CN108144829B - 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法 - Google Patents

一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108144829B
CN108144829B CN201711257093.6A CN201711257093A CN108144829B CN 108144829 B CN108144829 B CN 108144829B CN 201711257093 A CN201711257093 A CN 201711257093A CN 108144829 B CN108144829 B CN 108144829B
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct stress
platform
stress electromagnetic
vibration
controllable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711257093.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108144829A (zh
Inventor
张丰
徐明龙
马国亮
田征
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201711257093.6A priority Critical patent/CN108144829B/zh
Publication of CN108144829A publication Critical patent/CN108144829A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108144829B publication Critical patent/CN108144829B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/08—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
    • B06B1/085—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction using multiple elements, e.g. arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法，其特征在于：该正应力电磁式振动平台包括振动平台、底座和连接振动平台与底座的悬臂梁支撑结构，还包括固定在平台与底座之间的正应力电磁作动器；和正应力电磁作动器依次连接的是十字形质量块、作动杆、组合弹簧以及预紧装置；正应力电磁作动器围绕十字形质量块对称布置；振动平台下端安装导向套筒，使作动杆沿导向套筒做竖直方向运动；本发明正应力电磁式振动平台，根据电容式位移传感器监测振动平台位移信号，通过正应力电磁作动器产生与振动位移成正比的电磁正应力，并且与弹簧的弹性力串联补偿，实现弹性力的控制与振动系统的刚度控制，本发明结构紧凑，频带范围宽，安装方便，操作简单。

