CN105024165B - 一种电磁屏蔽的机电液一体化结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，包括电器舱，所述电器舱中设置有主控制器，所述电器舱外部设置有液压缸和液压泵，所述液压泵设置有驱动电机，所述驱动电机设置在所述电器舱内，所述主控制器控制所述驱动电机工作，所述主控制器同时监测所述液压缸和液压泵的工作状态；所述电器舱的舱体上设置有若干安装口和观察口，在所述安装口和观察口处设置有防电磁泄漏装置。本发明能够解决机电液一体化设备及电子设备的环境防护、屏蔽电磁干扰或防止被干扰、截止波导和散热等技术问题。

Description

一种电磁屏蔽的机电液一体化结构

技术领域

本发明涉及一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，用于射电望远镜镜面驱动机构的电磁和环境防护，具体涉及驱动机构中各设备连接、安装界面处的防电磁泄漏装置。

背景技术

500m口径球面射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Sphericalradio Telescope）将是国际上最大、最灵敏的射电天文望远镜。利用贵州喀斯特洼坑作为台址，在洼坑内铺设球冠状反射面，通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波，采用轻型钢索拖动馈源平台实现望远镜的指向跟踪。

FAST主动反射面基准面是一个口径500m、半径300m的球面，由主体支承结构、促动器、反射面单元组成。主动反射面主体支承结构由圈梁和格构柱以及格构柱基础、主索网、下拉索组成。主索网为短程线型三角形网格，三角形反射面单元安装在主索网上，边长约为10.4m～12.4m，数量约4300块。

在望远镜观测时，采用促动器驱动下拉索方式改变反射面单元面型，以跟踪天体。促动器为机、电、液一体化单元，工作于贵州黔南潮湿洼地中，始终承受最大7～15 吨拉力变载荷作用，平均速度约0.2mm/s，数量为2225 套。

由于射电望远镜要求避免电磁干扰，所以针对促动器有必要设置防护结构，防止促动器运行过程中产生电磁波干扰射电望远镜的观测质量，同时也要防止射电望远镜和其他各类设备产生的电磁波干扰促动器的运行，而且促动器工作环境位于室外，需要防止雨雪风尘对促动器造成影响。

在电子设备的结构设计中，经常会涉及三个方面的内容：1 .环境防护问题；2 .电磁干扰防护和抗干扰问题；3 .散热问题；这三个方面的内容常常结合在一起，成为电子设备结构设计的关键因素。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，能够解决驱动机构的防电磁泄漏装置。该机电液一体化结构还解决了环境防护和散热等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，包括电器舱，所述电器舱中设置有主控制器，所述电器舱外部设置有液压缸和液压泵，所述液压泵设置有驱动电机，所述驱动电机设置在所述电器舱内，所述主控制器控制所述驱动电机工作，所述主控制器同时监测所述液压缸和液压泵的工作状态；所述电器舱的舱体上设置有若干安装口和观察口，在所述安装口和观察口处设置有防电磁泄漏装置。

进一步，所述液压缸配置有磁致伸缩位移传感器，所述磁致伸缩位移传感器的电子头设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在所述液压缸的底座结构件上，和所述底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置；所述磁致伸缩位移传感器的电子头通过连接法兰安装在所述液压缸的底座结构件上，所述连接法兰和所述底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

进一步，所述磁致伸缩位移传感器的信号线接入所述舱体内连接所述主控制器，所述信号线外部设置有防护管，所述防护管和所述电器舱的安装界面，和所述液压缸的安装界面处均设置有防电磁泄漏装置。

进一步，所述电器舱设置有舱盖，电器舱的舱体和舱盖的安装界面处设置有防电磁泄漏装置；所述液压泵配置有油箱和液压阀块，所述油箱和所述液压阀块的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，所述液压阀块和所述舱体的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

进一步，所述液压泵配置有工作状态传感器，所述电器舱内部设置有工作环境传感器，所述传感器将监测信息传递给所述主控制器。

进一步，所述液压泵的工作状态传感器包括油温、油压传感器，所述电器舱的工作环境传感器包括温度、气压、湿度传感器。

进一步，所述驱动电机连接有电机驱动器，所述舱体内设置有电源滤波器，所述电源滤波器连接有交流转直流电源模块，所述交流转直流电源模块分别连接所述电机驱动器和所述主控制器，所述舱体外部的电源线通过所述电源滤波器接入舱体内部为电子设备供电；所述电源滤波器通过连接法兰安装在所述舱体上，所述安装法兰和舱体的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

