电磁式执行机构及电磁式振动控制装置的制作方法

1.本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种电磁式执行机构及电磁式振动控制装置。


背景技术：

2.机械设备的运行会产生振动，该振动会由机械设备向外界传播并向外界辐射噪声。机械设备振动的主要来源是内燃机、动力泵及各种动力与传动机构，而且动力及传动机构的振动易与其所处结构系统的固有振动形成耦合，增加了振动及噪声问题的严重性。同时，伴随着机械设备功率的提高和速度上升，所产生的振动和噪声问题也越发严重。
3.目前，振动主动控制技术的快速发展和工程运用成为解决这一类危害的有效手段之一。在振动主动控制系统中，执行机构固定在消振对象(机械设备)上，将控制系统发出的激励电信号转化为动态输出力，以抵消消振对象的振动。其中，由于电磁式执行机构能够普遍满足各类应用场合的输出力要求，具有频响范围高和体积小等优点，因而被广泛应用。
4.但是，现有的电磁式执行机构在未通电状态下，会受外界振动的影响，使得电磁式执行机构的动子偏离工作位置，进而影响电磁式执行机构后续的工作；并且，电磁式执行机构的动子所受电磁力随其运动将发生变化，因而电磁式执行机构还存在着输出力非线性的问题，影响了其实际的使用效果；同时，电磁式执行机构也因其重量轻，导致输出力较小，无法满足需要较大输出力的使用场景。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种电磁式执行机构及电磁式振动控制装置，在保证振动输出的同时实现非运行状态下动子结构的自平衡复位。
6.为了实现上述目的，设计一种电磁式执行机构，包括定子结构、周向导电结构以及动子结构，其中，所述定子结构由软磁体制成；所述周向导电结构设置于所述定子结构的周向，用于形成驱动所述动子结构沿所述第一方向运动的驱动磁场，所述第一方向为所述驱动磁场的磁感线在所述定子结构内的方向；所述动子结构包括动子本体，所述动子本体具有沿所述第一方向对称设置的第一磁性部和第二磁性部，所述第一磁性部内的磁感线和所述第二磁性部内的磁感线方向相反且均与所述第一方向平行；所述第一磁性部和所述第二磁性部能磁化所述定子结构，以在未产生所述驱动磁场时，提供保持所述动子结构位置的磁性作用力。
7.可选地，所述动子本体设有两个沿所述第一方向对称设置的安装部，两个所述安装部分别用于装配永磁体以形成所述第一磁性部和所述第二磁性部。
8.可选地，所述动子结构包括至少一对成对设置的所述动子本体，每对所述动子本体均设置于所述定子结构的周向且关于所述定子结构对称，且每对所述动子本体相互连接。
9.可选地，每对所述动子本体之间通过配重结构连接。
10.可选地，所述定子结构和所述动子结构之间的气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小。
11.可选地，所述动子结构在所述第一磁性部沿所述第一方向的两侧与所述定子结构之间形成第一气隙，所述第一气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小，所述动子结构在所述第二磁性部沿所述第一方向的两侧与所述定子结构之间形成第二气隙，所述第二气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小。
12.可选地，所述动子结构和所述定子结构其中一者在所述第一磁性部沿所述第一方向的两侧设有沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而靠近另一者的边沿，以形成所述第一气隙；所述动子结构和所述定子结构其中一者在所述第二磁性部沿所述第一方向的两侧设有沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而靠近另一者的边沿，以形成所述第二气隙。
13.可选地，所述周向导电结构与所述动子本体固定连接。