Description

一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法
技术领域
本发明涉及主被动振动控制技术领域，具体设计一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法。
背景技术
在振动工程环境中，对于结构振动的控制，采用被动抑制方法难以达到预期的控制效果，而主动控制技术对于振动抑制相比被动控制具有明显优势。音圈电机作为一种线性驱动原件，其作动行程大、无滞后、驱动电压低、无传动间隙，在振动主动控制中应用广泛。但是，当被控对象质量较大，需要保持大作动行程时，需要较大电流产生所需输出力，导致该驱动方式即使工作于准静态条件下也将产生较大的功耗，并且线圈发热严重。由于振动控制对象应用需求对功耗存在限制，使得基于音圈电机驱动方式的振动平台往往只能具备较小的整体结构刚度，抗过载能力较差，无法满足较大结构刚度的需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法，该机构结构紧凑、安装方便，输出力密度大，响应速度快。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，包括振动平台1、底座2和连接振动平台与底座的悬臂梁支撑结构3，还包括固定在底座2与振动平台1之间的四个正应力电磁作动器4以及监测振动平台1振动位移的电容式位移传感器5；所述四个正应力电磁作动器4围绕十字形质量块10呈对角两两分布，十字形质量块10中心通过螺纹安装有作动杆11，作动杆11与振动平台1通过弹簧13连接，弹簧13上端连接与振动平台1通过螺纹连接的预紧装置14，作动杆11外套有固定在振动平台1下端的导向套筒12，作动杆11和导向套筒12限制振动平台1只能沿竖直方向运动，弹簧13与作动杆11串联连接；振动平台1四周的悬臂梁支撑结构3限制振动平台1在水平方向的自由度。
所述正应力电磁作动器4包括C形固定铁芯6，励磁绕组线圈7，长方体永磁铁8，正方体运动铁芯9；励磁绕组线圈7缠绕在C形固定铁芯6的上下两端，永磁体8水平安装在C形固定铁芯6的中间，与C形固定铁芯6保持同一平面；运动铁芯9与永磁体8通过橡胶垫块连接并位于C形固定铁芯6的开口处，并与C形固定铁芯6开口处两端构成气隙15，运动铁芯9的外端与C形固定铁芯6开口处上下端面平齐。
所述底座2上通过螺栓固定安装电容式位移传感器5。
所述运动铁芯9采用软磁材料。
所述十字形质量块10、作动杆11、导向套筒12和悬臂梁支撑结构3均采用硬铝合金材料。
所述组合弹簧13采用非导磁弹簧组成。
所述的一种刚度可控的正应力电磁式振动平台的控制方法，给正应力电磁作动器4输入电流信号，通电的励磁绕组线圈7会产生励磁磁场，该励磁磁场方向随电流方向变化；励磁绕组线圈7产生的励磁磁场叠加到永磁铁8产生的直流偏置磁场，通过C形固定铁芯6与运动铁芯9之间的气隙15形成磁路，产生的电磁正应力作用到运动铁芯9上，并沿电磁正应力方向运动产生作动位移；改变励磁绕组线圈7中的电流方向，即改变电磁正应力方向，使运动铁芯9反向运动；运动铁芯9的输出位移通过十字形质量块10传递到作动杆11，与作动杆11通过弹簧13相连接的振动平台1会产生振动位移；由于作动杆11与弹簧13串联连接，通过电容式位移传感器5监测振动平台1的振动位移，并经过处理并反馈给正应力电磁作动器4，使得正应力电磁作动器4产生与振动平台1的位移成正比例的输出力，实现了系统弹性力可控并对弹簧13的刚度补偿，使得振动平台1总体等效刚度可控；由于正应力电磁作动器4产生的作动位移为微米量级，因此振动位移调节分辨率可以达到微弧度级，并且系统刚度可控。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明中，采用正应力电磁驱动方式，相比音圈电机驱动方式，利用磁场叠加，使运动质量块产生轴向运动，进而推动振动平台运动，其响应速度快，输出力大，发热量少，频带范围大。
2)本发明中，由于弹簧与作动杆为串联连接，并采用电容式位移传感器检测振动平台位移信号，通过刚度串联补偿的方式实现结构支撑刚度的可控，理论上可得到结构刚度无限大，可满足对于较大结构刚度的需求。
附图说明
图1为本发明正应力电磁式振动平台结构示意图。
图2为本发明正应力电磁式振动平台结构剖视图。
图3位本发明正应力电磁作动器结构示意图。
图4位本发明正应力电磁式振动平台等效力学模型图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，包括振动平台1，底座2。所述振动平台1通过悬臂梁支撑结构3与底座2相连接。四个正应力电磁作动器4通过螺栓安装在底座2上，并且围绕十字形质量块10对称布置，呈对角两两分布。所述十字形质量块10中心安装有作动杆11，作动杆11与振动平台1通过弹簧13连接，弹簧13上端连接与振动平台1通过螺纹连接的预紧装置14，作动杆11外面套有固定在振动平台1下端的导向套筒12，作动杆11和导向套筒12限制振动平台1只能沿竖直方向运动，弹簧13与作动杆11串联连接。振动平台1四周的悬臂梁支撑结构3限制振动平台1在水平方向的自由度。在底座2上安装有电容式位移传感器5，用于检测振动平台1的轴向振动位移。
如图2和图3所示，所述正应力电磁作动器4的磁路包括C形固定铁芯6、励磁线圈绕组7、永磁铁8、运动铁芯9、气隙15。其中，永磁铁8用于产生直流偏置磁场，与C形固定铁芯6、运动铁芯9、和气隙15组成直流磁场回路，励磁绕组线圈7用于产生交流磁场，与固定铁芯6、永磁铁8、运动铁芯9和气隙15组成交流磁场回路。给励磁绕组线圈7输入电流信号，产生励磁磁场，该励磁磁场叠加到直流偏置磁场上，产生电磁正应力。改变励磁绕组线圈7中电流的方向，该电磁正应力也随之改变方向，与运动铁芯9相连接的十字形质量块10会沿轴向上下运动，该运动传递到作动杆11，从而推动振动平台1沿竖直方向运动。
作为本发明的优选实施方式，所述永磁铁8可采用钕铁硼材料。运动铁芯9采用软磁材料构成。
作为本发明的优选实施方式，所述十字形质量块10、作动杆11、导向套筒12和悬臂梁支撑结构3采用硬铝合金材料。
作为本发明的优选实施方式，螺栓采用非导磁螺栓。
本发明的工作原理为：给正应力电磁作动器4输入电流信号，通电的励磁绕组线圈7会产生励磁磁场，该励磁磁场方向随电流方向变化。励磁绕组线圈7产生的励磁磁场叠加到永磁铁8产生的直流偏置磁场，通过C形固定铁芯6与运动铁芯9之间的气隙15形成磁路，产生的电磁正应力作用到运动铁芯9上，并沿电磁正应力方向运动产生作动位移。改变励磁绕组线圈7中的电流方向，即改变电磁正应力方向，使运动铁芯9反向运动。运动铁芯9的输出位移通过十字形质量块10传递到作动杆11，与作动杆11通过弹簧13相连接的振动平台1会产生振动位移。具体力学模型如图4所示，m1为振动平台1的质量，c1位振动平台1的等效阻尼，k1为悬臂梁支撑结构3的刚度；k2为弹簧13的刚度，m2为十字形质量块10和作动杆11等效质量。由于作动杆11与弹簧13串联连接，通过电容式位移传感器5监测振动平台1的振动位移，并经过处理并反馈给正应力电磁作动器4，使得正应力电磁作动器4产生与振动平台1的位移成正比例的输出力，实现了系统弹性力可控并对弹簧13的刚度补偿，使得振动平台1总体等效刚度可控。由于正应力电磁作动器4产生的作动位移为微米量级，因此本发明的振动位移调节分辨率可以达到微弧度级，并且系统刚度可控。

