CN105070179A - 电动直线负载模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动直线负载模拟器，包括定子、动子、位移传感器、拉压力传感器、支撑板和平台底座。通过环路中电流的闭环控制来控制动子在磁场受到的洛伦兹力大小，以此实现负载力的加载功能，其具备较高的动态响应速度。同时利用拉压力传感器实现负载力的闭环控制，可以有效消除多余力，提高载荷谱跟踪精度。本发明适用于多种直线运动承载对象，具备恒定力、阶跃变化力和线性变化力等不同形式的加载功能，此外还具有结构简单、成本低、维护方便等优势。

Description

电动直线负载模拟器

技术领域

本发明属于直线负载模拟技术领域，特别是一种电动直线负载模拟器。

背景技术

直线负载模拟器是一种在半实物的试验条件下用来模拟直线运动承载对象带载时所要求的负载力特性的机构，其在当今工业领域具有广泛的应用价值，例如：航天舵机、喷射阀体以及电磁气门等直线运动对象带载状态下的静态和动态性能测试。负载特性的研究是为了加强系统机构在实际运行中的稳定性与可靠性，而通过负载模拟器的负载力模拟，能够将全实物试验转化为半实物的试验，可以达到缩短研制周期，节约成本，提高可靠性和成功率的目的。

目前公知的直线负载模拟器可分为两种类型来实现负载力的输出。第一类是电液伺服系统，其优势在于高功率和大负载力的加载能力，但是在小负载工况下加载性能却不尽人意，同时存在着污染严重、能量效率低、维护困难以及响应速度慢等缺点，制约了其发展应用。另一类则是电动加载系统，随着电机性能的提升以及电控理论的发展，电动加载系统对于中小负载模拟需求而言是相对理想的选择，但是由于动子运动的被动跟随，仍旧会产生多余力，从而影响了加载精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、成本低、硬件配置数量少、加载精度高、操作性和通用性强，能够满足航天舵机、喷射阀体以及电磁气门等直线运动承载对象的负载特性要求的电动直线负载模拟器。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种电动直线负载模拟器，包括定子、动子、位移传感器、拉压力传感器、支撑板和平台底座；定子通过螺钉紧固于载板和压板之间，定子内部的永磁体组在运动方向采用Halbach阵列布置，动子由线圈骨架以及固定于其槽内的线圈绕组组成，相邻线圈组的绕向相反，动子一端穿过载板伸入定子内，另一端与负载力输出轴同轴固连，位移传感器包括位移传感器主体和位移传感器内芯，位移传感器主体通过螺钉固定于位移传感器压板和载板之间，位移传感器内芯的一端穿过载板伸入位移传感器主体内，另一端通过位移传感器连接板与动子固连，拉压力传感器固定于压板和拉压力传感器支撑板之间，其中，被测对象支撑板被配置用于支撑被测直线运动承载对象，负载力输出轴被配置用于与被测直线运动承载对象的输出轴同轴固连，被测对象支撑板和拉压力传感器支撑板均固定设置于平台底座上。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明充分考虑了不同被测承载对象的差异，配备不同的连接固件，同时被测承载对象与本负载模拟器之间连接简单，拆卸方便，使其具备了广泛的应用空间。

(2)本发明于电动加载系统，避免了液压伺服系统所使用的复杂的结构平台所带来的高成本以及污染问题。

(3)本发明通过环路电流的闭环控制来控制动子在磁场所受洛伦兹力大小，以此实现负载力的输出，相对于其它类型的负载模拟器其具备快速的动态响应特性。

(4)本发明通过利用拉压力传感器实现负载力的闭环控制，能够有效消除多余力，提高载荷谱跟踪精度；且能够实现恒定力、阶跃力和线性变化力等不同形式的加载功能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明电动直线负载模拟器的结构示意图

图2是本发明电动直线负载模拟器定子内部结构示意图。

图3是本发明电动直线负载模拟器的立体结构示意图。

图4是本发明电动直线负载模拟器可以实现的负载力特性曲线示意图；(a)为恒定负载下的位移图，(b)为阶跃变化负载下的位移图，(c)为连续变梯度负载下的位移图。

具体实施方式

结合图1和图2：

本发明一种电动直线负载模拟器，如图1，包括定子8、动子4、位移传感器、拉压力传感器11、支撑板和平台底座13；定子8通过螺钉紧固于载板6和压板10之间，定子8内部的永磁体组14在运动方向采用Halbach阵列布置(海尔贝克阵列)，动子4由线圈骨架以及固定于其槽内的线圈绕组组成，相邻线圈组的绕向相反，动子4一端穿过载板6伸入定子8内，另一端与负载力输出轴2同轴固连，位移传感器包括位移传感器主体7和位移传感器内芯5，位移传感器主体7通过螺钉固定于位移传感器压板9和载板6之间，位移传感器内芯5的一端穿过载板6伸入位移传感器主体7内，另一端通过位移传感器连接板3与动子4固连，拉压力传感器11固定于压板10和拉压力传感器支撑板12之间，其中，被测对象支撑板1被配置用于支撑被测直线运动承载对象，负载力输出轴2被配置用于与被测直线运动承载对象的输出轴同轴固连，被测对象支撑板1和拉压力传感器支撑板12均固定设置于平台底座13上。