14.可选地，所述周向导电结构设置于一固定架上，所述动子本体的中部设有中部安装槽，所述周向导电结构和所述固定架通过所述中部安装槽与所述动子本体相固定。
15.可选地，所述动子结构上还连接有配重结构，所述配重结构对应于所述周向导电结构设有避让部。
16.可选地，所述电磁式执行机构还包括导向结构，所述导向结构包括导向件和与所述导向件配合的运动件，所述导向件沿所述第一方向设置，所述运动件与所述配重结构相连。
17.可选地，所述电磁式执行机构包括至少一对所述导向结构，每对所述导向结构均以所述定子结构为对称中心对称设置。
18.可选地，所述配重结构还连接有沿所述第一方向设置的弹性复位结构，用于为所述动子结构提供沿所述第一方向的弹性复位力。
19.可选地，所述电磁式执行机构包括至少一对所述弹性复位结构，每对所述弹性复位结构均以所述定子结构为对称中心对称设置。
20.本发明还提供一种电磁式振动控制装置，包括所述电磁式执行机构以及承载保护机构，其中，所述电磁式执行机构设置于所述承载保护机构内。
21.本发明具有至少如下有益效果：
22.本发明提供了一种电磁式执行机构及电磁式振动控制装置，设置有软磁体的定子结构以及具有第一磁性部和第二磁性部的动子结构，在输入电流的运行状态下，驱动磁场可驱动所述动子结构沿第一方向运动，实现所述电磁式执行机构的振动输出，并且由于变距设置的气隙，减小因所述动子结构的运动而导致的输出力的变化，输出力仅跟随电流的变化而变化，实现对所述电磁式执行机构输出力的精确控制，尤其应用至振动控制中时，能实现对消振对象的有效振动控制；在无电流输入的非运行状态下，当出现外界扰动使得所述动子结构偏离静止平衡位置时，所述动子结构与所述定子结构之间会产生与所述动子结构运动方向相反的磁性作用力，强迫所述动子结构恢复至静止平衡位置，实现了所述电磁式执行机构中所述动子结构的自动平衡。
附图说明
23.图1示例性示出本发明的电磁式执行机构设置于承载保护机构中的示意图。
24.图2示例性示出图1除去顶盖和侧围后的示意图。
25.图3示例性示出图1的主视图。
26.图4示例性示出图1的俯视图。
27.图5示例性示出图1除去顶盖后的俯视图。
28.图6示例性示出图3的a
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a向剖视图。
29.图7示例性示出图4的b
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b向剖视图。
30.图8示例性示出图5的c
‑
c向剖视图。
31.图中：1.定子结构 2.动子结构 21.动子本体 211.第一楔形斜边 212.第二楔形斜边 213.第三楔形斜边 214.第四楔形斜边 22.第一磁性部 23.第二磁性部 3.周向导电结构 31.固定架 32.导电线圈 4.配重结构 41.第一配重件 42.第二配重件 5.导向结构 51.导向件 52.运动件 6.弹性复位结构 61.弹性件 62.弹性件定位座 7.承载保护机构 71.底座 72.侧围 73.顶盖。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.图1至图8所示，本实施例提供一种电磁式执行机构，包括定子结构1、动子结构2和周向导电结构3。当向所述周向导电结构3通入电流时能产生驱动磁场，所述驱动磁场能驱动所述动子结构2运动。
34.其中，所述定子结构1由软磁体制成，如采用硅钢片叠合而成，所述周向导电结构3设置于所述定子结构1的周向，具体地，所述周向导电结构3包括沿所述定子结构1的周向设置的通电导线。位于所述周向导电结构3中部的所述定子结构1能提高所述周向导电结构3中部的磁通量，从而能强化所述驱动磁场。
35.在以下实施例中，定义所述驱动磁场的磁感线在所述定子结构1内的方向为第一方向。具体地，所述图6中的竖直方向即为所述第一方向。
