CN101526121A - 一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器。其组成包括轴、端盖、壳体、线圈绕组、法兰、衔铁、锁紧螺母、控制器等。衔铁通过锁紧螺母固定在轴上，两个端盖安装在轴上，壳体和法兰安装在两个端盖之间，法兰与壳体围成的空间中安装有线圈绕组，线圈绕组的引线连接到控制器，衔铁、法兰和壳体上都开有齿，衔铁的齿廓和法兰、壳体的齿廓间的间隙形成气隙。本电磁作动器采用非永磁材料材料作为导磁材料，采用整体式线圈绕组，动、静磁铁间设计成齿状，具有更大的电磁力，设计齿距不等，更容易实现位移和电磁力呈近似线性关系，整个电磁作动器结构简单紧凑，可靠性高，响应速度快。适用于中、小功率柴油机的半主动隔振控制。

Description

一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器

(一)技术领域

本发明涉及一种半主动隔振电磁执行装置，具体地说是一种用于发动机等振动源或要求隔振的装置要实现半主动隔振所用电磁执行装置。

(二)背景技术

振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，是振动研究的出发点和归宿。按振动控制系统是否需要外界能量，振动控制方法可分为两大类别：振动的被动控制和振动的主动控制。被动控制虽然具有不需要外界能源、方法简单、可靠性高等优点，但对超低频和宽带随机振动，隔振效果较差。主动控制可克服上述缺陷，它依靠结构和系统的振动信息作为反馈、并联能满足一定要求的作动器，或者用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件，通过适当控制作动器的动作，达到减振的目的。

作动器是主(半主)动控制系统中最常用的、最重要的元件之一，其作用是向系统施加控制信号，以按所需方式改变系统的响应。作动器是控制器和被控对象之间联系的纽带，是实现主动振动控制的关键部件，目前应用于控制领域的作动器，主要有电磁、气动、电液等几种。气、液传形式的作动系统具有功率大的特点，但其系统可靠性差、易污染、重量大、并且维护性差。电磁作动器基于磁力传动的工作原理，具有响应快、控制力大、无接触的优点。

所见的电磁作动器设计一般采用永磁材料作为磁芯，如江苏大学的刘军设计的电磁反力作动器的磁芯磁铁采用高性能钕铁硼永磁材料，导磁盘采用低碳钢材料，两者多级串接形成振子，两端通过特殊结构钢板弹簧片悬置于导磁壳体内，形成单自由度振动系统，外壳内环设有多级线圈和线圈固定架，线圈位于导磁盘与外壳形成的磁隙中，当线圈中通有交变电流时，电磁作用对振子产生电磁力，使之受迫振动，在共振频率附近作动器能够产生很大的作动力。

中国专利申请号为20061015080.0的专利申请文件中，提出了基于差动电磁作动器的空气弹簧超低频隔振方法与装置，属于超低频隔振领域，空气弹簧隔振基础因空气弹簧横、纵向刚度相互耦合导致横、纵向超低频隔振性能无法兼顾。

中国专利申请号为200310107922的专利文件中提出的技术方案，涉及一种主动隔振平台用双永磁体并联型非接触式电磁作动器，它主要由上部的电磁铁组件、下部永磁体组件及导磁构基础构件组成，其特点是，电磁铁组件的铁芯上置有控制绕组和泊位绕组；永磁体组件是主要由两块永磁体并联组成；由铁芯、电磁铁组件和永磁体组件的作用面之间形成的工作气隙、永磁体和导磁构基础构件构成一闭合磁路。由于采用了双永磁体并联结构，磁路为闭合磁路，漏磁通小，使本作动器具有力-电转换效率高及电磁兼容性好的优点，作动器用于气囊，使振动传递力大幅度降低。

中国专利申请号为03220055的专利申请文件中提出一种串接式高能电磁作动器，振子由两块或两块以上的高强磁铁和两块外侧导磁板及一块或一块以上的中间导磁板按“外侧导磁板-高强磁铁-中间导磁板-高强磁铁--……-高强磁铁-外侧导磁板”的顺序串联而成，布置在振子中间的导磁板的厚度比振子最外端导磁板的厚度大，任意两块相邻的磁铁同极相对地夹住其间的中间导磁板。线圈保持架、电磁线圈和导磁外筒粘固成一体，穿心螺栓和片状弹簧从两端连接振子和导磁外筒。由于磁路缩短、磁阻降低、导磁板数量增多，可布置的电磁线圈有效匝数大大增加，使作动器的激振力大幅度增加，磁铁用量、驱动电流强度、材料成本和体积减少。

上面所涉及的专利结构复杂，或采用双磁铁结构。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度较快，位移和电磁力的线性关系较好，控制可靠，适用于中、小功率柴油机的转速控制的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器。

本发明的目的是这样实现的：

其组成包括轴、端盖、壳体、线圈绕组、法兰、衔铁、锁紧螺母、控制器等，衔铁通过锁紧螺母固定在轴上，两个端盖安装在轴上，壳体和法兰安装在两个端盖之间，法兰与壳体围成的空间中安装有线圈绕组，线圈绕组的引线连接到控制器，衔铁、法兰和壳体上都开有齿，衔铁的齿廓和法兰、壳体的齿廓间的间隙形成气隙。

本发明还可以包括：

1、壳体、法兰上的齿为不等距的内齿，衔铁外径上的齿为等距的外齿。

2、所述的线圈绕组是双线圈绕组，内外绕组线径不同，电阻相近。

3、在轴和端盖间安装弹簧，并由螺母固定。

4、线圈绕组绕在线圈支架上，线圈支架和壳体间有弹性垫圈。

5、端盖与轴之间安装直线轴承。

本电磁作动器采用非永磁材料材料作为导磁材料，采用整体式线圈绕组，动、静磁铁间设计成齿状，具有更大的电磁力，设计齿距不等，更容易实现位移和电磁力呈近似线性关系，整个电磁作动器结构简单紧凑，可靠性高，响应速度快。位移和电磁力的线性关系较好，适用于中、小功率柴油机的转速控制。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本发明的动作器位移和电磁力关系图；

图4是一般作动器位移和电磁力关系图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明冗余变齿距结构作动器包含轴1、端盖2、壳体3、线圈绕组4、支架5、法兰6、衔铁7、弹簧8、螺母9、直线轴承10、锁紧螺母11、垫圈12、控制器13等零件组成。衔铁7通过锁紧螺母11固定在轴1上，衔铁7的齿廓和法兰6、壳体3的齿廓间的间隙形成气隙，气隙的大小影响电磁力的大小，在衔铁7、法兰6、壳体3通过设计不同的齿距保证位移和电磁力呈近似线性关系，法兰6与壳体7围成的空间安装有线圈绕组4，线圈绕组的引线连接到控制器13、由控制器13输出电压控制，两个端盖2通过止口安装在壳体3上，并由止口保证同轴度，端盖2上安装直线轴承10，并由弹性挡圈固定，在轴1和端盖2间安装弹簧8，并由螺母9固定，线圈支架5和壳体3间有垫圈12保证线圈固定和受热变形，线圈4采用双绕组，保证更高的可靠性，更小的发热量，内外绕组线径不同，电阻相近。

本实施方式中，其衔铁7和壳体3、法兰6的齿距和齿形如图2所示，壳体3、法兰6的齿形和齿距相同，采用4个齿，中间齿宽4mm，两边齿宽3mm，中间齿距4mm，两边齿距5mm；衔铁7齿形和壳体3、法兰6的齿形相同，也采用4个齿，定齿距，定齿宽，齿宽3mm，齿距5mm。线圈绕组采用双绕组，内绕组采用1.4mm线规，500匝，外绕组采用1.5mm线规，400匝。控制器13中有微处理器，根据获得的振动源的频率和振幅，通过微处理器PWM控制输出输出不同的电压，在线圈绕组上产生不同大小的电流，从而在衔铁7和壳体3、法兰6产生不同大小的电磁力，位移和电磁力呈近似线性关系。

直线轴承10采用LB203245型号。

整个作动器在电流6A时，位移和电磁力关系如图3所示，一般作动器位移和电磁力关系如图4所示。

本结构也可采用单线圈绕组；

本结构的衔铁7和壳体3、法兰6的齿距和齿形不受本具体实施方案限制，齿形亦可根据情况设计成梯形和其他非线性，齿据亦可根据情况设计成等距、非等距。

Claims (9)

1、一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其组成主要包括轴、端盖、壳体、线圈绕组、法兰、衔铁、锁紧螺母、控制器，其特征是：衔铁通过锁紧螺母固定在轴上，两个端盖安装在轴上，壳体和法兰安装在两个端盖之间，法兰与壳体围成的空间中安装有线圈绕组，线圈绕组的引线连接到控制器，衔铁、法兰和壳体上都开有齿，衔铁的齿廓和法兰、壳体的齿廓间的间隙形成气隙。

2、根据权利要求1所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：壳体、法兰上的齿为不等距的内齿，衔铁外径上的齿为等距的外齿。

3、根据权利要求1或2所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：所述的线圈绕组是双线圈绕组，内外绕组线径不同，电阻相近。

4、根据权利要求1或2所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：在轴和端盖间安装弹簧，并由螺母固定。

5、根据权利要求3所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：在轴和端盖间安装弹簧，并由螺母固定。

6、根据权利要求1或2所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：线圈绕组绕在线圈支架上，线圈支架和壳体间有弹性垫圈。

7、根据权利要求3所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：线圈绕组绕在线圈支架上，线圈支架和壳体间有垫圈。

8、根据权利要求4所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：线圈绕组绕在线圈支架上，线圈支架和壳体间有垫圈。

9、根据权利要求5所述的一种冗余变齿距结构半主动隔振作动器，其特征是：线圈绕组绕在线圈支架上，线圈支架和壳体间有垫圈。

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