[发明专利]一种夹心式压电驱动与能量收集的减振装置及方法

说明书

本发明提供了一种夹心式压电驱动与能量收集的减振装置，包括压电双螺纹电机、板式压电弹簧、连接件及动质量块；所述板式压电弹簧的两端分别设置在所述压电双螺纹电机的两端，所述动质量块设置在所述板式压电弹簧上，所述连接件的一端固定连接在所述压电双螺纹电机上，所述连接件远离所述压电双螺纹电机的一端活动连接在所述动质量块上。本发明将变频减振和能量收集集成于一体，结构简单紧凑，压电双螺纹电机具有快速响应、精确定位、断电自锁，不受电磁干扰等特点，板式压电弹簧对振动能量进行部分收集，节约能源同时提高了系统稳定性，此外夹心式压电驱动相对于贴片式压电驱动，能够输出更大力矩，能够扩大该装置的变频调节范围。

技术领域

本发明涉及振动控制领域，具体地，涉及一种夹心式压电驱动与能量收集的减振装置及方法。

背景技术

机械振动会产生各种危害，它常常是造成机械结构失效和破坏的直接原因，在实际工程中，如何吸收、抑制结构的振动，是机械工程、航空航天等领域所密切关注的问题。

随着航天设备的发展，需要对卫星内部振动进行更加有效地控制，最大限度地降低振动对卫星带来的危害，以满足未来卫星高精度、高分辨率的发展需求。飞轮振动是诱发卫星平台微振动和影响卫星敏感载荷性能的重要因素，传统的飞轮减振技术有阻尼减振，结构刚化，振动隔离等等。

动力吸振器是一种常见的减振设备，其中传统被动式动力吸振器的效用范围需要预先确定，其运行参数一经设计不可改变，固有频率不可调节，有效减振的频带较窄，申请号为CN109951044 A的专利公开了一种基于动力吸振器的电磁式能量收集器，包括吸振器部分和集能电路部分，所述吸振部分包括磁铁、非磁性弹簧、非磁性套筒、线圈、底座，其中底座与套筒相连，线圈绕在套筒上，磁铁通过弹簧与振动结构相连接。所述集能电路部分为SS-SSHI集能电路用来进行能量收集，并通过改变电路中的负载电阻实现对不同设备的供能；振动物体与弹簧固连，产生的机械能转化为磁铁的动能，弹簧带动磁铁在线圈中做往复运动，使线圈切割磁力线进行磁电转换产生电流，电流通过集能电路对负载设备供能，实现吸振器吸收振动结构的振动能量，进而转化为可使用电能的效果。本发明利用动力吸振器对振动结构进行减振的同时，将吸振器吸收的振动能量进行转换收集为可利用的电能。上述发明利用切割磁感线产生电能并进行减振，这种方式最佳频率参数一经设定无法调节，且电磁生电不适用于在空间电磁辐射环境下使用，应用范围受限。

现有的主动变频技术动力吸振器利用电磁电机进行刚度调节，申请号为CN201910214744.6的专利公开一种压电式变刚度变阻尼动力吸振器，包括上承台和下承台，上承台和下承台之间设置有质量惯性块和若干吸振单元，下承台与待减振设备固定连接；每个吸振单元包括：两个分别设置在上承台和下承台上的第一压电元件、两端分别连接两个第一压电元件且中部贯穿质量惯性块的摩擦杆、若干两端分别连接质量惯性块和第一压电元件的竖向弹性件、设置在摩擦杆与质量惯性块的连接面上的第二压电元件。本发明的优点是：能够根据设备的振动特性设计吸振器的刚度和阻尼系数，能够通过对电压的控制实现对刚度和阻尼的调整，能够有效运用在振动属性多变的建筑和机械设备中，能够实现对振动的半主动控制，能够取得良好的减振效果。上述发明利用电压对结构的刚度和阻尼进行调节，但是该结构仅具有吸振功能，并未实现能量收集利用，其次该结构利用压电材料的微小变形调节刚度，使得调节范围较窄，而且调节施加电压消耗大量能量。

传统电磁电机在空间环境下应用面临电磁干扰，结构复杂，定位精度不高等问题，此外振动能量全部以能量耗散的形式转移，能量未能及时利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种夹心式压电驱动与能量收集的减振装置及方法。

根据本发明提供的一种夹心式压电驱动与能量收集的减振装置，包括压电双螺纹电机、板式压电弹簧、连接件及动质量块；所述板式压电弹簧的两端分别设置在所述压电双螺纹电机的两端，所述动质量块设置在所述板式压电弹簧上，所述连接件的一端固定连接在所述压电双螺纹电机上，所述连接件远离所述压电双螺纹电机的一端活动连接在所述动质量块上。