36.所述动子结构2设置于所述定子结构1的至少一侧处，以便所述驱动磁场能驱动所述动子结构2运动。所述动子结构2包括动子本体21，所述动子本体21具有沿所述第一方向对称设置的第一磁性部22和第二磁性部23。其中，沿所述第一方向对称设置是指所述第一磁性部22的中心和所述第二磁性部23的中心的连线与所述第一方向相平行，并且所述第一磁性部22和所述第二磁性部23对称设置于所述动子本体21上。
37.在一些实施例中，所述动子本体21采用软磁体制成，如采用硅钢片叠合而成，其设有两个安装部，两个所述安装部均用于装配永磁体以形成所述第一磁性部22和所述第二磁性部23，所述两个安装部沿所述第一方向对称设置于所述动子本体21上。
38.具体地讲，参见图2和图6所示，图6中的竖直方向为所述驱动磁场的磁感线在所述定子结构1内的方向(即第一方向为竖直方向)，所述动子本体21上设有上下两个安装槽以
作为安装部，所述上下两个安装槽分别与第一永磁体和第二永磁体相仿形设置，上侧的安装槽用于嵌设第一永磁体以形成所述第一磁性部22，下侧的安装槽用于嵌设第二永磁体以形成所述第二磁性部23。其中，所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁场强度均相同。所述上下两个安装槽的中心的连线与竖直方向相平行，并且所述上下两个安装槽关于所述动子本体21的中部分隔线上下对称设置，所述中部分隔线垂直于所述第一方向。
39.并且，所述第一磁性部22内的磁感线和所述第二磁性部23内的磁感线方向相反且均与所述第一方向平行，即所述第一磁性部22由于其自身磁性而在所述第一磁性部22内产生的磁感线，和所述第二磁性部23由于其自身磁性而在所述第二磁性部23内产生的磁感线方向相反，并且两者的方向均与所述第一方向相平行。
40.具体地讲，结合图6所示，图中用于形成所述第一磁性部22的所述第一永磁体的上侧为n极，下侧为s极，而用于形成所述第二磁性部23的所述第二永磁体的上侧为s极，下侧为n极，所述第一永磁体和所述第二永磁体的极性在竖直方向(即所述第一方向)上相反，从而，所述第一永磁体内的磁感线和所述第二永磁体内的磁感线方向相反且均与所述第一方向平行。
41.在向所述周向导电结构3通入变化的电流时，所述驱动磁场产生，沿所述第一方向对称设置的所述第一磁性部22和所述第二磁性部23由于磁场方向相反，因此所述驱动磁场所产生的垂直于所述第一方向的分力将被平衡，仅产生驱动所述动子结构2沿第一方向上下运动的磁场力，使得所述动子结构2沿所述第一方向上下运动并实现振动的输出。
42.并且，由于所述定子结构1采用软磁体制成，因而所述第一磁性部22和所述第二磁性部23能磁化所述定子结构1，并形成保持所述动子结构2位置的磁性作用力。从而，在未向所述周向导电结构3通入电流的情况下，即在所述驱动磁场未产生的情况下，若所述电磁式执行机构受到外界振动的干扰，导致动子结构2相对于所述定子结构1产生位移，通过所述第一磁性部22和所述第二磁性部23向所述定子结构1施加的磁性作用力，可使得动子结构2产生恢复至初始的静止平衡位置的运动趋势，从而实现所述动子结构2的自平衡复位。
43.在一些实施例中，所述动子结构2可包括至少一对成对设置的所述动子本体21，每对所述动子本体21均设置于所述定子结构1的周向且关于所述定子结构1呈轴对称，且每对所述动子本体21相互连接；更为便捷地，可将所有动子本体21相互连接，例如所述动子本体21分别连接至一配重结构4，从而通过配重结构4实现所述动子本体21之间的相互连接。从而动子本体21由于成对地对称设置于所述定子结构1的周向，因此可更好地平衡所述驱动磁场所产生的垂直于所述第一方向的分力。以图6所示为例，当图6中左侧的动子本体21的第一磁性部22受到指向左上方的磁场力时，图6中右侧的动子本体21的第一磁性部22将受到指向右上方的磁场力，从而水平方向的磁场力(即垂直于所述第一方向的分力)可被平衡，进而优化了动子结构2运动的稳定性。