进一步，所述舱体内设置有散热装置分别连接所述电机驱动器和舱体、所述驱动电机和舱体。

进一步，所述散热装置设置有回路导热管，所述导热管内部流通有导热介质，所述舱体外部对应所述散热装置设置有散热翅片。

进一步，所述防电磁泄漏装置采用可导电的密封O型圈、弹簧垫、螺纹结构，或止口结构。

进一步，所述主控制器设置有信号传输线，所述舱体设置有传输线通道，所述通道采用截止波导管，所述信号传输线向外延伸时穿过所述通道，所述传输线通道外端口设置有防水法兰，通过所述防水法兰安装在所述舱体上，所述信号传输线采用光纤。

进一步，所述观察口处设置有截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜，所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜均设置有透明端盖遮盖，透过所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜观察舱体内部电子设备的运行状态。

进一步，所述拐角形观察镜的镜筒采用截止波导管构成，在拐角处设置有反射棱镜；所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜均对应电子设备的工作指示灯或仪表盘设置。

进一步，所述电器舱内设置有宽频射频源，连接所述主控制器，发出标准干扰信号，作为检测电磁泄漏的信号源，所述宽频射频源设置有发射天线。

采用上述结构设置的机电液一体化结构，具有以下优点：

1、本系统结构是在多种现有技术基础上综合的，具有通用性，可以作为一般的机电液一体化系统的电磁兼容性设计或改造的参考。通过对其中的电磁干扰可能的泄漏界面5-1至5-8的处理，可以实现满足信息安全标准和射电天文标准的整体屏蔽效能。由于结构不仅可以实现良好的电磁屏蔽，还能实现良好的环境防护，所以特别适合于在恶劣环境下工作，对电磁屏蔽要求较高的情况，如射电天文和航空舰船等领域。

2、设备供电通过电源滤波器接入。

3、设备的信号传输通过穿过截止波导管的光纤传输线为介质实现。

4、设备的散热通过具有超导热能力的热管实现。将设备散发的热量传导到封闭舱体的外壳上，在外壳上设计有增强散热能力的散热翅片。

5、设备的环境防护通过结构的密闭性实现。结构的密闭性体现在，对于截止波导管或截止波导板的出口，均通过防水法兰或者透明端盖予以封闭。

6、设备工作状态观察窗。为了在设备出现故障时方便地查看设备的工作状态，及时获得是否应该打开屏蔽罩壳的判断依据，同时不影响屏蔽外壳的屏蔽效果，采用了截止波导管或截止波导板上覆盖透明端盖视窗的方法，多种形式的观察窗可以单个或组合使用。这种在截止波导管或截止波导板外出口加上透明端盖的结构，既防水、又防止电磁干扰的泄漏，又便于观察，是新颖而实用的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中电磁干扰所存在空间的结构示意图。

图中：1-1.电源滤波器；1-2.交流转直流电源模块；1-3.电机驱动器；1-4：驱动电机；1-5.各类传感器；1-6：主控制器；1-7：宽频射频源；1-8：天线；1-9：设备工作指示灯；1-10：截止波导管；1-11：散热管；1-12：玻璃观察窗；1-13：防水法兰；1-14：信号传输线；1-15：反射棱镜；1-16：电源线；1-17：舱体；1-18：舱盖；

2-1：液压阀块；2-2：联轴器；2-3：液压阀块内部的油孔；2-4：液压泵；2-5：油箱；

3-1：油管；3-2：油管；3-3：位移传感器线管；3-4：线缆快接头；3-5：各类金属线缆，是电磁干扰的传输载体；

4-1：液压缸底座结构件；4-2：位移传感器电子头屏蔽罩；4-3：位移传感器电子头；4-4：油缸的无杆腔；4-5：活塞；4-6：油缸的有杆腔；4-7：油缸外套筒；4-8：位移传感器不锈钢保护管；4-9：活塞杆；

