CN111810757B - 一种适用于管路减振的主动吊架装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于管路减振的主动吊架装置，包括定子壳体(1)、动子(6)，第1层的永磁体(5)和第2层的永磁体(5)，第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)的永磁场的极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(9)的极性相同；绕制轴线为纵向轴线的线圈(4)、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)，上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)面向动子(6)外侧壁的一侧为其电磁场的极性端面；上圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面与第1层的永磁体(5)的极性端面相邻，下圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面与第2层的永磁体(5)的极性端面相邻；线圈配置交流电。

Description

一种适用于管路减振的主动吊架装置

技术领域

本发明涉及管路减振领域，一种适用于管路减振的主动吊架装置。

背景技术

振动与噪声会对船员及乘客的身心健康造成较大伤害，考虑到人们对声振舒适性要求的不断提高，必须对船舶的种种振源进行治理。作为船舶各机构中不可或缺的管路，主要动力机械所产生的振动往往经由管路传递至船体或者其它部位，因此管路振动治理的好坏直接影响船舶整体减振降噪效果。目前，在管道减振的研究中，目前较为常用的手段是通过在管路与固定位置之间安装弹性支承或引入阻尼材料，采用这种方法的优势在于在全频段范围内降低传递到基础上的振动，而对于低频振动线谱的抑制不明显。

大量工程经验表明，管道过大的振动是由激励设备传导而来，其往往表现为关键低频振动线谱。线谱的控制方法主要为动力吸振方法，针对管道而言，往往采用被动吸振作为控制方法，然而被动吸振技术无法适用于激励设备本身振动频率不稳定的情况，同时吸振器要获得较好的低频振动控制效果需要较大的吸振质量，过大的附加质量会对管道振动造成不利的影响。

发明内容

本发明目的提供一种适用于管路减振的主动吊架装置，引入主动控制组件以解决被动吸振组件不适用于激励设备本身振动频率不稳定的情况。

本发明通过下述技术方案实现：

第一技术方案:

一种适用于管路减振的主动吊架装置，包括定子壳体、设置在定子壳体的内腔中、沿定子壳体的纵向轴线可动的动子，其特征在于，

还包括装配于动子外侧壁、沿动子纵向轴线布置于第1层的永磁体和布置于第2层的永磁体，第1层的永磁体与第2层的永磁体的永磁场的极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体与第2层的永磁体的极性相同；

还包括装配于定子壳体内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁，上圈口、下圈口处的线圈轭铁面向动子外侧壁的一侧为其电磁场的极性端面；

上圈口处的线圈轭铁的极性端面与第1层的永磁体的极性端面相邻，下圈口处的线圈轭铁的极性端面与第2层的永磁体的极性端面相邻；

线圈配置交流电。

本发明的设计原理为：

定子壳体内的线圈通入交流电，因此其线圈轭铁产生变化极性，即在二分之一交流半周期内，上圈口的线圈轭铁呈N极，下圈口的线圈轭铁为S极，在另二分之一交流半周期内，则上圈口的线圈轭铁呈S极，下圈口的线圈轭铁为N 极；由于永磁体面向定子壳体内侧壁的一端为其一个极性面，其中第1层的永磁体与第2层的永磁体的极性相同，例如：若其第1层的永磁体面向定子壳体内侧壁的一端呈N极时，则第2层的永磁体面向定子壳体内侧壁的一端也呈N 极，若其第1层的永磁体面向定子壳体内侧壁的一端呈S极时，则第2层的永磁体面向定子壳体内侧壁的一端也呈S极；

因此，在上述系统下，在任何半周期内，总有一个线圈轭铁与一层永磁体呈相同极性产生斥力，另一个线圈轭铁与另一层永磁体呈相反极性产生吸力。也就是说：由于线圈安装于线圈轭铁之中，线圈轭铁采用高导磁材料制作，线圈轭铁面向动子的一端呈极性端面。而由于永磁体分上下两层固定于动子之上并与线圈轭铁上下端对应布置，其极性采用径向布置且上下层永磁体采用相同极性布置。永磁体与线圈轭铁之间设计有气隙。

当线圈通入正弦交流电时，此时线圈轭铁和永磁体之间上下端分别交替存在电磁吸力和电磁斥力，两种电磁力方向相同，故此电磁作动机构所提供的电磁力向上或向下交替变化，系统亦实现了管路振动所需的正弦电磁控制力输出。当改变线圈所通入交流电的大小和频率时，线圈轭铁中的电磁场发生变化，动子组件与定子组件之间的电磁力亦随之变化，进而实现了系统输出电磁力的在线调节。因此，上述线圈、线圈轭铁、永磁体组成了一个同时产生吸力和斥力的主动控制组件，通过对交流电的大小和频率的控制来适应激励设备本身振动频率不稳定的问题。通过对交流电的大小和频率的控制用以控制被动减振系统无法有效隔离的低频线谱振动。

比较特别的是：

本发明将线圈设置在定子壳体上，而只在动子增加2层的永磁体，其中还可以对2层永磁体之间的动子段进行去重处理，由于本发明采用了主动控制组件，，可以控制线圈的电流来控制斥力和吸力，可以较好的低频振动控制效果，因此可以无需额外配置较大的吸振质量(配重块)，同时对于线圈是设置在定子壳体上的，因此，对于连接管路(被减振对象)的定子来说，定子质量小，同时反而定子可以尽可能减重处理，因此对管路的影响最小，不会对管路增加特别大的配重负荷。

在上述技术方案的基础上，优选的：

第1层的永磁体的极性端面相较于上圈口处的线圈轭铁的极性端面向上错位设置，第2层的永磁体的极性端面相较于下圈口处的线圈轭铁的极性端面向下错位设置。

在上述技术方案的基础上，优选的：

第1层的永磁体与第2层的永磁体的极性相同是指：第1层的永磁体与第2 层的永磁体面向定子壳体内侧壁的一端的极性相同。

在上述技术方案的基础上，优选的：

第1层的永磁体与第2层的永磁体均为环状永磁体，其中，环状永磁体与动子同轴线，环状永磁体外径面为其面向定子壳体内侧壁的一端，第1层的永磁体与第2层的永磁体的外径面的极性相同。

在上述技术方案的基础上，优选的：

所述定子壳体内侧壁设置有环形凹槽，所述上圈口、下圈口处的线圈轭铁之间通过连接轭铁连接，上圈口、下圈口处的线圈轭铁、连接轭铁组成一个开口指向动子的轭铁环槽结构，所述线圈绕动子纵向轴线绕制后嵌入到轭铁环槽结构内。

在上述技术方案的基础上，优选的：

还包括被动减振元件，动子外侧壁、定子壳体内侧壁均设置有位置互相对称的放置凹槽，被动减振元件设置在动子的放置凹槽、定子壳体的放置凹槽所对称形成的夹持空隙中。

在上述技术方案的基础上，优选的：

所述夹持空隙有2个，被动减振元件有2个，其中一个夹持空隙、一个被动减振元件被配置在第1层的永磁体的上方，其中另一个夹持空隙、另一个被动减振元件被配置在第2层的永磁体的下方。

在上述技术方案的基础上，优选的：

被动减振元件为与动子同轴的环形橡胶元件或螺旋弹簧。

上述被动减振元件、动子、定子壳体、夹持空隙组成了被动吸振系统，其中设置上下2层的被动减振元件有利于提高系统的稳定性。

在上述技术方案的基础上，优选的：

还包括安装于承载体的定子延长杆，定子延长杆远离承载体的一端与定子壳体的上端连接；

还包括安装于被减振对象的动子延长杆，动子延长杆与动子的下端连接。

在上述技术方案的基础上，优选的：

所述承载体为管路安装基座，所述被减振对象为管路。

本发明可以达到以下效果：

1、相比于传统被动式管路减振装置，本发明将电磁作动技术融入吊架设计之中，橡胶元件保留了传统减振方法隔离宽频带振动的优点，主动电磁作动技术根据实际情况降低管路传递至船体的低频线谱振动，解决了传统被动管路减振方法无法有效应对低频线谱振动的弊端。

2、在管路振动治理中，本发明所采用的输出力机构采用电磁作动技术实现，相比于传统电动式作动机构，其输出力更大、附加质量小、结构紧凑型更好，利于管路大高径比和轻量化的设计实现。

3、本发明所采用的主动减振方式为次级作动力同时作用于基础和振源的情况，相比于单一作用于基础或者振源的控制方式，其控制所需的主动作动力更小，实际应用时控制效果更好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

附图1为电磁作动机构二维轴对称示意图。

附图2为主动吊架装置结构示意图。

附图3为主动吊架装置安装示意图。

附图中的附图标记分别表示为：1-定子壳体；2-橡胶元件；3-线圈轭铁； 4-线圈；5-永磁体；6-动子；7-动子延长杆；8-定子延长杆；9-承载体；10-管路；11-主动吊架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种适用于管路减振的主动吊架装置，包括定子壳体1、设置在定子壳体1的内腔中、沿定子壳体1的纵向轴线可动的动子6，

还包括装配于动子6外侧壁、沿动子6纵向轴线布置于第1层的永磁体5和布置于第2层的永磁体5，第1层的永磁体5与第2层的永磁体5的永磁场的极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体5与第2层的永磁体5的极性相同；

还包括装配于定子壳体1内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈4、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁3，上圈口、下圈口处的线圈轭铁3面向动子6外侧壁的一侧为其电磁场的极性端面；

上圈口处的线圈轭铁3的极性端面与第1层的永磁体5的极性端面相邻，下圈口处的线圈轭铁3的极性端面与第2层的永磁体5的极性端面相邻；

线圈配置交流电。

实施时，定子壳体1内的线圈通入交流电，因此其线圈轭铁产生变化极性，即在二分之一交流半周期内，上圈口的线圈轭铁呈N极，下圈口的线圈轭铁为S 极，在另二分之一交流半周期内，则上圈口的线圈轭铁呈S极，下圈口的线圈轭铁为N极；由于永磁体面向定子壳体内侧壁的一端为其一个极性面，其中第1 层的永磁体5与第2层的永磁体5的极性相同，例如：若其第1层的永磁体5面向定子壳体内侧壁的一端呈N极时，则第2层的永磁体5面向定子壳体内侧壁的一端也呈N极，若其第1层的永磁体5面向定子壳体内侧壁的一端呈S极时，则第2层的永磁体5面向定子壳体内侧壁的一端也呈S极；

因此，在上述系统下，在任何半周期内，总有一个线圈轭铁与一层永磁体5 呈相同极性产生斥力，另一个线圈轭铁与另一层永磁体5呈相反极性产生吸力。也就是说：由于线圈安装于线圈轭铁之中，线圈轭铁采用高导磁材料制作，线圈轭铁面向动子的一端呈极性端面。而由于永磁体分上下两层固定于动子之上并与线圈轭铁上下端对应布置，其极性采用径向布置且上下层永磁体采用相同极性布置。永磁体与线圈轭铁之间设计有气隙。

当线圈通入正弦交流电时，此时线圈轭铁和永磁体之间上下端分别交替存在电磁吸力和电磁斥力，两种电磁力方向相同，故此电磁作动机构所提供的电磁力向上或向下交替变化，系统亦实现了管路振动所需的正弦电磁控制力输出。当改变线圈所通入交流电的大小和频率时，线圈轭铁中的电磁场发生变化，动子组件与定子组件之间的电磁力亦随之变化，进而实现了系统输出电磁力的在线调节。因此，上述线圈、线圈轭铁、永磁体组成了一个同时产生吸力和斥力的主动控制组件，通过对交流电的大小和频率的控制来适应激励设备本身振动频率不稳定的问题。通过对交流电的大小和频率的控制用以控制被动减振系统无法有效隔离的低频线谱振动。

比较特别的是：

本发明将线圈设置在定子壳体上，而只在动子增加2层的永磁体，其中还可以对2层永磁体之间的动子段进行去重处理，由于本发明采用了主动控制组件，，可以控制线圈的电流来控制斥力和吸力，可以较好的低频振动控制效果，因此可以无需额外配置较大的吸振质量(配重块)，同时对于线圈是设置在定子壳体上的，因此，对于连接管路(被减振对象)的定子来说，定子质量小，同时反而定子可以尽可能减重处理，因此对管路的影响最小，不会对管路增加特别大的配重负荷。