如图2，定子8采用圆筒状结构，内部的永磁体组14以及动子4均采用同轴心的圆筒结构，内部的永磁体组14在运动方向采用Halbach阵列布置，用于加强内部气隙的磁通密度。动子4由线圈骨架以及固定于其槽内的线圈绕组组成，相邻线圈组的绕向相反，动子4可以在气隙内作往复直线运动。

负载力输出轴2两侧分别与动子4和被测承载对象动子刚性连接，用于保持二者同轴度并完成负载力、速度、位移等量的传递。位移传感器连接板3用于将动子的速度、位移信号传递至位移传感器内芯。。

位移传感器为LCIT系列传感器。

拉压力传感器11为LSR型拉压力传感器。

实施例：

以某直线执行器为例：

结合图2和图3：

一种电动直线负载模拟器，定子8通过螺钉紧固于载板6和压板10之间，定子8内部的永磁体组14在运动方向采用Halbach阵列布置，动子4由线圈骨架以及固定于其槽内的线圈绕组组成，相邻线圈组的绕向相反，动子4一端穿过载板6伸入定子8内，另一端与负载力输出轴2同轴固连，位移传感器包括位移传感器主体7和位移传感器内芯5，位移传感器主体7通过螺钉固定于位移传感器压板9和载板6之间，位移传感器内芯5的一端穿过载板6伸入位移传感器主体7内，另一端通过位移传感器连接板3与动子4固连，拉压力传感器11固定于压板10和拉压力传感器支撑板12之间，其中，被测对象支撑板1被配置用于支撑直线执行器15，直线执行器15由螺钉固定于被测对象支撑板1以及被测对象压板16之间，负载力输出轴2被配置用于与直线执行器15的输出轴同轴固连，用来保持直线执行器15和动子4同轴度一致，并传递负载力、速度和位移信号；被测对象支撑板1和拉压力传感器支撑板12均固定设置于平台底座13上，其中，位移传感器连接板3由负载力输出轴2压紧固定于动子4上，另一端通过螺栓与位移传感器内芯5固连。

结合图4，给予直线执行器15一定的激励信号，其动子实现相应的直线往复运动。通过负载力输出轴2的传递作用带动负载模拟器的动子4以同样的规律运动。根据加载的力载荷谱信号以及位移传感器反馈的动子位置信号来控制环路中的瞬时电流，通电的线圈绕组在磁场中会受到一定的洛伦兹力，其大小变化取决于环路中瞬时电流的变化，进而可以得到不同应用需求的输出力位移特性。图4(a)中所示的负载力-位移特性曲线的特点在于：能够实现恒定负载力的加载特性，负载力基本不随位移的变化而变化，可用于测试被测对象在恒定负载下的性能。图4(b)中所示的负载力-位移特性曲线的特点在于：能够实现阶跃变化负载力的加载特性，动态过渡时间短，稳态误差小，无明显超调。图4(c)所示的负载力-位移特性曲线的特点在于：能够实现连续变梯度负载力的加载特性，载荷谱跟踪精度高，无明显多余力。可以看出，本发明专利能够满足不同的力加载特性需求，具备快速的动态响应特性以及精确的力输出特性。

Claims (5)

1.一种电动直线负载模拟器，其特征在于：包括定子(8)、动子(4)、位移传感器、拉压力传感器(11)、支撑板和平台底座(13)；定子(8)通过螺钉紧固于载板(6)和压板(10)之间，定子(8)内部的永磁体组(14)在运动方向采用Halbach阵列布置，动子(4)由线圈骨架以及固定于其槽内的线圈绕组组成，相邻线圈组的绕向相反，动子(4)一端穿过载板(6)伸入定子(8)内，另一端与负载力输出轴(2)同轴固连，位移传感器包括位移传感器主体(7)和位移传感器内芯(5)，位移传感器主体(7)通过螺钉固定于位移传感器压板(9)和载板(6)之间，位移传感器内芯(5)的一端穿过载板(6)伸入位移传感器主体(7)内，另一端通过位移传感器连接板(3)与动子(4)固连，拉压力传感器(11)固定于压板(10)和拉压力传感器支撑板(12)之间，其中，被测对象支撑板(1)被配置用于支撑被测直线运动承载对象，负载力输出轴(2)被配置用于与被测直线运动承载对象的输出轴同轴固连，被测对象支撑板(1)和拉压力传感器支撑板(12)均固定设置于平台底座(13)上。

2.根据权利要求1所述的电动直线负载模拟器，其特征在于：所述定子(8)采用圆筒状结构，内部的永磁体组(14)以及动子(4)均采用同轴心的圆筒结构。

3.根据权利要求1或2所述的电动直线负载模拟器，其特征在于：所述位移传感器为LCIT系列传感器。

4.根据权利要求1或2所述的电动直线负载模拟器，其特征在于：所述拉压力传感器(11)为LSR型拉压力传感器。

5.根据权利要求3所述的电动直线负载模拟器，其特征在于：所述拉压力传感器(11)为LSR型拉压力传感器。