CN101599339A - 永磁式非接触激振器及其激振方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁式非接触激振器及其激振方法，它包括采用传统振动发生器、C型导磁夹具、强磁铁块、衔铁块组成。C型导磁铁块安装在电磁激振器上、C型导磁铁块两端分别安置强磁铁块、强磁铁端部吸附衔铁块。通过位移传感器测出衔铁块实际位移输出进行反馈补偿，实现位移精确输出，达到控制激振力的目的。本发明具有结构简单、安装和拆卸方便、易于加工、可用于移动结构的激振，可实现对铁磁性金属结构进行非接触激振等优点。

Description

永磁式非接触激振器及其激振方法

技术领域

本发明属于机械振动与测试领域，特别涉及一种基于永磁铁的非接触激振器及其激振方法。

背景技术

激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。激振器还可作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型和土壤砂石的捣固等工作。

现今主流的接触式激振器有惯性式电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。激振器可产生单向的或多向的，简谐的或非简谐的激励力。

惯性式激振器：利用偏心块回转产生所需的激励力。单向激励力惯性式激振器一般由两根转轴和一对速比为1的齿轮组成。两根转轴等速反向回转，轴上两偏心块在Y方向产生惯性力的合力。工作时将激振器固定于被激件上，被激件便获得所需的振动。在振动机械中还广泛采用一种自同步式惯性式激振器。这种激振器的两根转轴分别由两台特性相近的感应电动机驱动，而且不用齿轮，依靠振动同步原理使两个带偏心块的转轴实现等速反向回转，从而获得单向激励力。

电动式激振器：将交变电流通入动线圈，使线圈在给定的磁场中受电磁激励力的作用而产生振动。电动式激振器的恒定磁场是借直流电通入励磁线圈而产生的，再将交流电通入动线圈中，动线圈受到周期变化的电磁激励力的作用带动顶杆作往复运动。使顶杆与被激件接触，便可获得预期的振动。

电磁式激振器：将周期变化的电流输入电磁铁线圈，在被激件与电磁铁之间便产生周期变化的激励力。振动机械中应用的电磁式激振器通常由带有线圈的电磁铁铁芯和衔铁组成，在铁芯与衔铁之间装有弹簧。当向线圈输入交流电，或交流电加直流电，或半波整流后的脉动电流时，便可产生周期变化的激励力，这种激振器通常是将衔铁直接固定于需要振动的工作部件上。

电液式激振器利用小功率电动激振器带动液压伺服阀，控制管道中的液压力介质，在液压缸中的活塞上便产生很大的激励力，从而使被激件获得振动。

以上激振器，他们共同的缺点是：

1.与被激结构相连接，一是通过螺栓连接结构与激振器；二是通过托盘粘接在结构上，使用顶杆将托盘与激振器连接。前者破坏了结构，后者虽然未破坏结构，但激振器安装时可能会产生预应力，结构的边界改变，从而刚度发生改变

2.无法用于移动结构，当试验件移动时，激振器要跟随结构运动，这点很难实现。如梁做轴向运动，使用激振器对梁某点激励，激振器必须跟随，虽然可做成导轨驱动，但要求跟随进度高，基座的横向振动小，这很难实现，或者实现成本较高。

现有的无接触式激振器是采用电磁铁实现，通过调节线圈中的电流，对铁磁结构或者安装有永磁铁的结构产生可调力，实现激振。Rong-Fong Fung_，Yung-Tien Liu，Chun-Chao Wang研究了电磁铁对自由端安装有永磁铁的悬臂梁的振动控制。(Dynamic model of an electromagnetic actuator for vibrationcontrol of a cantilever beam witha tip mass.Journal of Sound and Vibration288(2005)957-980)；Jie Liu，Kefu Liu研究了一种电磁铁吸振器的性质及其应用。(A tunable electromagnetic vibration absorber：Characterizationand application.Journal of Sound and Vibration 295(2006)708-724)。

其缺点是：

1.若要实现激振力方向可调，必须在结构的力作用点安装永磁铁，再调节线圈中电流方向实现，这样就破坏结构，改变结构的质量分布，这点与非接触本意有一定得矛盾；若不安装永磁铁，该类激振器只能对铁磁结构产生单方向的力作用。

