慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于吸振裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種慣容器，尤其涉及一種慣容系數(shù)可調(diào)的 慣容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣容器作為一種機(jī)械式被動(dòng)元件，解決了質(zhì)量元件的單端點(diǎn)問(wèn)題。當(dāng)一對(duì)力作用 于慣容器的兩端點(diǎn)時(shí)，兩端點(diǎn)的加速度與力成一定比例，該比例值即為"慣容系數(shù)"。由"慣 容器-彈簧-阻尼器"組成的新型機(jī)械隔振網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在車(chē)輛懸架隔振、建筑物隔振 及高性能摩托車(chē)轉(zhuǎn)向補(bǔ)償領(lǐng)域。
[0003] 應(yīng)用慣容器進(jìn)行橋梁減振是一種新的探索。橋梁的振動(dòng)一般由環(huán)境激勵(lì)及人為激 勵(lì)引起。大跨度橋梁（如斜拉橋、懸索橋等）主要考慮環(huán)境激勵(lì)引起的振動(dòng)，中小跨度橋梁 主要考慮人為激勵(lì)引起的振動(dòng)。鐵路橋梁的人為激勵(lì)源是列車(chē)，使得鐵路橋梁不僅受到垂 直方向的振動(dòng)，而且蛇行波等引起的激勵(lì)使水平方向的振動(dòng)也非常大；水平振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo) 致列車(chē)出現(xiàn)脫軌事故，因此，避免橋梁發(fā)生共振是非常重要的。
[0004] 目前，慣容器較為成熟的實(shí)現(xiàn)形式有機(jī)械式與液壓式，機(jī)械式中又包含滾珠絲桿 式與齒輪齒條式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)均是通過(guò)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將質(zhì)量塊或飛輪的質(zhì)量進(jìn)行放大，由 此獲取較大的"虛質(zhì)量"，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性質(zhì)量的封裝。然而，隨著磁流變液/電流變液等新型 液體材料的出現(xiàn)以及空氣彈簧技術(shù)的日益進(jìn)步，工程上實(shí)現(xiàn)了對(duì)彈簧剛度及阻尼系數(shù)的可 控，而普通的慣容器大部分是被動(dòng)元件，難以取得令人滿意的減振效果。而將復(fù)雜的慣容器 應(yīng)用在橋梁上，由于橋梁振動(dòng)的能量大，使得慣容器的失效率很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上不足，本發(fā)明旨在提供一種慣容系數(shù)可調(diào)的慣容 器，以通過(guò)控制電源產(chǎn)生的電流的大小，來(lái)抑制或加速飛輪旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)慣容系數(shù)，滿足 工程實(shí)際應(yīng)用。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，包括上吊耳、飛輪室、飛輪、絲杠、行程室、絲杠螺母、下吊 耳，所述上吊耳與飛輪室的上端連接，所述飛輪位于飛輪室內(nèi)，所述絲杠的上端與飛輪的下 端連接，所述絲杠的下端伸出飛輪室，并延伸至行程室，所述絲杠螺母位于行程室內(nèi)，絲杠 螺母與絲杠之間螺紋配合，所述下吊耳與行程室的下端連接，所述飛輪的外圍設(shè)置有可隨 飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈；所述飛輪室的外圍設(shè)置有與電源電連接的定子線圈。
[0007] 作為對(duì)本發(fā)明的限定，所述轉(zhuǎn)子線圈、定子線圈分別為環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子線圈的軸 線、定子線圈的軸線分別與絲杠的軸線平行。
[0008] 作為對(duì)本發(fā)明的另一種限定，所述定子線圈經(jīng)導(dǎo)線與電源電連接。
[0009] 作為對(duì)本發(fā)明的第三種限定，所述絲杠上端套有用于支撐絲杠的支撐座。
[0010] 作為對(duì)本發(fā)明的第四種限定，所述行程室外套有防塵罩。
[0011] 作為對(duì)本發(fā)明的第五種限定，所述轉(zhuǎn)子線圈的輸出電流的大小及方向由勵(lì)磁機(jī)控 制。
[0012] 作為對(duì)本發(fā)明的第六種限定，所述轉(zhuǎn)子線圈上串聯(lián)有電阻器；所述轉(zhuǎn)子線圈的輸 出電流的大小通過(guò)改變電阻器的阻值控制。
[0013]本發(fā)明還有一種限定，所述上吊耳安裝于振源的上連接點(diǎn)，下吊耳安裝于振源的 下連接點(diǎn)。
[0014] 本發(fā)明的慣容器的上吊耳、下吊耳之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將 上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0015] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于： 本發(fā)明的飛輪室的外圍繞有定子線圈，定子線圈的兩端連接電源的正負(fù)極，相當(dāng)于電 機(jī)的定子，定子線圈通電時(shí)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)；飛輪的外圍繞有轉(zhuǎn)子線圈，相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子。飛 輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線，產(chǎn)生磁感應(yīng)電流及電場(chǎng)力，該電場(chǎng)力能夠推動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016]當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈未通電時(shí)，改變電源輸出的電流的大小，即改變定子線圈上電流的大 小，飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，并儲(chǔ)存電能，根據(jù)能量守恒定律，飛輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)將部 分旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，從而飛輪的旋轉(zhuǎn)速率降低。