44.由此可知，本发明通过软磁体制成的所述定子结构1以及具有所述第一磁性部22和所述第二磁性部23的所述动子结构2的设置，在输入电流时，所述驱动磁场可驱动所述动子结构2沿第一方向运动，实现了所述电磁式执行机构的振动输出；并且，在无电流输入的情况下，当出现外界扰动使得所述动子结构2偏离静止平衡位置时，所述动子结构2与所述定子结构1之间会产生与所述动子结构2运动方向相反的磁性作用力，强迫所述动子结构2恢复至静止平衡位置，实现了所述电磁式执行机构中所述动子结构2的自动平衡复位。
45.在一些实施例中，参见图6所示，所述定子结构1和所述动子结构2之间的气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小。
46.进一步地讲，所述动子结构2在所述第一磁性部22沿所述第一方向的两侧与所述定子结构1之间形成第一气隙，所述第一气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小，所述动子结构2在所述第二磁性部23沿所述第一方向的两侧与所述定子结构1之间形成第二气隙，所述第二气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小。
47.具体地讲，所述动子结构2和所述定子结构1其中一者在所述第一磁性部22沿所述第一方向的两侧设有沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而靠近另一者的边沿，以形成沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小的所述第一气隙；所述动子结构2和所述定子结构1中其中一者在所述第二磁性部23沿所述第一方向的两侧设有沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而靠近另一者的边沿，以形成沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小的所述第二气隙。
48.例如，参见图6所示，图6中竖直方向为所述第一方向，在通过所述第一永磁体形成的所述第一磁性部22位置处，由所述第一磁性部22向上将逐渐远离所述定子结构1的端部，从而由所述第一磁性部22向上所述驱动磁场的磁场强度将减小，因此由所述第一磁性部22向上所述动子结构2的边沿向所述定子结构1逐渐靠近，形成第一楔形斜边211。而由所述第一磁性部22向下同样将逐渐远离所述定子结构1的端部，从而由所述第一磁性部22向下所述驱动磁场的磁场强度将减小，因此由所述第一磁性部22向下所述动子结构2的边沿向所述定子结构1逐渐靠近，形成第一楔形斜边212。由此，即在所述第一磁性部22的上下两侧(即沿所述第一方向的两侧)形成沿竖直方向(即所述第一方向)随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小的第一气隙。
49.同样地，在通过所述第二永磁体形成的第二磁性部23位置处，由所述第二磁性部23向上将逐渐远离所述定子结构1的端部，从而由所述第二磁性部23向上所述驱动磁场的磁场强度将减小，因此由所述第二磁性部23向上所述动子结构2的边沿向所述定子结构1逐渐靠近，形成第一楔形斜边213。而由所述第二磁性部23向下同样将逐渐远离所述定子结构1的端部，从而由所述第二磁性部23向下所述驱动磁场的磁场强度将减小，因此由所述第二磁性部23向下所述动子结构2的边沿向所述定子结构1逐渐靠近，形成第一楔形斜边214。由此，即在第二磁性部23的上下两侧(即沿所述第一方向的两侧)形成沿竖直方向(即所述第一方向)随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小的第二气隙。
50.可以理解的是，也可在所述定子结构1的相应位置分别设置靠近所述动子结构2的边沿(如楔形斜边)，以形成所述随所述驱动磁场的磁场强度的降低而减小的第一气隙和第二气隙，其原理及设置方式与上述实施例的说明是相同的，本实施例不再赘述。