实施例2

如图1、图2、图3所示，在上述实施例的基础上，优选的：

第1层的永磁体5的极性端面相较于上圈口处的线圈轭铁3的极性端面向上错位设置，第2层的永磁体5的极性端面相较于下圈口处的线圈轭铁3的极性端面向下错位设置。

实施例3

如图1、图2、图3所示，在上述实施例的基础上，优选的：

第1层的永磁体5与第2层的永磁体5的极性相同是指：第1层的永磁体5与第2层的永磁体5面向定子壳体1内侧壁的一端的极性相同。

实施例4

如图1、图2、图3所示，在上述实施例的基础上，优选的：

第1层的永磁体5与第2层的永磁体5均为环状永磁体，其中，环状永磁体与动子6同轴线，环状永磁体外径面为其面向定子壳体1内侧壁的一端，第1 层的永磁体5与第2层的永磁体5的外径面的极性相同。

所述定子壳体1内侧壁设置有环形凹槽，所述上圈口、下圈口处的线圈轭铁3之间通过连接轭铁连接，上圈口、下圈口处的线圈轭铁3、连接轭铁组成一个开口指向动子6的轭铁环槽结构，所述线圈绕动子6纵向轴线绕制后嵌入到轭铁环槽结构内。

实施例5

如图1、图2、图3所示，在上述实施例的基础上，优选的：

还包括被动减振元件，动子6外侧壁、定子壳体1内侧壁均设置有位置互相对称的放置凹槽，被动减振元件设置在动子6的放置凹槽、定子壳体1的放置凹槽所对称形成的夹持空隙中。

所述夹持空隙有2个，被动减振元件有2个，其中一个夹持空隙、一个被动减振元件被配置在第1层的永磁体5的上方，其中另一个夹持空隙、另一个被动减振元件被配置在第2层的永磁体5的下方。

被动减振元件为与动子同轴的环形橡胶元件或螺旋弹簧。

上述被动减振元件、动子、定子壳体、夹持空隙组成了被动吸振系统，其中设置上下2层的被动减振元件有利于提高系统的稳定性。

如图3所示：

还包括安装于承载体9的定子延长杆8，定子延长杆远离承载体9的一端与定子壳体1的上端连接；

还包括安装于被减振对象的动子延长杆7，动子延长杆7与动子的下端连接。

所述承载体9为管路安装基座，所述被减振对象为管路。

实施例6

如图1、图2、图3所示，提供一种适用于管路减振的主动吊架装置，解决现有被动式管路吸振技术或者弹性支承技术无法有效应对变工况振动或者低频线谱振动的弊端。其核心技术在于融合电磁作动技术进行管道吊架设计，构建次级激励力同时作用于振源和基础的主动减振模型，最终实现管路的振动治理。

附图1给出了本发明所采用的电磁作动机构的二维轴对称示意图。线圈安装于线圈轭铁之中，线圈轭铁采用高导磁材料制作。永磁体分上下两层固定于动子之上并与线圈轭铁上下端错位布置，其极性采用径向布置且上下层永磁体采用相同极性布置。永磁体与线圈轭铁之间设计有气隙。

当线圈通入正弦交流电时，此时线圈轭铁和永磁体之间上下端分别交替存在电磁吸力和电磁斥力，两种电磁力方向相同，故此电磁作动机构所提供的电磁力向上或向下交替变化，系统亦实现了管路振动所需的正弦电磁控制力输出。当改变线圈所通入交流电的大小和频率时，线圈轭铁中的电磁场发生变化，动子组件与定子组件之间的电磁力亦随之变化，进而实现了系统输出电磁力的在线调节。

附图2给出了本发明所提出的主动吊架结构示意图。线圈轭铁3固定于动子壳体1之上，采用高导磁材料制作，其内部安装有线圈4。永磁体5分上下两层固定于动子6之中并与线圈轭铁3上下端错位布置，上、下层的永磁体5的极性采用径向布置且上、下层的永磁体5的极性相同。永磁体5与线圈轭铁3 之间设计有气隙，具体气隙宽度依据所需输出电磁力大小计算并通过控制橡胶元件2厚度实现。在实际应用中，可采用高分子弹性材料替代橡胶弹簧以实现更优的力学性能。

本发明的振动控制系统主要包括两部分：由线圈轭铁3、线圈4和永磁体5组成的主动电磁作动系统和橡胶元件2所代表的被动减振系统。实际应用时，在线圈未通电的情况下，此时电磁作动机构不工作，仅橡胶元件2工作，此时系统为被动减振系统；当线圈4通入所需的控制电流时，电磁作动机构工作，系统所产生的正弦电磁力同时作用于定子1和动子6，用以控制被动减振系统无法有效隔离的低频线谱振动。