[0017]當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈通電時(shí)，控制電源輸出的電流的大小和方向，即控制定子線圈上的電 流的大小和方向，也就能控制產(chǎn)生的電場(chǎng)力的大小，以促使或抑制飛輪的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)慣容系 數(shù)b的可調(diào)。
[0018]其中：
其中x(t)為慣容器兩端點(diǎn)的相對(duì)位移，F(xiàn)(X)為慣容器受到的激勵(lì)，P為絲杠的螺距，n為轉(zhuǎn)子線圈的匝數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為轉(zhuǎn)子線圈切割磁感線的有效長(zhǎng)度，I為通過(guò)轉(zhuǎn)子 線圈的電流，R為轉(zhuǎn)子線圈的旋轉(zhuǎn)半徑，J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mfe為安培力矩（= )，為^以角速度為硬|:|:的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0019] 綜上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0020] 本發(fā)明的慣容器適合應(yīng)用于橋梁上，實(shí)現(xiàn)減振的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中的飛輪室部位處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖中：1、下吊耳；2、絲杠螺母；3、防塵罩；4、轉(zhuǎn)子線圈；5、飛輪；6、電源；7、上吊 耳；8、導(dǎo)線；9、飛輪室；10、定子線圈；11、支撐座；12、絲杠；13、行程室。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 實(shí)施例1 一種慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括上吊耳7、飛輪室9、飛輪5、絲杠 12、彳丁程室13、絲杜螺母2、下吊耳1。
[0025] 上吊耳7與飛輪室9的上端連接。
[0026] 飛輪室9的外圍設(shè)置有經(jīng)導(dǎo)線8與電源6電連接的定子線圈10。定子線圈10為 環(huán)形結(jié)構(gòu)，定子線圈10的軸線與絲杠12的軸線平行。定子線圈10通電時(shí)產(chǎn)生的電流的大 小及方向由電源6控制。
[0027] 飛輪5位于飛輪室9內(nèi)，飛輪5的外圍設(shè)置有可隨飛輪5旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈4。轉(zhuǎn)子 線圈4為環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子線圈4的軸線與絲杠12的軸線平行。轉(zhuǎn)子線圈4的輸出電流的大 小及方向可由勵(lì)磁機(jī)控制，或者通過(guò)在轉(zhuǎn)子線圈4上串聯(lián)可變電阻器，轉(zhuǎn)子線圈4的輸出電 流的大小通過(guò)改變可變電阻器的阻值控制。
[0028] 絲杠12的上端與飛輪5的下端連接，并且絲杠12的上端套有用于在絲杠12旋轉(zhuǎn) 時(shí)對(duì)絲杠12進(jìn)行支持的支撐座11。絲杠12的下端伸出飛輪室9,并延伸至行程室13。
[0029] 絲杠螺母2位于行程室13內(nèi)，絲杠螺母2與絲杠12之間螺紋配合。行程室13外 套有防塵罩3。
[0030] 下吊耳1與行程室12的下端連接。
[0031] 本實(shí)施例安裝時(shí)，上吊耳7安裝于振源的上連接點(diǎn)，下吊耳1安裝于振源的下連接 點(diǎn)。當(dāng)上吊耳7與下吊耳1之間產(chǎn)生往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺母2經(jīng)與絲桿間形成的旋轉(zhuǎn)副將 直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲桿12與飛輪5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上吊耳7相對(duì)于下吊耳1做直線運(yùn)動(dòng)的一部 分動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為飛輪5旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能和飛輪5旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子線圈4旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能。飛輪8 的質(zhì)量被"封裝"，由此實(shí)現(xiàn)慣容器的物理效果。
