CN104455141A - 串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，属电机技术领域，它包括初级和次级，初级和次级之间为气隙。所述初级由导磁的铁心、永磁体和励磁线圈组成。永磁体表贴在初级铁心表面，或内置在铁心表面开的浅槽内。励磁线圈绕制在初级铁心的齿或轭上。永磁体与励磁线圈与铁心形成串联的磁路。所述次级由导磁且高导电的板结构，或者由高导电材料和高导磁基板形成的复合结构。初级永磁体、励磁绕组和铁心上串联磁路的磁力线穿过次级，形成闭合磁回路。当初级和次级相对运动时，次级上磁通发生变化，感应产生电涡流，从而产生涡流阻力。本发明解决了现有阻尼器控制性差，力密度低的问题。

Description

串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器

技术领域

本发明属直线电机及阻尼器技术领域，特别涉及一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器。

背景技术

较之于旋转电机系统，直接驱动直线电机系统简化了中间传动机构，因此具有结构简单，动态性能好，控制精度高，传动效率高等优点，因此在高精密加工装备、电动汽车等领域的各种运动控制系统中，具有广泛的应用前景。

由于直线电机系统省去了中间传动机构，使得外界负载的扰动及冲击都直接加载在电机上，使得系统的抗干扰能力弱，从而制约了系统稳定性、控制精度和可靠性的进一步提高。

在直线电机系统中，通常通过安装阻尼器产生阻尼力，以减小系统内外的扰动及冲击对系统的影响。已有的阻尼器中广泛采用机械阻尼器和基于新型功能材料（如压电材料、超磁致伸缩材料）的阻尼器。其中机械阻尼器具有维护复杂，阻尼力可控性差的缺点，因此难以满足高精度运动控制的要求。而基于性能功能材料的阻尼器的成本高、控制难度大，也因此限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有高精度控制系统中使用的阻尼器结构复杂和可控性差的问题，提供一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器。

本发明的具体技术方案如下：

一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，它包括初级、次级以及初级与次级之间的气隙，其中的初级或次级作为动子，所述初级由铁心11、永磁体12和励磁线圈13组成；初级铁心11呈倒山形，包括中间一个宽齿111、两侧的两个窄齿112和113、以及轭114；中间宽齿的长度短于两侧长齿；

所述永磁体包括两个，分为永磁体121和122，两永磁体分别表贴在窄齿112和113的内表面，也可以在铁心窄齿内表面开浅槽，永磁体内置在浅槽内，以减小永磁体表贴的难度和提高强度；

所述两个永磁体沿水平方向充磁，且两永磁体充磁方向相反；

所述次级2包括反应板21和次级铁心22，反应板21包覆在次级铁芯外，次级2位于初级内并与宽齿位置对应，两永磁体121、122对应位于次级2的两侧；

所述励磁线圈13绕制在初级铁心的宽齿、窄齿或者轭上，励磁线圈13中通直流电。

初级中，励磁线圈13为一组绕制在初级铁心的宽齿111上；

初级中，励磁线圈采用两组线圈131和132，它们分别绕制在初级铁心的两窄齿上，两组线圈串联或并联连接，两组线圈位于窄齿与宽齿之间的绕组的极性相同，位于窄齿外侧的绕组的极性相反；

初级中，励磁线圈采用两组线圈133和134，它们分别绕制在宽齿与窄齿之间轭114上，两组线圈串联连接，绕制方向相反（即其中一个顺时针绕制，另一个则逆时针绕制）。

反应板21为倒U型结构，采用低电阻率材料；次级铁心22呈矩形，其内开有冷却孔23，冷却孔23形状为类梯形结构。

该阻尼器采用多模块化结构，它由N个上述阻尼器水平排列而成，其中N为≥2的整数，N个阻尼器的次级铁心下端通过支撑板连接形成一体。支撑板采用高强度，不导磁或弱导磁的材料。

初级1和次级2之间形成N个倒U型气隙。

N个励磁绕组13分别绕制在N个初级铁心上，它们采用串接或并接方式，绕制在宽齿111、窄齿112和113或者绕制在轭114上；每个初级铁心上绕组的绕组方法完全相同。

一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，它包括初级、次级以及初级与次级之间的气隙，初级包括由两个倒山字型初级铁芯相对组合而成的环形铁心5，两个永磁体122和133，以及励磁绕组组成；两侧的窄齿相连为一体，两个初级铁芯上分别绕有励磁绕组，中间的宽齿相对设置，次级设置在两宽齿之间，两个永磁体分别表贴在两侧窄齿内表面上，两个永体充磁方向相反。

