一种电磁式主动隔声声学超材料结构

本技术属于声振主动控制技术及新型声学材料，具体涉及一种电磁式主动隔声声学超材料结构。

背景技术：

1、噪声与振动控制技术被广泛应用于汽车、航空航天、电子产品、工业设备、建筑与环境、医疗器械等领域。优秀的产品的nvh(noise、vibration and harshness，噪声、振动与声振舒适性)不仅为用户带来舒适的产品体验，提高用户的满意度，增强产品竞争力，更与用户的安全健康息息相关。在部分高精尖领域，nvh性能又与产品质量及可靠性密切关联。因此，有效地管理和控制噪音和振动问题至关重要。

2、目前，nvh技术已经取得了众多突破，产品的nvh性能有了显著提升，但20～200hz范围内的低频噪声仍是nvh领域的难题。使用传统减振降噪手段进行低频减振降噪时，往往需要使用与声波波长量级接近厚度的吸声材料进行吸声，虽然在高频段作用良好，但对于低频大波长声波，往往无法实现理想效果。为实现低频噪声的有效控制，理论上需要添加大质量、大厚度的吸声隔振材料，这与产品轻量化设计背道而驰。

3、声学超材料因其拥有“小尺寸”(亚波长结构)控制“大波长”(低频弹性波)的优良特性，近年来逐步迈入大众视野。其中局域共振型声学超材料利用局域共振单元自身振动特性，将基体结构中传播的弹性波局域化，从而实现对基体结构特定频率弹性波的抑制，由此产生带隙。但受限于声学超材料加工完毕后其共振频率无法调节，因此只能控制基体结构中某一确定频率范围内的振动，带隙固定不可变。而产品在外部环境变化状态下具有不同的振动频率特性，在此情况下“经典”的声学超材料无法实现对不同频率特性弹性波的有效控制。因此，具有结构尺寸小、材料稳定性高、带隙可调等特点的主动控制型声学超材料成为当前研究的重点。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种可根据声振输入频率调整声学超材料结构的振动频率，实现良好的低频隔声的电磁式主动隔声声学超材料结构。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电磁式主动隔声声学超材料结构，包括长方体元胞，长方体元胞包括从上到下布置的元胞上层、侧板和元胞下层，元胞上层包括连接框架、拱形悬臂梁和永磁体，连接框架为中部圆形镂空的正方形板，8个拱形悬臂梁均布固定于连接框架上的中部圆形镂空区域，8个永磁体分别固定于拱形悬臂梁的末端，元胞下层包括基体板和8个电磁线圈，永磁体的端部位于电磁线圈内，连接框架和基体板之间通过4个侧板连接。

3、优选地，所述连接框架是边长为60mm的正方形，连接框架中部的镂空区域是直径为54mm的圆。

4、优选地，所述悬臂梁为内径16mm，外径24mm，圆心角135°的拱形结构，悬臂梁内径与镂空区域相切，悬臂梁另一端连接直径5mm的圆，形成圆形末端结构。

5、优选地，所述永磁体是直径为5mm的圆柱体，与悬臂梁末端的圆形同心固定连接，连接框架、悬臂梁及悬臂梁末端圆形厚度均为1mm，永磁体的高度为8mm。

6、优选地，所述基体板是边长为60mm的正方形，厚度1mm，电磁线圈固定于基体板上，高度8mm，内径6mm，外径8mm，线径0.25mm，单层匝数32，线圈层数为5，电磁线圈的线头通过侧板上设置的小孔与相邻元胞内的电磁线圈串联，电磁线圈位置与永磁体同心，且永磁体与电磁线圈可自由运动无阻滞。

7、优选地，所述侧板尺寸为10mm*60mm*1mm，侧板中央有直径6mm圆孔，用于电磁线圈的线头连接。

8、优选地，所述悬臂梁为拱形结构。

9、优选地，所述电磁线圈材质为铜，永磁体为钕铁硼材料，其余结构材质均为钢。

10、本实用新型的有益效果是：

11、1、本实用新型所提供的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，具有良好的低频可调隔声性能，通过控制固定于基体板上的电磁线圈内电流的方向与大小，实现电磁线圈对固定于拱形悬臂梁上永磁体的控制，以永磁体受到可变电磁力与自身固有重力组合，完成共振单元共振频率的主动可控，形成可移动禁带，实现高效抑振效果。

12、2、本实用新型提供一种电磁式主动隔声声学超材料结构可根据实际使用情况，任意组合排列元胞，提高空间使用效率。

13、3、本实用新型提供一种电磁式主动隔声声学超材料结构均为常用材料，加工方便，成本低。

技术特征：

1.一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：包括长方体元胞，长方体元胞包括从上到下布置的元胞上层、侧板(6)和元胞下层，元胞上层包括连接框架(1)、拱形悬臂梁(2)和永磁体(3)，连接框架(1)为中部圆形镂空的正方形板，8个拱形悬臂梁(2)均布固定于连接框架(1)上的中部圆形镂空区域，8个永磁体(3)分别固定于拱形悬臂梁(2)的末端，元胞下层包括基体板(4)和8个电磁线圈(5)，永磁体(3)的端部位于电磁线圈(5)内，连接框架(1)和基体板(4)之间通过4个侧板(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述连接框架(1)是边长为60mm的正方形，连接框架(1)中部的镂空区域是直径为54mm的圆。

3.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述悬臂梁(2)为内径16mm，外径24mm，圆心角135°的拱形结构，悬臂梁(2)内径与镂空区域相切，悬臂梁(2)另一端连接直径5mm的圆，形成圆形末端结构。

4.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述永磁体(3)是直径为5mm的圆柱体，与悬臂梁(2)末端的圆形同心固定连接，连接框架(1)、悬臂梁(2)及悬臂梁末端圆形厚度均为1mm，永磁体(3)的高度为8mm。

5.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述基体板(4)是边长为60mm的正方形，厚度1mm，电磁线圈(5)固定于基体板(4)上，高度8mm，内径6mm，外径8mm，线径0.25mm，单层匝数32，线圈层数为5，电磁线圈(5)的线头通过侧板(6)上设置的小孔与相邻元胞内的电磁线圈(5)串联，电磁线圈(5)位置与永磁体(3)同心，且永磁体(3)与电磁线圈(5)可自由运动无阻滞。

6.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述侧板(6)尺寸为10mm*60mm*1mm，侧板中央有直径6mm圆孔，用于电磁线圈的线头连接。

7.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述悬臂梁(2)为拱形结构。

8.根据权利要求1所述的一种电磁式主动隔声声学超材料结构，其特征在于：所述电磁线圈(5)材质为铜，永磁体(3)为钕铁硼材料，其余结构材质均为钢。

技术总结本技术公开了一种电磁式主动隔声声学超材料结构，包括长方体元胞，长方体元胞包括从上到下布置的元胞上层、侧板和元胞下层，元胞上层包括连接框架、拱形悬臂梁和永磁体，连接框架为中部圆形镂空的正方形板，8个拱形悬臂梁均布固定于连接框架上的中部圆形镂空区域，8个永磁体分别固定于拱形悬臂梁的末端，元胞下层包括基体板和8个电磁线圈，永磁体的端部位于电磁线圈内，连接框架和基体板之间通过4个侧板连接。技术研发人员：吴昱东,何焱泳,丁渭平,宋帅,邓世奇,杨明亮,严旺,朱洪林受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：20230828技术公布日：2024/2/1