[0032] 本實(shí)施例的飛輪室9的外圍繞有定子線圈10,定子線圈10的兩端連接電源6的 正負(fù)極，相當(dāng)于電機(jī)的定子，定子線圈10通電時(shí)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)。飛輪5的外圍繞有轉(zhuǎn)子線圈 4,相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子。飛輪5旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈4切割磁力線，產(chǎn)生磁感應(yīng)電流及電場(chǎng)力， 該電場(chǎng)力能夠推動(dòng)飛輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0033] 當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈4未通電時(shí)，改變電源6輸出的電流的大小，即改變定子線圈10上電 流的大小，飛輪5旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)電流，并儲(chǔ)存電能，同時(shí)阻礙飛輪5的旋轉(zhuǎn)。
[0034] 當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈4通電時(shí)，控制電源6輸出的電流的大小和方向，即控制定子線圈10 上的電流的大小和方向，也就能控制產(chǎn)生的電場(chǎng)力的大小，以促使或抑制飛輪5的旋轉(zhuǎn)，實(shí) 現(xiàn)慣容系數(shù)b的可調(diào)。
[0035] 其中：

其中X(t)為慣容器兩端點(diǎn)的相對(duì)位移，F(xiàn)(X)為慣容器受到的激勵(lì)，P為絲杠的螺距，n為轉(zhuǎn)子線圈4的匝數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為轉(zhuǎn)子線圈4切割磁感線的有效長(zhǎng)度，I為通 過(guò)轉(zhuǎn)子線圈4的電流，R為轉(zhuǎn)子線圈4的旋轉(zhuǎn)半徑，J為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Mite為安培力矩 =ZiML)，Jite為Mite以角速度為._的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，包括上吊耳（7)、飛輪室（9)、飛輪（5)、絲杠（12)、行程 室（13)、絲杠螺母（2)、下吊耳（1)，所述上吊耳（7)與飛輪室（9)的上端連接，所述飛輪（5) 位于飛輪室（9)內(nèi)，所述絲杠（12)的上端與飛輪（5)的下端連接，所述絲杠（12)的下端伸 出飛輪室（9)，并延伸至行程室（13)，所述絲杠螺母（2)位于行程室（13)內(nèi)，絲杠螺母（2)與 絲杠（12)之間螺紋配合，所述下吊耳（1)與行程室（13)的下端連接，其特征在于：所述飛輪 (5) 的外圍設(shè)置有可隨飛輪（5)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈（4);所述飛輪室（9)的外圍設(shè)置有與電源 (6) 電連接的定子線圈（10)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子線圈（4)、定 子線圈（10)分別為環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子線圈（4)的軸線、定子線圈（10)的軸線分別與絲杠（12) 的軸線平行。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述定子線圈 (10)經(jīng)導(dǎo)線（8)與電源（6)電連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述絲杠（12)上端套 有用于支撐絲杠（12)的支撐座（11)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述行程室（13)外套 有防塵罩（3)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子線圈（4)的輸 出電流的大小及方向由勵(lì)磁機(jī)控制。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子線圈上串聯(lián) 有電阻器；所述轉(zhuǎn)子線圈的輸出電流的大小通過(guò)改變電阻器的阻值控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，其特征在于：所述上吊耳（7)安裝于 振源的上連接點(diǎn)，下吊耳（1)安裝于振源的下連接點(diǎn)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種慣容系數(shù)可調(diào)的慣容器，包括上吊耳、飛輪室、飛輪、絲杠、行程室、絲杠螺母、下吊耳，所述上吊耳與飛輪室的上端連接，所述飛輪位于飛輪室內(nèi)，所述絲杠的上端與飛輪的下端連接，所述絲杠的下端伸出飛輪室，并延伸至行程室，所述絲杠螺母位于行程室內(nèi)，絲杠螺母與絲杠之間螺紋配合，所述下吊耳與行程室的下端連接，所述飛輪的外圍設(shè)置有可隨飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈；所述飛輪室的外圍設(shè)置有與電源電連接的定子線圈。本發(fā)明通過(guò)控制電源產(chǎn)生的電流的大小和方向，來(lái)抑制或加速飛輪旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)慣容系數(shù)，以滿足工程實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明的慣容器適合應(yīng)用于橋梁上，實(shí)現(xiàn)減振目的。
【IPC分類(lèi)】E01D19/00, F16F15/30, F16F15/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105003591
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510285877
【發(fā)明人】路永婕, 張俊寧, 楊紹普, 李韶華, 李雙艷, 王揚(yáng), 李浩玉, 宋穎
【申請(qǐng)人】石家莊鐵道大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年5月29日