Claims (5)

1.一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，其特征在于：包括振动平台(1)、底座(2)和连接振动平台(1)与底座(2)的悬臂梁支撑结构(3)，还包括固定在振动平台(1)与底座(2)之间的正应力电磁作动器(4)以及监测振动平台(1)振动位移的电容式位移传感器(5)；所述四个正应力电磁作动器(4)围绕十字形质量块(10)呈对角两两分布，十字形质量块(10)中心通过螺纹安装有作动杆(11)，作动杆(11)与振动平台(1)通过弹簧(13)连接，弹簧(13)上端连接与振动平台(1)通过螺纹连接的预紧装置(14)，作动杆(11)外套有固定在振动平台(1)下端的导向套筒(12)，作动杆(11)和导向套筒(12)限制振动平台(1)只能沿竖直方向运动；振动平台(1)四周的悬臂梁支撑结构(3)限制振动平台(1)在水平方向的自由度；
所述正应力电磁作动器(4)包括C形固定铁芯(6)、励磁绕组线圈(7)、永磁铁(8)和运动铁芯(9)；励磁绕组线圈(7)缠绕在C形固定铁芯(6)的上下两端，永磁体(8)水平安装在C形固定铁芯(6)的中间，与C形固定铁芯(6)保持同一平面；运动铁芯(9)与永磁体(8)通过橡胶垫块连接并位于C形固定铁芯(6)的开口处，并与C形固定铁芯(6)开口处两端构成气隙(15)，运动铁芯(9)的外端与C形固定铁芯(6)开口处上下端面平齐。
2.根据权利要求1所述的一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，其特征在于：所述底座(2)上通过螺栓固定安装电容式位移传感器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，其特征在于：所述永磁铁(8)可采用钕铁硼材料，所述运动铁芯(9)采用软磁材料。
4.根据权利要求1所述的一种刚度可控的正应力电磁式振动平台，其特征在于：所述十字形质量块(10)、作动杆(11)、导向套筒(12)和悬臂梁支撑结构(3)均采用硬铝合金材料。
5.权利要求1至4任一项所述的一种刚度可控的正应力电磁式振动平台的控制方法，其特征在于：给正应力电磁作动器(4)输入电流信号，通电的励磁绕组线圈(7)会产生励磁磁场，该励磁磁场方向随电流方向变化；励磁绕组线圈(7)产生的励磁磁场叠加到永磁铁(8)产生的直流偏置磁场，通过C形固定铁芯(6)与运动铁芯(9)之间的气隙(15)形成磁路，产生的电磁正应力作用到运动铁芯(9)上，并沿电磁正应力方向运动产生作动位移；改变励磁绕组线圈(7)中的电流方向，即改变电磁正应力方向，使运动铁芯(9)反向运动；运动铁芯(9)的输出位移通过十字形质量块(10)传递到作动杆(11)，与作动杆(11)通过弹簧(13)相连接的振动平台(1)会产生振动位移；由于作动杆(11)与弹簧(13)串联连接，通过电容式位移传感器(5)监测振动平台(1)的振动位移，并经过处理并反馈给正应力电磁作动器(4)，使得正应力电磁作动器(4)产生与振动平台(1)的位移成正比例的输出力，实现了系统弹性力可控并对弹簧(13)的刚度补偿，使得振动平台(1)总体等效刚度可控；由于正应力电磁作动器(4)产生的作动位移为微米量级，因此振动位移调节分辨率能够达到微弧度级，并且系统刚度可控。
CN201711257093.6A 2017-12-01 2017-12-01 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法 Active CN108144829B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711257093.6A CN108144829B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711257093.6A CN108144829B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108144829A CN108144829A (zh) 2018-06-12
CN108144829B true CN108144829B (zh) 2019-08-09