5-1：电磁干扰泄漏界面①；5-2：电磁干扰泄漏界面②；5-3：电磁干扰泄漏界面③；5-4：电磁干扰泄漏界面④；5-5：电磁干扰泄漏界面⑤；5-6：电磁干扰泄漏界面⑥；5-7：电磁干扰泄漏界面⑦；5-8：电磁干扰泄漏界面⑧。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。

如图1所示为本发明的实施例之一，在该实施例中，一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，包括电器舱，电器舱中设置有主控制器1-6，电器舱外部设置有液压缸和液压泵2-4，液压泵2-4设置有驱动电机1-4，驱动电机1-4设置在电器舱内，主控制器1-6控制驱动电机1-4工作，主控制器1-6同时监测液压缸和液压泵的工作状态；电器舱的舱体1-17上设置有若干安装口和观察口，在安装口和观察口处设置有防电磁泄漏装置。

这些安装口和观察口设置了不同类型的防电磁泄漏装置，下面有具体介绍。

如图1所示，液压缸配置有磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器的电子头设置有屏蔽罩，屏蔽罩安装在液压缸的底座结构件上，和底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，该安装界面即图1中的电磁干扰泄漏界面⑤5-5；磁致伸缩位移传感器的电子头通过连接法兰安装在液压缸的底座结构件上，连接法兰和底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，该安装界面即图1中的电磁干扰泄漏界面⑥5-6。

如图1所示，磁致伸缩位移传感器的信号线接入舱体1-17内连接主控制器1-6，该信号线外部设置有防护管，该防护管和电器舱的安装界面，和液压缸的安装界面处均设置有防电磁泄漏装置，这两处安装界面分别是图1中的电磁干扰泄漏界面②5-2和电磁干扰泄漏界面④5-4。

如图1所示，电器舱设置有舱盖1-18，电器舱的舱体1-17和舱盖1-18的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，该安装界面即图1中的电磁干扰泄漏界面③5-3；舱体1-17和舱盖1-18可以采用铜质或铝合金材料，扣合之后能够整体封闭一方面有利于电磁防护，另一方面有利于环境防护，能够防腐蚀、防锈蚀、防潮等。

液压泵2-4配置有油箱2-5和液压阀块2-1，油箱2-5和液压阀块2-1的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，液压阀块2-1和舱体1-17的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，这两处安装界面分别是图1中的电磁干扰泄漏界面⑧5-8和电磁干扰泄漏界面①5-1。

液压泵配置有工作状态传感器，电器舱内部设置有工作环境传感器，这些传感器将监测信息传递给主控制器1-6。

上述液压泵的工作状态传感器包括油温、油压传感器，电器舱的工作环境传感器包括温度、气压、湿度传感器，监测的是电器舱内部的工作环境。

如图1所示，驱动电机1-4连接有电机驱动器1-3，舱体1-17内设置有电源滤波器1-1，电源滤波器1-1连接有交流转直流电源模块1-2，交流转直流电源模块1-2分别连接电机驱动器1-3和主控制器1-6，舱体1-17外部的电源线通过电源滤波器1-1接入舱体1-17内部为电子设备供电；电源滤波器1-1通过连接法兰安装在舱体1-17上，该安装法兰和舱体1-17的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，该安装界面即图1中的电磁干扰泄漏界面⑦5-7。

如图1所示，舱体1-17内设置有散热装置分别连接电机驱动器1-3和舱体1-17、驱动电机和舱体1-17。

散热装置设置有回路导热管，导热管内部流通有导热介质，根据实际工作温度，可以选择不同的导热介质，如水、氟里昂、酒精、丙酮等。包括但不限于相变传热方式在内的导热介质。舱体外部对应散热装置设置有散热翅片（未图示），散热翅片由多个散热板构成。散热翅片凸出舱体表面并且呈直立或倾斜状态，这样设置更有利于散热。

上述的防电磁泄漏装置采用可导电的密封O型圈、弹簧垫、螺纹结构，或止口结构等减少电磁干扰泄漏的防护结构。可导电的性能使得这些设备能够和舱体1-17形成一个抗电磁整体结构，阻止内部电磁波向外泄漏。

