆部、限位板和传力板，所述杆部套接有预压弹簧，预压弹簧位于限位板和壳体之间，所述传力板位于杆部的底端部并与压电堆隔振组件相抵，所述能量收集单元插接在杆部上。

进一步地，所述能量收集单元包括梁式支撑组件和多个压电发电组件，所述梁式支撑组件由两个相对设置的绝缘支撑构件组成，支撑构件呈简支梁式结构，压电发电组件两侧分别插接于两侧支撑构件上，支撑构件底部延伸至电磁隔振组件的壳体上，所述能量收集单元与电磁隔振组件的连接导线布置于支撑构件内。

进一步地，所述壳体包括上盖板和具有容纳腔的本体，所述压电堆隔振组件、橡胶隔振组件和电磁隔振组件依次设置于具有容纳腔的本体内，所述本体的容纳腔底部设置有钢板，所述钢板与电磁隔振组件对应并相适配，所述本体底部中心处具有圆形孔，调节螺母可调节的连接在圆形孔内，钢板位于圆形孔和电磁隔振组件之间。

进一步地，所述压电堆隔振组件下端通过上钢板与所述橡胶隔振组件上端连接，所述橡胶隔振组件下端通过下钢板与所述电磁隔振组件上端连接。

进一步地，所述压电发电组件由压电陶瓷片和不锈钢片组成，压电陶瓷片固定在不锈钢片上，压电陶瓷片和不锈钢片两端与导线一端焊接，所述导线另一端与所述电磁隔振组件连接。

进一步地，所述压电发电组件两端布置有整流单元和集成电路，所述整流单元为具有整流桥的线路板，多个压电发电组件分别通过导线与线路板上的整流桥连接，所述集成电路为能量管理芯片，所述能量管理芯片与线路板导线连接。

进一步地，所述压电堆隔振组件由多个压电陶瓷片和多个铜箔组成，所述铜箔插接于相邻压电陶瓷片间，所述压电堆隔振组件与导线一端焊接，导线另一端通过壳体与外部压电陶瓷控制器连接。

进一步地，所述橡胶隔振组件由单个橡胶组成，所述橡胶固定在所述压电堆隔振组件和所述电磁隔振组件之间。

进一步地，所述电磁隔振组件由包括线圈、永磁体和传力杆组成，所述线圈通过导线与压电发电组件连接，所述传力杆固定在永磁体上，所述永磁体固定在所述线圈之间，所述永磁体通过弹簧和钢板与所述调节螺母连接。

本发明中，当外界振动时，通过传力杆组件将振动能传递到压电发电组件上，产生电能供电磁隔振组件工作。同时振动能通过传力板传递到压电堆隔振组件，对部分振动能进行减振；剩余的振动能再通过上钢板传递到橡胶隔振组件，对剩余的振动能进行减振；最后通过下钢板将振动能传递到电磁隔振组件，电磁隔振组件获得压电发电组件的电能产生隔振效果，达到最大的隔振效果。充分发挥了压电、橡胶和电磁的隔振效果，能更好的减缓外界的振动，达到最大的隔振作用。

附图说明

图1为一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置的剖面结构示意图；

图2为一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置的能量收集单元结构示意图；

图3为一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置的压电堆隔振组件结构示意图；

图4为一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置的橡胶隔振组件结构示意图；

图5为一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置的电磁隔振组件剖面结构示意图。

标记说明：壳体1、传力杆组件2能量收集单元3压电堆隔振组件4、橡胶隔振组件5、电磁隔振组件6、上钢板7、下钢板8、调节螺母9、上盖板11、本体12、钢板13、圆形孔14、出线孔15、杆部21、限位板22、下传力板23、预压弹簧24支撑构件31、压电陶瓷片32、不锈钢片33、处理装置34、压电陶瓷片41、铜箔42、压电陶瓷控制器43、线圈61、永磁体62、传力杆63、弹簧64、通孔65

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参照图1-5所示，本发明提供一种基于压电橡胶电磁一体式复合隔振装置，包括壳体1和传力杆组件2，所述壳体1包括上盖板11和具有容纳腔的本体12，上盖板固定在本体外侧部，本体由U形钢板组成。所述壳体的容纳腔内设有能量收集单元3和多个隔振单元。多个隔振单元包括压电堆隔振组件4、橡胶隔振组件5和电磁隔振组件6，所述橡胶隔振组件5设于压电堆隔振组件4和电磁隔振组件6之间，所述压电堆隔振组件4下端通过上钢板7与所述橡胶隔振组件5上端连接，所述橡胶隔振组件下端通过下钢板8与所述电磁隔振组件6上端连接。所述传力杆组件2下端置于壳体1内，传力杆组件2上端部由壳体1顶部穿出，能量收集单元3套接在传力杆组件2上，传力杆组件2底端部与压电堆隔振组件4相抵，所述能量收集单元3通过导线与电磁隔振组件6连接。