Family

ID=62465946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711257093.6A Active CN108144829B (zh) 2017-12-01 2017-12-01 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108144829B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109296684B (zh) * 2018-11-28 2019-08-30 西安交通大学 一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器
CN109967333B (zh) * 2019-04-11 2020-08-25 大连交通大学 一种自由改变声能激发域的磁致伸缩超声换能器
CN110961334B (zh) * 2019-11-29 2021-04-16 黄辉 新型的惯性激振器
CN114183674B (zh) * 2021-12-04 2024-05-14 深圳市广通测绘有限公司 一种小型机载激光雷达扫描测量的移动底座用稳定装置
CN115378219B (zh) * 2022-10-25 2023-01-24 东北林业大学 一种树枝振动发电装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2432724Y (zh) * 2000-07-21 2001-05-30 程利民 可调整双向振幅的电磁铁振动器
JP3837157B2 (ja) * 2001-11-02 2006-10-25 シチズン電子株式会社 電気−機械振動変換器
KR100927144B1 (ko) * 2002-10-19 2009-11-18 삼성전자주식회사 램덤화 특성이 개선된 내부 인터리버를 가지는 디지털방송시스템의 전송장치 및 그의 전송방법
CN200970577Y (zh) * 2006-08-18 2007-11-07 苏州东菱振动试验仪器有限公司 高效电动式激振器
GB2458533B (en) * 2008-03-27 2012-10-03 Roy Collison Voice translation device for use on hand or body for blind deaf persons as a replacement for the human ear
CN101807010B (zh) * 2010-03-19 2011-12-28 清华大学 纳米精度六自由度磁浮微动台及应用
CN102938600A (zh) * 2011-09-21 2013-02-20 武汉领普科技有限公司 交错咬合式磁发电装置
CN102628728A (zh) * 2012-04-12 2012-08-08 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 空间六自由度振动测量及阻尼减振方法
CN103913838B (zh) * 2014-02-21 2015-01-21 西安交通大学 二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108144829A (zh) 2018-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108144829B (zh) 一种刚度可控的正应力电磁式振动平台及控制方法
CN108533669B (zh) 基于电磁负刚度的空间六自由度主被动隔振平台及方法
CN101382178B (zh) 主动减振隔振装置及主动减振隔振系统
WO2015120683A1 (zh) 单自由度磁力隔振装置
JPH0646058B2 (ja) 振動源から支持構造物への振動伝達を減衰させるための装置
CN105485246B (zh) 一种基于压电堆的主被动双层隔振器
CN104179868B (zh) 主被动一体式电磁隔振装置
CN107907992B (zh) 正应力电磁驱动的快速偏转反射镜作动机构及作动方法
CN110513419B (zh) 一种基于磁路设计的可调准零刚度隔振器
CN109972667B (zh) 一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器
CN203055590U (zh) 一种电磁作动器
JP4729915B2 (ja) 制振装置及びその制御方法
JP2008248629A (ja) 建築構造物用の能動型制振装置
CN107966995B (zh) 一种法向电磁应力驱动的角度调节平台及调节方法
Ueno et al. Zero-power magnetic levitation using composite of magnetostrictive/piezoelectric materials
CN114151507B (zh) 一种可调电磁负刚度与垂向电涡流阻尼的准零刚度隔振器
CN206111919U (zh) 一种电磁作动器
CN107060106A (zh) 一种斥力型磁悬浮隔震支座及其制造施工方法
CN106655879A (zh) 一种高精度大载荷复合压电主动作动杆及主动控制方法
CN110190777B (zh) 一种回转运动收集与再利用装置
CN107433258B (zh) 无铁芯直线电机谐振激振器
CN105715737A (zh) 一种磁悬浮组合隔振装置
CN114810890B (zh) 一种具有俘能功能的准零刚度隔振器
CN114215877B (zh) 一种沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器
NL2026908B1 (en) The present invention relates to a seismic shaker, i.e. an apparatus configured to generate vibrations on the soil or the ground.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant