[发明专利]一种多功能三方向压电-电磁耦合式换能器

说明书

本发明涉及换能器技术领域。目的是提供一种多功能、高效率三向压电‑电磁耦合式换能器，实现X,Y和Z三方向同时减振，提高减振效率。技术方案是：一种多功能三方向压电‑电磁耦合式换能器,其特征在于：包括正三角形下底板、轴向工作装置和径向工作装置；所述轴向工作装置包括三个轴向弹簧振动装置、受径向振动而工作的磁铁线圈机构、连接轴向弹簧振动装置和磁铁线圈机构的正三角形上底板；所述径向工作装置一共三套，每套径向工作装置包括固定在轴向弹簧振动装置上的第二轴、引导第二轴沿轴向滑动的第一固定套筒、压电堆、连接压电堆并传递力的杆、连接扇形磁铁的第三轴、引导第三轴沿轴向滑动的第二固定套筒、扇形磁铁。

技术领域

本发明涉及换能器技术领域，尤其是一种多功能三方向压电-电磁耦合式换能器。

背景技术

在机航天航空及船舶工程等多种高、精、尖技术领域，结构对振动环境要求越来越高，需要采取高精度高性能的减振期间抑制振动，这也对减振元器件提出了更高的要求。永磁体对之间的力是一种非线性力，通过磁体间的相互配制设计可实现不同性能需求的等效非线性弹簧，可基于振动理论，使用非线性软弹簧提高隔振带宽。目前，针对单方向的直线振动，现有的减振元器件仅能降低一个方向上的振动，减振效率较低。此外，若要控制另个方向上的振动，则需要在相应的方向上加入减振装置，这极大的降低了空间利用率及减振效率。此外，工程中的有大量的多方向随机振动，单方向振动控制装置便无法满足工作需求。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种多功能、高效率三向压电-电磁耦合式换能器，该装置能实现：可将单轴直线振动转化为平面振动，实现X,Y和Z三方向同时减振，提高减振效率；若径向非接触式磁铁为相吸的异极，则会提高隔振带宽；若将控制电路接入到压电堆，则会实现微振动控制；若压电堆作为主动控制元件，实现电磁支撑力的精准调控。

本发明提供了以下技术方案：

一种多功能三方向压电-电磁耦合式换能器,其特征在于：包括正三角形下底板、轴向工作装置和径向工作装置；所述轴向工作装置包括三个轴向弹簧振动装置、受径向振动而工作的磁铁线圈机构、连接轴向弹簧振动装置和磁铁线圈机构的正三角形上底板；所述径向工作装置一共三套，每一套均分布在正三角形下底板的角平分线上，每套径向工作装置包括固定在轴向弹簧振动装置上的第二轴、引导第二轴沿轴向滑动的第一固定套筒、连接压电堆并传递力的杆、回路中有电阻元件的压电堆、连接扇形磁铁的第三轴、引导第三轴沿轴向滑动的第二固定套筒、扇形磁铁。

所述轴向弹簧振动装置包括竖直固定在正三角形下底板的外套筒、垂悬固定在正三角形上底板底部的可沿外套筒轴向滑动的内套筒、套在内套筒的外壁并沿内套筒轴向伸缩的弹簧；弹簧的两端分别连接在正三角形上底板的底面以及外套筒的内孔底部。

所述轴向工作装置的三个轴向弹簧振动装置安装在正三角形下底板的三个角上。

所述磁铁线圈机构包括一端固定于环形固定装置而另一端悬空的第一轴、安装固定在第一轴上部的第一环形磁铁、安装在第一轴底端的第二环形磁铁、缠绕在环形缠绕管上且回路中有电阻元件的线圈、固定在正三角形下底板中部的环形固定装置、固定在环形磁铁固定装置上的第三环形磁铁、固定在正三角形上底板上的环形缠绕管；第一轴从上至下穿过第三环形磁铁和环形固定装置，第一环形磁铁位于第三环形磁铁的内孔中，第二环形磁铁位于第三环形磁铁的下方。

所述第一环形磁铁的外径小于第三环形磁铁的内径；第一环形磁铁外圈的磁性与第三环形磁铁内圈的磁性相反；第一环形磁铁和第三环形磁铁均与正三角形上底板保持有一端距离，该距离大于径向振动的振幅。

所述第二环形磁铁和扇形磁铁不在同一水平线上；第二环形磁铁外圈磁性和扇形磁铁内圈磁性相同。

所述环形缠绕管的内径大于第一环形磁铁的外径，外径小于第三环形磁铁的内径。