2.需要专用的电流控制系统，结构较复杂。

3.难以适用于移动工件上，如1中所述，工件需要上安装永磁铁，当工件移动时，要求线圈跟随永磁铁运动，或者永磁铁面积足够大，保证工件运动过程中，线圈都可与其发生作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、便于实现、拆卸方便、易于加工、对铁磁性金属结构(如钢梁等)产生激励力，且可方便使用于移动工件的激振器，不对结构产生任何附加影响。

本发明的永磁式非接触激振器不同于其他类的无接触激振器，本激振器采用永磁铁对铁磁性金属结构产生激励力。该装置包括振动发生器、与振动发生器相连接的信号发生器、还包括与振动发生器相连接的C型夹具，C型夹具相对称的两个夹臂内均安装强磁铁及衔铁，工件位于上述两衔铁间隙之间，还包括检测C型夹具位移变化的位移传感器。

一种永磁式非接触激振器的激振方法，其特征在于包括以下过程：

(1)、利用振动发生器相连的C型夹具，及C型夹具相对称的两个夹臂内均安装强磁铁及衔铁，工件位于上述两衔铁间隙之间，两衔铁对工件具有方向相反的吸引力；利用振动发生器带动C型夹具振动，引起工件与两衔铁的距离变化，产生相应吸力变化，使工件产生振动；

(2)、利用位移传感器对振动发生器输出位移的反馈，实现振动发生器精确位移控制。

本发明与现有技术相比，具有如下特色和优点：

1.与已有发明的无接触电磁铁激振器相比，本发明使用永磁铁产生磁力，无需复杂的电流控制系统，无需在结构上安装任何物件，不对结构产生任何附加影响。

2.与现今主流的接触式激振器相比，本发明无需与结构接触，无需改变结构，从而保证了结构的完整性，不改变结构的边界条件；可用于移动的试验件，克服了主流激振器用于移动结构的困难，使用本激振器激振移动结构而无需移动本激振器。

3.本发明的磁力作用间隙可进行灵活调整，适用于不同厚度的物体。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

图中标号名称：1-C型夹具，2-强磁铁，3-振动发生器，4-位移传感器，5-信号发生器，6-衔铁。

具体实施方式

如图1所示，本发明的装置振动发生器3(如电磁激振器)、与振动发生器相连接的信号发生器5、还包括与振动发生器相连接的C型夹具1，C型夹具相对称的两个夹臂内均安装强磁铁2及衔铁6，工件位于上述两衔铁间隙之间，还包括检测C型夹具位移变化的位移传感器4。

本发明的永磁式非接触激振器产生激振力过程如下：信号发生器5发出电压信号给振动发生器3，振动发生器产生一定位移，使得衔铁6与结构表面距离发生变化，从而产生不同大小和方向的激振力。在夹具安装时，将铁磁性金属结构(如梁等)放置在夹具内部的空间，并使得上下磁铁分别距结构的上下表面的距离相同，此时上下磁铁对梁的吸力平衡，当要对结构产生向上的吸力时，夹具向下运动一定距离，使得上磁铁与结构的距离减小；相反要产生向下的吸力时，夹具向上运动一定距离，使得下磁铁与结构的距离减小。本发明使用永磁铁产生激励力，所以应用对象限制在铁磁性金属结构。

实现衔铁与结构表面距离产生精确变化的方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)、设理想输出的位移，其电压值为a，定义缩放系数为k，信号发生器实际输出电压为a×k；

(2)、测量激振器实际输出位移，若其电压值为b，若a/b＝1，此时激振器输出位移即为要求的位移输出；若a/b≠1，则修改缩放系数为a×k/b，此时信号发生器实际输出电压为a²×k/b，重复步骤(2)。

Claims (2)

1.一种永磁式非接触激振器，其特征在于：该装置包括振动发生器(3)、与振动发生器(3)相连接的信号发生器(5)、还包括与振动发生器(3)相连接的C型夹具(1)，C型夹具相对称的两个夹臂内均安装强磁铁(2)及衔铁(6)，工件位于上述两衔铁(6)间隙之间，还包括检测C型夹具位移变化的位移传感器(4)。

2.一种永磁式非接触激振器的激振方法，其特征在于包括以下过程：

(1)、利用振动发生器相连的C型夹具，及C型夹具相对称的两个夹臂内均安装强磁铁及衔铁，工件位于上述两衔铁间隙之间，两衔铁对工件具有方向相反的吸引力；利用振动发生器带动C型夹具振动，引起工件与两衔铁的距离变化，产生相应吸力变化，使工件产生振动；

(2)、利用位移传感器对振动发生器输出位移的反馈，实现振动发生器精确位移控制。

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