CN105782306B - 永磁电磁复合的半主动隔振作动器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供永磁电磁复合的半主动隔振作动器，永磁体设置在第一壳体和第二壳体之间，第一壳体、永磁体以及第二壳体共同组成了中空的壳体结构，主轴安装在衔铁里，衔铁安装在壳体结构里，衔铁的第一端部伸出至第二壳体外，法兰与第二壳体的端部相固定，第一壳体的端部固定第一轴承端盖，法兰的端部固定第二轴承端盖，第一轴承端盖和第二轴承端盖分别设置在主轴的两个端部外部，主轴的两个端部外侧分别安装有螺母，两个螺母与第一轴承端盖、第二轴承端盖之间分别安装弹簧。本发明兼有传统半主动隔振系统中被动隔振器和可控刚度执行器的功能，同时解决了传统半主动隔振系统中被动隔振器失稳的问题。

Description

永磁电磁复合的半主动隔振作动器

技术领域

本发明涉及的是一种振动控制装置，具体地说是隔振器。

背景技术

机械振动在人们的日常生活中几乎无处不在，其危害也是众所周知的。振动隔离(简称隔振)技术是振动控制领域中应用最广的技术之一，是指采用附加子系统将振动源与需减振的对象隔开，以减小振动源对隔振对象的影响。半主动隔振是一种隔振系统的参数控制技术，它根据系统输入的变化和对系统输出的要求，实时调节隔振系统中某些环节的刚度或阻尼，从而使系统能获得优良的动力学特性。半主动隔振系统与被动式隔振系统相比，具有能适应外扰频率变化，有效隔离低频振动的优点；与主动隔振系统相比，又不会带来大量的能量或重量需求，而且控制系统相对简单，成本较低，运行可靠。因此，近些年来，半主动隔振作为被动隔振和主动隔振的折中方法而被广泛研究。

申请号为88107926.X的专利申请文件中，提出了一种一种电磁式弹簧刚度连续可调消振方法和消振器，它利用齿形结构的电磁弹簧代替传统动力消振器中的机械弹簧，根据振动物体的振动频率，调节电磁弹簧中的励磁电流，即可改变电磁弹簧的弹簧刚度，达到消振的目的。

申请号为201110347104.6的专利申请文件中，提出了一种封闭结构线圈外置式半主动吸振器，用底座支撑的方式取代轴支撑的方式，降低了重心，提高了安装稳定性，特别是横向稳定性。

申请号为200910071808.8的专利申请文件中，提出了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。采用非永磁材料作为导磁材料，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，特别是设计齿距不等，更容易实现位移和电磁力呈近似线性关系，以达到更好的隔振效果。

上述可变刚度半主动隔振作动器虽然都具有一定优点，但也存在明显的不足：

由隔振原理可知，隔振器只有在外扰频率大于系统固有频率的倍时，才有良好的隔振效果。而上述可变刚度半主动隔振作动器在应用时需要与被动式隔振器配合使用。考虑到静变形不能过大以及失稳的问题，系统中被动式隔振器刚度不能太小。电磁作动器只能增加，而不能减少系统刚度，随电流变化只是可以改变刚度增加的大小程度而已，所以系统的固有频率也就不可能太小，这导致对于低频振动的隔离仅限于增加系统刚度，使共振峰向高频段移动，从而避开共振峰，但其力的传递率仍然较大，影响了隔振效果。而且系统中既有被动式隔振器，又有可控刚度执行器，导致部件较多，结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供具有更大的刚度调整范围，有效降低系统复杂度的永磁电磁复合的半主动隔振作动器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：包括第一壳体、第二壳体、法兰、主轴、永磁体、衔铁，所述第一壳体、第二壳体、法兰、衔铁以及永磁体均为环状结构，永磁体设置在第一壳体和第二壳体之间，第一壳体、永磁体以及第二壳体共同组成了中空的壳体结构，主轴安装在衔铁里，且主轴的两个端部分别穿出衔铁位于其外部，衔铁安装在壳体结构里，衔铁的第一端部伸出至第二壳体外，法兰与第二壳体的端部相固定且法兰的内侧与衔铁第一端部的外侧相配合，第一壳体的端部固定第一轴承端盖，法兰的端部固定第二轴承端盖，第一轴承端盖和第二轴承端盖分别设置在主轴的两个端部外部，主轴的两个端部外侧分别安装有螺母，两个螺母与第一轴承端盖、第二轴承端盖之间分别安装弹簧。