本发明所提出主动吊架装置的被动减振元件并不局限于橡胶元件，在实际应用过程中可根据具体需求替换为金属弹簧等常见被动减振元件。

附图3给出了本发明所提出的主动吊架装置安装示意图。图3中中主动吊架11部分的放大后的结构示意见附图2，在实际应用时，定子通过定子延长杆 8与船体或其它壳体机构相连，动子通过动子延长杆7与管道相连。对于具体应用场合，分析现有管道振动情况，依据控制需求，计算所需的橡胶元件参数和主动输出力，确定具体尺寸参数、线圈匝数和控制电流大小，完成振动的主被动混合控制。

本发明的目的在于面向工程实际应用，提供一种适用于管路减振的主动吊架装置，包括定子组件与动子组件两部分：定子组件主要由定子壳体、线圈轭铁和线圈组成；动子组件由动子和永磁体组成；定子组件与动子组件之间安装有橡胶元件。相比于传统被动式管路减振装置，本发明将电磁作动技术融入吊架设计之中，橡胶支撑元件保留了传统减振方法隔离宽频带振动的优点，主动电磁作动技术根据实际情况降低管路传递至基础的低频线谱振动，解决了传统被动管路减振方法无法有效应对低频线谱振动的弊端。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于管路减振的主动吊架装置，包括定子壳体(1)、设置在定子壳体(1)的内腔中、沿定子壳体(1)的纵向轴线可动的动子(6)，其特征在于，

还包括装配于动子(6)外侧壁、沿动子(6)纵向轴线布置于第1层的永磁体(5)和布置于第2层的永磁体(5)，第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)的永磁场的极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)的极性相同；

还包括装配于定子壳体(1)内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈(4)、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)，上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)面向动子(6)外侧壁的一侧为其电磁场的极性端面；

上圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面与第1层的永磁体(5)的极性端面相邻，下圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面与第2层的永磁体(5)的极性端面相邻；

线圈配置交流电。

2.根据权利要求1所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

第1层的永磁体(5)的极性端面相较于上圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面向上错位设置，第2层的永磁体(5)的极性端面相较于下圈口处的线圈轭铁(3)的极性端面向下错位设置。

3.根据权利要求1所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)的极性相同是指：第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)面向定子壳体(1)内侧壁的一端的极性相同。

4.根据权利要求1所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)均为环状永磁体，其中，环状永磁体与动子(6)同轴线，环状永磁体外径面为其面向定子壳体(1)内侧壁的一端，第1层的永磁体(5)与第2层的永磁体(5)的外径面的极性相同。

5.根据权利要求1所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

所述定子壳体(1)内侧壁设置有环形凹槽，所述上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)之间通过连接轭铁连接，上圈口、下圈口处的线圈轭铁(3)、连接轭铁组成一个开口指向动子(6)的轭铁环槽结构，所述线圈绕动子(6)纵向轴线绕制后嵌入到轭铁环槽结构内。

6.根据权利要求1所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

还包括被动减振元件，动子(6)外侧壁、定子壳体(1)内侧壁均设置有位置互相对称的放置凹槽，被动减振元件设置在动子(6)的放置凹槽、定子壳体(1)的放置凹槽所对称形成的夹持空隙中。

7.根据权利要求6所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

所述夹持空隙有2个，被动减振元件有2个，其中一个夹持空隙、一个被动减振元件被配置在第1层的永磁体(5)的上方，其中另一个夹持空隙、另一个被动减振元件被配置在第2层的永磁体(5)的下方。

8.根据权利要求6所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

被动减振元件为与动子同轴的环形橡胶元件或螺旋弹簧。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

还包括安装于承载体(9)的定子延长杆(8)，定子延长杆远离承载体(9)的一端与定子壳体(1)的上端连接；

还包括安装于被减振对象的动子延长杆(7)，动子延长杆(7)与动子的下端连接。

10.根据权利要求9所述的一种适用于管路减振的主动吊架装置，其特征在于，

所述承载体(9)为管路安装基座，所述被减振对象为管路。

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