51.由此可知，本发明通过变距设置所述动子结构2和定子结构1间的气隙，使得所述气隙沿所述第一方向随所述驱动磁场的磁场强度的减少而减小，从而在驱动磁场的磁场强度降低的位置，由于气隙的减小，能够保持所述动子结构2受到的磁性作用力不变，进而，克服了电磁式输出力的大小会随所述动子结构2的位移发生变化的缺点，使得所述电磁式执行机构在相同大小电流的激励下，能够输出相同大小的作用力，从而保证所述电磁式执行机构的可控性和输出的稳定性。
52.在一些实施例中，所述周向导电结构3与所述动子本体21固定连接，以增加所述动子本体21的质量。
53.具体地讲，参见图6和图7所示，所述周向导电结构3为导电线圈32，所述导电线圈32缠绕于一固定架31上，并且所述动子本体21的中部设有中部安装槽，用于装配所述导电线圈32和所述固定架31，以使所述导电线圈32能与所述动子本体21相固定。例如，所述固定架31与所述导电线圈32一同嵌设于所述中部安装槽内。并且，在本实施例中，由于所述导电线圈32嵌设于所述中部安装槽内，即位于所述动子本体21的中部位置，使得所述第一磁性部22和所述第二磁性部23沿所述第一方向关于所述导电线圈32对称，从而能更好地保证对动子结构2的稳定驱动。
54.由此可知，本发明通过将所述周向导电结构3与所述动子本体21固定连接，增加了所述动子结构2的质量，有利于减少配重并增大所述电磁式执行机构的输出力。
55.在进一步的实施例中，参见图7所示，为了进一步增加所述动子本体21的质量，从而加强所述电磁式执行机构的输出力，所述动子结构2上还连接有配重结构4，如通过螺栓将所述动子结构2和所述配重结构4可拆卸连接，所述配重结构4对应于所述周向导电结构3设有避让部，例如避让槽，所述避让部用于避让所述周向导电结构3，以防止对所述周向导电结构3沿所述定子结构1的周向设置造成阻碍。
56.由此可知，本发明通过在所述动子本体21上设置所述配重结构4，有利于进一步增加所述电磁式执行机构的输出力，并且能够根据需要装配不同重量的所述配重结构4，以实现不同输出力的需求。
57.在一些实施例中，所述动子结构2上配合连接有导向结构5，所述导向结构5用于为所述动子结构2沿所述第一方向的运动提供导向。
58.进一步地讲，所述导向结构5包括导向件51和与所述导向件51配合的运动件52，所述导向件51沿所述第一方向设置，所述运动件52与所述动子本体21直接或间接地相连，以为所述动子结构2沿所述第一方向的运动提供导向。
59.具体地讲，参见图2、图7和图8所示，所述动子结构2上配合连接有所述配重结构4和所述导向结构5。其中，所述配重结构4包括包括相连的第一配重件41和第二配重件42，所述第一配重件41相较于所述第二配重件42近于所述动子本体21，且所述第一配重件41上设有用于避让所述周向导电结构3的所述避让部。所述导向结构5包括直线轴承(即导向件51)和与所述直线轴承配合的导柱(即运动件52)，所述直线轴承沿所述第一方向设置，所述导柱通过螺栓与所述第二配重件42固定连接。
60.在进一步的实施例中，为了使得所述动子结构2在受到驱动磁场的驱动之后或者在受到外界的扰动之后，能够更好地回复至初始位置，所述动子本体21上还直接或间接地连接有弹性复位结构6，所述弹性复位结构6沿所述第一方向设置，以为所述动子结构2提供沿所述第一方向的弹性复位力。
61.具体地讲，参见图8所示，在与所述动子本体21相连的所述配重结构4的第二配重件42上，还连接有作为弹性复位结构6的弹性件61和弹性件定位座62，如圆柱弹簧和弹簧座，所述弹簧座固定在一底座71上，所述圆柱弹簧沿竖直方向(即所述第一方向)设置于所述第二配重件42和所述弹簧座之间，用于为所述配重结构4和所述动子结构2提供沿竖直方向的弹性复位力。
62.其中，所述所述导向结构5和所述弹性复位结构6可分别成对设置，即所述电磁式执行机构包括至少一对所述导向结构5和/或至少一对所述弹性复位件，每对所述导向结构5和每对所述弹性复位结构6均以所述定子结构1为对称中心呈对称设置，从而更好地保证导向和/或弹性复位的效果。