本发明还可以包括：

1、永磁体与主轴之间安装线圈架，线圈架上安装线圈绕组。

2、第一壳体内侧、法兰内侧以及衔铁外侧上设置齿，主轴未产生位移时，第一壳体内侧的齿与其对应的衔铁上的齿的位置相对设置，法兰内侧的齿与其对应的衔铁上的齿的位置相对设置。

3、第一壳体、法兰、衔铁上的齿为变齿距齿宽的齿。

4、第一壳体内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙，法兰内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙。

本发明的优势在于：本发明兼有传统半主动隔振系统中被动隔振器和可控刚度执行器的功能，有效降低了系统的复杂度；同时没有传统半主动隔振系统中被动隔振器失稳的问题，在低频振动时，可以在允许的振幅范围内，较大限度的降低系统刚度，从而大大降低力的传递率，使得低频隔振效果更佳；可以通过线圈绕组的反向通电，抵消一部分永磁体产生的磁场，也可以通过线圈绕组的正向通电，使电磁场与永磁场叠加，从而可以获得更大的刚度调整范围，实现宽频带内的良好隔振。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为图1的A-A视图.

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1-2，本发明主要包括第一壳体1、线圈架2、第二壳体3、法兰4、轴承端盖5、直线轴承6、主轴7、线圈绕组8、永磁体9、弹性圆柱销10、衔铁11、弹簧12、螺母13。

第一壳体1、法兰4以及衔铁11上开有变齿距齿宽的小齿，这样可以获得更好的位移-电磁力的线性特性。第一壳体、法兰上的齿与衔铁上的齿间留有一定大小的工作气隙。

第一壳体1、第二壳体3、法兰4(即定子)和衔铁11(即动子)均采用导磁性能良好的电工纯铁；永磁体9采用高性能的烧结型钕铁硼永磁体N48；其它部件均为非导磁材料。

通过调节安装于主轴7两端的螺母13，可以调整弹簧12的预紧力，保证在与实际安装状态一致的静平衡状态下，动子和定子上对应齿的中线对齐。

轴承端盖5具有限位功能，确保动子在合适的位移范围内运动。

永磁体9的尺寸根据需要隔振的对象的质量，以及所要求的安装后的静位移确定。

本发明在实际应用中，当不生振动时，线圈不通电，在隔振对象重力的作用下，主轴7产生一静位移，使得动子上的齿和定子上的齿错开一定的距离，由于永磁体磁场的作用，定子对动子产生一反向磁拉力，该磁拉力与隔振对象的重力平衡，相当于传统半主动隔振系统中的被动隔振器。因此，本发明在使用时可以省去传统半主动隔振系统中的被动隔振器，大大降低了系统复杂度。

当发生振动时，若外扰频率较大，则线圈绕组仍然不需要通电，因为此时本发明就相当于一个被动隔振器，能够有效隔离高频振动；若外扰频率较小时，在允许的振幅范围内，可以通过对线圈绕组通电，使得线圈绕组产生的磁场方向与永磁体产生的磁场方向相反，抵消一部分永磁体产生的磁力，从而降低了系统刚度，在较低的外扰频率下，仍然可以大大降低力的传递率(本发明采用的永磁电磁复合式的电磁弹簧结构保证了不会出现传统机械弹簧在刚度较小时的失稳问题)。

当外扰频率在大范围内变化时，可以通过改变线圈绕组电流的方向和大小，改变系统刚度。由于本发明中可以通过对线圈绕组反向通电，将永磁体产生的磁场抵消到一个更小的值(传统的半主动隔振电磁作动器无论如何改变电流方向，都只能增加系统刚度，而不能减小系统刚度)，通过对线圈绕组通以正向电流，产生的磁场与永磁体产生的磁场叠加，从而获得更大的刚度。也即本发明具有更宽的刚度调整范围，从而在宽频带内实现更好的隔振效果。

本发明第一壳体和永磁体、永磁体与第二壳体分别粘结在一起，主轴和衔铁通过弹性圆柱销固结在一起，主轴和轴承端盖之间装有直线轴承，法兰和第二壳体、轴承端盖和法兰之间通过螺栓连接，壳体和法兰之间的空间中安装有线圈架，线圈架上绕有线圈绕组。

永磁体的个数和安装位置视具体情况而定，可以安装于壳体部分，也可以安装于衔铁部分，也可以同时安装于这两个部分。

当外扰频率较低时，对线圈通以反向电流，产生的电磁场抵消一部分永磁场，使得系统刚度降低，不仅可以避开共振峰，还可以有效降低低频扰动时力的传递率。

当外扰频率在大范围内变化时，通过改变线圈电流的方向和大小，实现电磁场和永磁场的抵消或叠加，获得更宽的刚度调整范围，从而在宽频带内良好隔振。

本发明的目的是这样实现的：包括第一壳体、第二壳体、线圈架、法兰、轴承端盖、直线轴承、主轴、线圈绕组、永磁体、弹性圆柱销、衔铁、弹簧和螺母等部件。第一壳体和永磁体、永磁体与第二壳体分别粘结在一起，主轴和衔铁通过弹性圆柱销固结在一起，主轴和轴承端盖之间装有直线轴承，法兰和第二壳体、轴承端盖和法兰之间通过螺栓连接，壳体和法兰之间的空间中安装有线圈架，线圈架上绕有线圈绕组。

第一壳体、法兰以及衔铁上开有变齿距齿宽的小齿，第一壳体、法兰上的齿与衔铁上的齿间留有一定大小的工作气隙。在轴和轴承端盖间安装有弹簧，并由螺母固定。线圈架和壳体以及法兰间有弹性垫圈。轴承端盖具有限位功能。确保衔铁的位移在合适的范围内。

Claims (5)

1.永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：包括第一壳体、第二壳体、法兰、主轴、永磁体、衔铁，所述第一壳体、第二壳体、法兰、衔铁以及永磁体均为环状结构，永磁体设置在第一壳体和第二壳体之间，第一壳体、永磁体以及第二壳体共同组成了中空的壳体结构，主轴安装在衔铁里，且主轴的两个端部分别穿出衔铁位于其外部，衔铁安装在壳体结构里，衔铁的第一端部伸出至第二壳体外，法兰与第二壳体的端部相固定且法兰的内侧与衔铁第一端部的外侧相配合，第一壳体的端部固定第一轴承端盖，法兰的端部固定第二轴承端盖，第一轴承端盖和第二轴承端盖分别设置在主轴的两个端部外部，主轴的两个端部外侧分别安装有螺母，两个螺母与第一轴承端盖、第二轴承端盖之间分别安装弹簧；

永磁体与主轴之间安装线圈架，线圈架上安装线圈绕组；

通过线圈绕组的反向通电，抵消一部分永磁体产生的磁场，或通过线圈绕组的正向通电，使电磁场与永磁场叠加。

2.根据权利要求1所述的永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：第一壳体内侧、法兰内侧以及衔铁外侧上设置齿，主轴未产生位移时，第一壳体内侧的齿与其对应的衔铁上的齿的位置相对设置，法兰内侧的齿与其对应的衔铁上的齿的位置相对设置。

3.根据权利要求2所述的永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：第一壳体、法兰、衔铁上的齿为变齿距齿宽的齿。

4.根据权利要求2所述的永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：第一壳体内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙，法兰内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙。

5.根据权利要求3所述的永磁电磁复合的半主动隔振作动器，其特征是：第一壳体内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙，法兰内侧的齿与其对应的衔铁上的齿之间留有工作气隙。