所述次级由次级铁心和反应板组成；初级和次级之间形成的气隙为环形结构；励磁线圈为两组分别绕制在两初级铁心的宽齿上；

或励磁线圈采用四组线圈，它们分别绕制在两初级铁心的两窄齿上，四组线圈串联或并联连接；

或励磁线圈采用四组线圈，它们分别绕制在宽齿与窄齿之间轭上，四组线圈串联连接或并联连接。

本发明的工作原理如下：

本发明中，永磁体12和励磁线圈13中励磁直流电流产生的磁通，经初级1、气隙3和次级2形成闭合回路，磁通路径为经初级铁心宽齿111、窄齿112和113、轭114、倒U型气隙3、次级反应板21和次级铁心22闭合。当初级1和次级2相对运动时，次级2中磁场发生变化，根据电磁感应定律和楞次定律，次级反应板21中感应产生抑制磁场变化的电涡流，该电涡流与气隙磁场相互作用，因此产生阻碍初级和次级相对运动的阻尼力。当初级1和次级2相对静止时，次级反应板21中无感应电流，阻尼器不产生阻尼力。

通过调节励磁线圈13中电流的大小，可以改变初级1、次级2和气隙3中的磁场大小和分布，继而改变次级反应板21中感应涡流的大小，从而调节阻尼器输出阻尼力的大小。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明设计的阻尼器，结构简单、容易控制、具有较宽的阻尼力调节范围、可靠性高，适用于直接驱动直线电机运行控制系统中，能提高系统的稳定性、抗干扰能力和控制精度。此外，本发明还适用于其它运动控制系统的阻尼器，如车辆悬架阻尼器、精密仪器振动抑制等。

附图说明

图1为实施例一中阻尼器的结构示意图。

图2为实施例一中阻尼器的初级结构示意图。

图3为实施例一中阻尼器的次级结构示意图。

图4为实施例二中阻尼器的结构示意图。

图5为实施例三中阻尼器的结构示意图。

图6为实施例四中阻尼器的结构示意图。

图7为实施例五中阻尼器的结构示意图。

图8为实施例六中阻尼器的结构示意图。

图9和图10为实施例七中阻尼器的结构示意图。

图中：1-初级；2-次级；3-气隙；4-支撑板；5-环形铁心；6-环形反应板；11-初级铁心；12-永磁体；13-励磁绕组；21-反应板；22-次级铁心；23-冷却孔；111-宽齿；112-窄齿；113-窄齿；114-轭；121-N极永磁体；122-S极永磁体；131-励磁绕组；132-励磁绕组；133-励磁绕组；134-励磁绕组。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

实施例一： 如图1、图2和图3所示，本发明的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，包括：初级1，次级2，初级和次级之间为气隙3。直线电磁阻尼器的初级和次级可任选其一作为动子。

初级由初级铁心11、永磁体12和励磁线圈13组成。

初级铁心11包括一个宽齿111、两个窄齿分别为窄齿112和窄齿113，以及轭114。

永磁体121和永磁体122分别表贴在窄齿112和窄齿113的内表面，也可以在铁心齿内表面可以开浅槽，永磁体内置在浅槽内，以减小永磁体表贴的难度和提高强度。两个永磁体分别为N极永磁体121和S极永磁体122，它们沿水平方向充磁，充磁方向相反。

励磁线圈13可以绕制在初级铁心的宽齿111、窄齿112或者轭114上，励磁线圈13中通直流电。本实例中是绕制在宽齿上，则在宽齿与其左右两边的窄齿形成的两个空间槽内分别形成一正一负绕组，绕组中通入直流电。

次级2包括反应板21和次级铁心22。反应板21为倒U型结构，采用低电阻率材料。次级铁心22为矩形结构，采用导磁材料。其中宽齿的长度短于长齿，次级2位于初级内并与宽齿位置对应，两永磁体对应位于次级2的两侧。中间宽齿的长度加上次级的长度，以及气隙厚度约等于两侧窄齿长度。

实施例二：

如图4所示，本实例中其它部分结构同实施例一，仅是次级铁心22上可以开冷却孔23，冷却孔形状可以为类梯形结构，该冷却孔内可以通风、通水或油冷对次级进行冷却，而且改冷却孔的设置还能起到优化磁路，减小漏磁，减轻次级有效质量的作用。

实施例三：

如图5所示，本实施例中其它部分结构同实施例一，仅是励磁线圈绕制在初级铁心11两边的两个窄齿112和窄齿113上，形成两个线圈，分别为励磁线圈131和励磁线圈132，两个励磁线圈可以串联连接，也可以并联连接，两个线圈位于窄齿与宽齿之间的绕组的极性相同，线圈位于窄齿外的绕组的极性相反。这种绕组结构有利于提供更大的励磁电流，从而更好地调节阻尼器阻尼力的大小。

实施例四：

如图6所示，本实例中其它部分结构同实施例一，仅是励磁线圈绕制在初级铁心的轭上，形成两个线圈，分别为励磁线圈133和励磁线圈134两个线圈可以串联连接，也可以并联连接，它们的绕制方向相反，即其中一个顺时针绕制，另一个则逆时针绕制。这种绕组结构也有利于提供更大的励磁电流，从而更好使阻尼力有更宽的调节范围。

实施例五： 下面结合图7说明本实施方式，本实施方式所述的

如图7所示，本实例中串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器采用多模块化结构，它包括二个直线电磁阻尼器，二个直线电磁阻尼器水平排列，相邻窄齿侧连为一体或为一体成型结构。

二个直线电磁阻尼器均由单个初级1、次级2和倒U型气隙3组成，二个次级铁心22通过下端支撑板4连接形成一体，支撑板采用高强度，不导磁或弱导磁的材料。

初级1和次级2之间形成二个倒U型气隙。

二个励磁绕组13分别绕制在二个初级铁心上，它们可以串接，也可以并接，可以绕制在宽齿111、窄齿112和113或者轭114上。每个初级铁心上绕组的绕组方法完全相同。

本实例还可以扩展为（N个模块，N≥2的整数）多模块化结构，从而可以有效增大阻尼器输出阻尼力大小，并增大阻尼力调节范围。

实施例六：

如图8所示，本实例中串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器中，初级包括由两个倒山字型初级铁芯相对组合而成的环形铁心5，两个永磁体122和133，以及励磁绕组组成；两初级铁芯两侧的窄齿相连为一体，两个初级铁芯上分别绕有励磁绕组，两初级铁芯中间的宽齿相对设置，次级设置在两初级铁芯的宽齿之间，两个永磁体分别表贴在两侧窄齿内表面上，两个永体充磁方向相反。

次级由次级铁心和反应板组成，初级和次级之间形成的气隙为环形结构，两个初级共用一个次级；励磁线圈为二组分别绕制在两初级铁心的宽齿上。

实施例七：

本实施例中励磁线圈采用四组线圈，它们分别绕制在两初级铁心的两窄齿上，四组线圈串联或并联连接；其余结构同实施例六。

本实施例中励磁线圈也可以采用四组线圈，它们分别绕制在宽齿与窄齿之间轭上，四组线圈串联或者并联连接；其余结构同实施例六。

该方案有利于减小在永磁体12、初级铁心窄齿112和113、次级铁心22上形成的漏磁，使阻尼器结构更加紧凑，从而提高阻尼器的力密度。

Claims (10)

1.一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，它包括初级、次级以及初级与次级之间的气隙，其中的初级或次级作为动子，其特征是：

所述初级由铁心（11）、永磁体（12）和励磁线圈（13）组成；初级铁心（11）呈倒山形，包括中间一个宽齿（111）、两侧的两个窄齿、以及轭（114）；中间宽齿的长度短于两侧长齿；

所述永磁体包括两个，分为永磁体（121）和（122），两永磁体分别表贴在窄齿的内表面；

所述两个永磁体沿水平方向充磁，且两永磁体充磁方向相反；

所述次级（2）包括反应板（21）和次级铁心（22），反应板（21）包覆在次级铁芯外，次级（2）位于初级内并与宽齿位置对应，两永磁体对应位于次级（2）的两侧；

所述励磁线圈（13）绕制在初级铁心的宽齿、窄齿或者轭上，励磁线圈（13）中通直流电。

2.根据权利要求1所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：初级中，励磁线圈（13）为一组绕制在初级铁心的宽齿（111）上。

3.根据权利要求1所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：初级中，励磁线圈采用两组线圈，它们分别绕制在初级铁心的两窄齿上，两组线圈串联或并联连接，两组线圈位于窄齿与宽齿之间的绕组的极性相同，位于窄齿外侧的绕组的极性相反。

4.根据权利要求1所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：初级中，励磁线圈采用两组线圈，它们分别绕制在宽齿与窄齿之间轭（114）上，两组线圈串联连接，绕制方向相反。

5.根据权利要求1所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：反应板（21）为倒U型结构；次级铁心（22）呈矩形，其内开有冷却孔（23），冷却孔（23）形状为类梯形结构。

6.根据权利要求2或4所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：该阻尼器采用多模块化结构，它由N个上述阻尼器水平排列而成，其中N为≥2的整数，N个阻尼器的次级铁心下端通过支撑板连接形成一体。

7.根据权利要求6所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：初级1和次级2之间形成N个倒U型气隙。

8.根据权利要求6所述的串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于：N个励磁绕组（13）分别绕制在N个初级铁心上，它们采用串接或并接方式，绕制在宽齿（111）、窄齿或者绕制在轭（114）上；每个初级铁心上绕组的绕组方法完全相同。

9.一种串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，它包括初级、次级以及初级与次级之间的气隙，其特征在于：初级包括由两个倒山字型初级铁芯相对组合而成的环形铁心（5，）两个永磁体，以及励磁绕组组成；两侧的窄齿相连为一体，两个初级铁芯上分别绕有励磁绕组，中间的宽齿相对设置，次级设置在两宽齿之间，两个永磁体分别表贴在两侧窄齿内表面上，两个永体充磁方向相反。

10.根据权利要求9所述串联磁路混合励磁直线电磁阻尼器，其特征是：所述次级由次级铁心和反应板组成；初级和次级之间形成的气隙为环形结构；励磁线圈为两组分别绕制在两初级铁心的宽齿上；

或励磁线圈采用四组线圈，它们分别绕制在两初级铁心的两窄齿上，四组线圈串联或并联连接；

或励磁线圈采用四组线圈，它们分别绕制在宽齿与窄齿之间轭上，四组线圈串联连接或并联连接。