63.具体地讲，参见图2所示，所述第二配重件42呈中空的矩形结构，矩形结构的中空部分用于容置所述定子结构1、所述动子结构2和所述第一配重件41，所述定子结构1位于所述第二配重件42中部的中空部分，从而形成紧凑的布局，有助于减小所述电磁式执行机构的体积。而在所述第二配重件42的一对对角处设有一对所述弹性复位结构6，在所述第二配重件42的另一对对角处设有所述导向结构5。
64.可以理解的是，在其他实施例中，所述第二配重件42也可设置为中空矩形结构之外的其他形状，例如为环形等，所述导向结构5和/或所述弹性复位结构6也可设置为两对、三对、四对或者其他数量等，均可实现对所述动子结构2的导向和/或复位效果。
65.由此可知，本发明通过所述导向结构5的设置有助于保障所述动子结构2的运动方向，并且进一步地设置所述弹性复位结构6，有助于实现所述动子结构2的柔性复位，使得所述动子结构2在未产生驱动磁场并受外界扰动的自平衡过程和受驱动磁场作用的振动过程中，均能更为方便和柔性地回复至初始的静平衡位置。
66.参见图1至图8所示，本实施例还提供一种电磁式振动控制装置，包括所述电磁式执行机构和承载保护机构7，所述电磁式执行机构设置于所述承载保护机构7内。
67.在一些实施例中，参见图1至图5所示，所述承载保护机构7包括底座71、侧围72和顶盖73，所述电磁式执行机构安装于所述底座71上，所述底座71、所述侧围72和所述顶盖73围成一容纳空间以用于容纳所述电磁式执行机构。
68.具体地讲，参见图6所示，所述定子结构1通过螺栓连接或者其他的连接方式连接于所述底座71的中部，以所述定子结构1为中心对称设有所述动子结构2，所述动子结构2之间通过配重结构4连接，且所述周向导电结构3与所述动子结构2相固定。同时，结合图7所示，所述配重结构4上对应于所述周向导电结构3的位置设有避让部，结合图8所示，所述配重结构4上连接有导向结构5和弹性复位结构6，所述导向结构5的导向件51与所述底座71相固定，所述弹性复位结构6的弹性件定位座62与所述底座71相固定。结合图1和图2所示，所述侧围72与所述底座71相连且位于所述电磁式执行机构的周向外侧，所述顶盖73则与所述侧围72相连且位于所述侧围72的顶部。从而所述底座71、所述侧围72和所述顶盖73围成一容纳空间，减少外界对所述电磁式执行机构的影响，从而保护所述电磁式执行机构。
69.可以理解的是，上述实施例中对所述电磁式执行机构具体结构设置及原理的示例说明均可应用至本实施例的电磁式振动控制装置中，其实现的具体技术效果也是相同的，本实施例不再多做赘述。
70.使用时，通过所述底座71将所述电磁式振动控制装置固定于小消振对象上，例如固定在船舶的动力机组上，而后向所述周向导电结构3通入变化电流以形成变化的所述驱动磁场，导致所述动子结构2与定子结构1之间气隙中的磁场变化，并使得所述动子结构2在所述驱动磁场的作用下沿所述第一方向上下运动，并由所述导向结构5和所述弹性复位结构6提升所述动子结构2运动时的准确性、稳定性和流畅性，所述电磁式执行机构的所述动子结构2通过沿所述第一方向的上下运动向底座71输出振动，并通过所述底座71传递给消
振对象，实现对消振对象的振动控制。
71.综上所示，在本发明所提供的电磁式执行机构及电磁式振动控制装置中，设置有软磁体制成的所述定子结构1以及具有所述第一磁性部22和所述第二磁性部23的所述动子结构2，在输入电流的运行状态下，产生的所述驱动磁场可驱动所述动子结构2沿所述第一方向运动，实现了所述电磁式执行机构的振动输出，并且由于变距设置的气隙，减小因所述动子结构2的运动而导致的输出力的变化，输出力仅随电流的变化而变化，实现对所述电磁式执行机构输出力的精确控制；同时，在无电流输入的非运行状态下，当出现外界扰动使得所述动子结构2偏离静止平衡位置时，所述定子结构1与所述动子结构2之间会产生与动子结构2运动方向相反的磁性作用力，强迫所述动子结构2恢复至静止平衡位置，实现了所述动子结构2的自动平衡复位；尤其应用至振动控制中时，如船舶的振动控制中时，能实现对消振对象的有效振动控制，进而防止所述消振对象的振动与所述消振对象所在系统的结构自有振动产生共振，还能基于对振动的控制减少噪声。