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自供电磁流变减振系统研究

陈孝荣  
【摘要】:磁流变减振器作为一种智能阻尼器件,具有响应速度快、阻尼可调、结构简单、功耗低等优点,经过近二十多年的研究,在结构振动控制领域获得了一些成功的应用,显示了广阔的应用前景。然而随着研究的深入,研究人员发现,从外部输入电源,不仅会影响磁流变减振器的密封,降低磁流变阻尼器的可靠性,额外铺设供电线路对于一些处在偏远工程设施从成本上来说也难以接受。为此,国内外研究学者开始逐渐探索能够实现采集周围环境振动能量的自供电技术,以摆脱磁流变减振器对外部电源的依赖。目前这些研究存在体积大、能量转换效率低、工程化应用困难等问题,还处于初步探索阶段,因此有必要进一步从磁流变减振器结构原理上研究能量转换的技术,提高能量转换效果。课题组以结构振动为背景,提出一种丝杠驱动电磁式的能量采集器新型结构,旨在提高机电能量装换效果,缩小结构尺寸,从而实现磁流变减振器电能的自供给。论文通过理论研究、仿真分析和试验研究,验证系统设计的可行性和有效性,研究结果将为保证磁流变减振器长期可靠性运行提供理论指导,也将为磁流变技术推向工程应用奠定技术基础。本文的主要工作内容包括以下几个方面: (1)综述了磁流变减振技术的研究现状,归纳出磁流变减振器自供电的研究必要性和重要意义。分析国内外在振动能量采集装置、自供电磁流变减振器、带运动转换结构的振动能量采集装置的研究的现状和不足。 (2)提出了一种丝杠驱动电磁式的能量采集器新型结构。根据应用背景和条件,分析比较常见的能量采集电机类型、传动转换方式,设计了一种集成在双伸出杆磁流变减振器内部,滚珠丝杠副作为运动转换结构、盘式永磁发电机作为振动能量采集装置、包含整流滤波电路的自供电磁流变减振系统。 (3)对盘式永磁电机进行磁路分析,并结合正弦激励条件推导基本电磁关系来估算电机空载性能,确定了永磁电机各部分材料和关键尺寸参数。 (4)仿真分析了在不同激励下的机电能量转换。利用有限元软件Ansys/Ansoft的Maxwell3D,对盘式永磁电机进行静态气隙仿真,并以低频低振幅的正弦振动激励为条件,分析电机的空载特性和整流滤波后负载电压特性曲线。 (5)试验研究了在不同激励下的机电能量转换。设计并加工了能量转换装置和整流滤波电路,以低频低振幅的正弦振动激励为条件,利用电磁振动台对盘式永磁电机进行相电压和负载分析。试验结果表明,所设计的能量装换装置能满基本足磁流变减振器的需求,验证了所提出的方案的有效性。


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