如图1所示，主控制器1-6设置有信号传输线1-14，舱体1-17上设置有传输线通道，该通道采用截止波导管，信号传输线1-14向外延伸时穿过该通道，该传输线通道外端口设置有防水法兰1-13，通过防水法兰1-13安装在舱体1-17上，信号传输线1-14采用光纤，能够提高电磁防护性能。

如图1所示，观察口处设置有截止波导管、截止波导板1-8或拐角形观察镜，截止波导管、截止波导板1-8或拐角形观察镜均设置有透明端盖遮盖，透过这几处截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜观察舱体1-17内部电子设备的运行状态，这几处截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜均对应电子设备的工作指示灯或仪表盘设置。

观察口的尺寸与截止波导管和截止波导板相匹配，截止波导管的全部管体、截止波导板的全部板体均位于舱体1-17内。

拐角形观察镜的镜筒采用截止波导管构成；具体采用这样的结构：在舱体1-17上设置的拐角形截止波导管，拐角处设置反射棱镜。

如图1所示，电器舱内设置有宽频射频源1-7，发出标准干扰信号，作为检测电磁泄漏的信号源。在主控制器1-6的控制下，必要时可以工作于扫频模式，以一定频率间隔，发出标准干扰信号，以便由外部探测系统随时评估结构整体的屏蔽性能。

本发明能够达到的电磁屏蔽效果如图2所示，图2中的填充区域是电磁波的滞留空间，电磁波只在该区域内存在而不会向外泄漏。

本发明具有以下特点：

1 、液压阀块：液压阀块中的油孔是油液流动的通道，同时，液压阀块中的油孔形成截止波导，因而不会导致电磁干扰的泄漏或进入。

2、 用作观察窗的截止波导管和蜂窝波导板：在截止波导管和蜂窝波导板外侧孔外装有玻璃窗，用于观察屏蔽壳体内部电子设备的指示灯，以判断设备运行状态，在减少打开屏蔽壳体次数的情况下，为决定采取何种维护维修措施提供依据。如图1中1-12所示，1-12这三种形式的观察窗可以单个或组合使用。这种在截止波导管或蜂窝通风板外出口加上透明端盖的结构，既防水、又防止电磁干扰的泄漏，又便于观察，是新颖而实用的，其成本低，安装方便，性能优于屏蔽玻璃窗。

3 、用作光纤通信的截止波导管：光纤作为通信介质，穿过截止波导管，不会导致电磁干扰从屏蔽壳体的泄漏或者进入屏蔽壳体。

4 、用于精确反馈位置的磁致伸缩传感器：从电磁干扰的角度来看，磁致伸缩传感器主要由三个部分组成，其一是电子头，其二是不锈钢护管，其三是线缆。电子头与不锈钢护管之间有一段螺纹，固定在油缸结构上，同时由于电子头与结构之间存在密切结合，因此电子头发出的干扰仅能到达线缆和不锈钢护管内部。不锈钢护管起到了良好的电磁屏蔽作用。沿线缆传播的电磁干扰则通过线罩和线管得到防护。为了具有良好的维护性，传感器线缆在屏蔽壳体侧由快速接头连接。

由于磁致伸缩传感器的的不锈钢护管的作用，电磁干扰不会进入油缸的无杆腔和有杆腔。由于线罩的作用，传感器线缆传过来的干扰，以及传感器电子头发出的干扰不会到达油缸底的外部。由于从结构上采取了合适的结构干扰防护措施，所以避免了对传感器信号进行滤波，实际上，有些传感器信号是不能进行滤波的，如这里的磁致伸缩传感器信号。

5 、用于散发电子设备或电机驱动器热量的热管结构：将热管的吸热端固定于屏蔽壳体内的发热部件表面，将相应热管的发热端固定于屏蔽壳体的内表面，即可达到将电子设备或电机驱动器等产生的热量散发出去的目的。热管与相应的表面的连接方式可以根据实际情况灵活设计。

6 、设备内部配置了一套宽频射频发生器以及相应的天线，该宽频射频发生器可以在外部设备通过光纤进行控制下，以不同的频率发射标准信号，该信号的强度可以用作测量结构屏蔽效能的参考值。