当外界振动时，传力杆组件将振动能分别传递至能量收集单元3和压电堆隔振组件4，能量收集单元3将动能转化为电能，并通过导线传输给电磁隔振组件6，电磁隔振组件6产生与振动方向相反的阻尼力来抵消振动。压电堆隔振组件4对振动能进行减振，剩下的振动能依次传递橡胶隔振组件5和电磁隔振组件6，通过压电、橡胶和电磁共同隔振，达到最大的隔振作用。

进一步地，所述传力杆组件2包括杆部21、限位板22和传力板23，限位板22和传力板23设于杆部上并位于壳体1内，所述杆部21上端部由壳体顶部穿出。所述杆部套接有预压弹簧24，预压弹簧24位于限位板22和壳体1之间。所述传力板23位于杆部的底端部并与压电堆隔振组件4相抵，所述能量收集单元3插接固定在杆部上并位于限位板22和传力板23之间。传力杆组件2受到外界振动，将振动能传递给能量收集单元，同时通过传力板23将振动能传递给压电堆隔振组件4。

进一步地，所述能量收集单元3包括梁式支撑组件和多个压电发电组件，梁式支撑组件用于支撑压电发电组件。所述梁式支撑组件由两个相对设置的绝缘支撑构件31组成，支撑构件31呈简支梁式结构。压电发电组件两侧分别插接于两侧支撑构件31上，支撑构件31底部延伸至电磁隔振组件的壳体上，所述电磁隔振组件的壳体与支撑构件连接处具有通孔65，所述能量收集单元3与电磁隔振组件6的连接导线穿过通孔连接于支撑构件31内。

所述压电发电组件由压电陶瓷片32和不锈钢片33组成，压电陶瓷片32固定在不锈钢片33上，所述压电发电组件中间处套接在传力杆组件的杆部21上，不锈钢钢片与杆部的连接处焊接固定。压电陶瓷片32和不锈钢片33两端与导线一端焊接，所述导线另一端与所述电磁隔振组件6连接。所述压电发电组件两端布置有处理装置34，所述处理装置包括整流单元和集成电路，所述整流单元为具有整流桥的线路板，多个压电发电组件分别通过导线与线路板上的整流桥连接，所述集成电路为能量管理芯片，所述能量管理芯片与线路板导线连接。当传力杆组件将振动能传递至能量收集单元，能量收集单元的压电发电组件将振动能转化为电能，产生的电流通过整流单元和集成电路的处理后，传输给电磁隔振组件，产生与振动方向相反的阻尼力来抵消振动，实现电磁隔振的效果。

进一步地，所述压电堆隔振组件4由多个压电陶瓷片41和多个铜箔42组成，所述铜箔42插接于相邻压电陶瓷片间，压电陶瓷片和铜箔交错分布。所述壳体上设置有出线孔15，所述压电堆隔振组件4与导线一端焊接，导线另一端穿过壳体的出线孔与外部压电陶瓷控制器43连接。所述压电陶瓷控制器包括功率放大模块、PZT传感控制模块和机箱与供电模块，所述功率放大模块将输入信号放大并传输给PZT传感控制模块，所述PZT传感控制模块将放大的信号通过内部的算法电路完成对压电堆隔振组件的控制，实现压电堆隔振组件的隔振效果。

进一步地，所述橡胶隔振组件5由单个橡胶组成，所述橡胶固定在所述压电堆隔振组件4和电磁隔振组件6之间。

进一步地，所述本体的容纳腔底部设置有钢板13，所述钢板13与电磁隔振组件6对应并相适配，所述本体底部中心处具有圆形孔14，调节螺母9可调节的连接在圆形孔14内，钢板位于圆形孔14和电磁隔振组件6之间。所述电磁隔振组件6由包括线圈61、永磁体62和传力杆63组成，所述线圈通过导线与压电发电组件连接，所述永磁体62固定在线圈61中间处，所述传力杆63固定在永磁体62上，钢板与永磁体之间设置有弹簧64。通过底部调节螺母是为了调节电磁隔振组件中永磁体62的上下位置，使永磁体上的传力杆63顶端能与下钢板8接触在一起，同时也起到预压的作用，减小压电迟滞性影响。

工作原理：当外界振动时，传力杆组件受到振动，将振动能传递到压电发电组件上，同时振动能通过传力板23传递到压电堆隔振组件4。压电发电组件将振动能转化为电能，产生的电流通过整流单元和集成电路的处理后，传输给电磁隔振组件6。压电堆隔振组件4发挥主动隔振效果，对部分振动能进行减振后，将剩余的振动能再通过上钢板传递到橡胶隔振组件5，橡胶隔振组件5发挥被动隔振效果，对剩余的振动能进行减振。最后通过下钢板8将振动能传递到电磁隔振组件6，电磁隔振组件6通过压电发电组件的电能产生与振动方向相反的阻尼力来抵消振动，实现电磁隔振的效果。充分发挥了压电、橡胶和电磁的共同隔振效果，能更好的减缓外界的振动，达到最大的隔振作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。