7、设备供电通过电源滤波器接入，减少了干扰沿着电源线传播到屏蔽壳体外部。

8、本系统结构装配和维护方便，装配时，可以将1-1至1-18的部分组装为模块1，将2-1至2-5的部分组装为模块2，将4-1至4-9的部分组装为模块4，模块4和模块1之间通过3-3、3-4及界面5-2即可连接，模块2与模块4之间通过油管3-1和3-2即可连接，模块2与模块1之间通过界面5-1即可连接。需要维修电气舱内部件时，打开舱罩1-18即可实现方便的维修。系统故障较严重时，进行适当处理后，分离3-1、3-2、3-3的接头即可将模块1、模块2的集成与模块4分离。将模块1和模块2单独卸下进行维修。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电磁屏蔽的机电液一体化结构，其特征在于，包括电器舱，所述电器舱中设置有主控制器，所述电器舱外部设置有液压缸和液压泵，所述液压泵连接有驱动电机，所述驱动电机设置在所述电器舱内，所述主控制器控制所述驱动电机工作，所述主控制器同时监测所述液压缸和液压泵的工作状态；所述电器舱的舱体上设置有若干安装口和观察口，在所述安装口和观察口处设置有防电磁泄漏装置。

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述液压缸配置有磁致伸缩位移传感器，所述磁致伸缩位移传感器的电子头设置有屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在所述液压缸的底座结构件上，和所述底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置；所述磁致伸缩位移传感器的电子头通过连接法兰安装在所述液压缸的底座结构件上，所述连接法兰和所述底座结构件的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述磁致伸缩位移传感器的信号线接入所述舱体内连接所述主控制器，所述信号线外部设置有防护管，所述防护管和所述电器舱的安装界面，和所述液压缸的安装界面处均设置有防电磁泄漏装置。

4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述电器舱设置有舱盖，电器舱的舱体和舱盖的安装界面处设置有防电磁泄漏装置；所述液压泵配置有油箱和液压阀块，所述油箱和所述液压阀块的安装界面处设置有防电磁泄漏装置，所述液压阀块和所述舱体的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述液压泵配置有工作状态传感器，所述电器舱内部设置有工作环境传感器，所述工作状态传感器和所述工作环境传感器将监测信息传递给所述主控制器。

6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，所述液压泵的工作状态传感器包括油温、油压传感器，所述电器舱的工作环境传感器包括温度、气压、湿度传感器。

7.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述驱动电机连接有电机驱动器，所述舱体内设置有电源滤波器，所述电源滤波器连接有交流转直流电源模块，所述交流转直流电源模块分别连接所述电机驱动器和所述主控制器，所述舱体外部的电源线通过所述电源滤波器接入舱体内部为电子设备供电；所述电源滤波器通过连接法兰安装在所述舱体上，所述安装法兰和舱体的安装界面处设置有防电磁泄漏装置。

8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述舱体内设置有散热装置分别连接所述电机驱动器和舱体、所述驱动电机和舱体。

9.如权利要求8所述的结构，其特征在于，所述散热装置设置有回路导热管，所述导热管内部流通有导热介质，所述舱体外部对应所述散热装置设置有散热翅片。

10.如权利要求1-9任一项所述的结构，其特征在于，所述防电磁泄漏装置采用可导电的密封O型圈、弹簧垫、螺纹结构，或止口结构。

11.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述主控制器设置有信号传输线，所述舱体设置有传输线通道，所述传输线通道采用截止波导管，所述信号传输线向外延伸时穿过所述传输线通道，所述传输线通道外端口设置有防水法兰，通过所述防水法兰安装在所述舱体上，所述信号传输线采用光纤。

12.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述观察口处设置有截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜，所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜均设置有透明端盖遮盖，透过所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜观察舱体内部电子设备的运行状态。

13.如权利要求12所述的结构，其特征在于，所述拐角形观察镜的镜筒采用截止波导管构成，在拐角处设置有反射棱镜；所述截止波导管、截止波导板或拐角形观察镜均对应电子设备的工作指示灯或仪表盘设置。

14.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述电器舱内设置有宽频射频源，连接所述主控制器，发出标准干扰信号，作为检测电磁泄漏的信号源，所述宽频射频源设置有发射天线。