CN108507771A - 用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，被动式电磁阻尼器装在标准扭矩梁另一边梁臂上，被动式电磁阻尼器由定圈和动圈两部分组成，定圈与装置基座固定连接，动圈与标准扭矩梁梁臂连接，定圈中线圈在动圈的磁路中产生相对运动，线圈电信号送入测量电路进行放大，放大后的电信号与位移传感器的输出信号共同作用于电磁力矩器控制电磁力矩器使标准扭矩梁快速恢复平衡。不同于主动式电磁阻尼器，不需要电源供电，不需要位移传感器等外部控制系统，具有结构简单、成本低、安全可靠、稳定性高的优点，与测量电路相结合可对装置起到快速抑振增稳的效果，因而适于微小扭矩校准装置对高稳定性、快速读数的测量要求。

Description

用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器
技术领域
本发明涉及一种阻尼器，特别涉及一种用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器。
背景技术
微小扭矩校准装置具有实时校准和自动测量功能，实时校准是通过加载标准砝码对装置的执行部件电磁力矩器产生的电磁力进行校准，建立标准扭矩和电磁力的唯一对应关系，在此基础上，利用电磁力对被测对象产生的微小扭矩进行自动测量。校准时砝码加卸载、对被测件进行微小扭矩测量时被测件上、断电瞬间电流突变等引起的冲击都会使装置机构产生振荡，进而影响装置的稳定性和系统的测量精度。为使得装置校准、测量时能减小机构的震荡、使装置快速恢复稳定状态，便于装置快速读数，需要研究一种阻尼器使其具有良好的抑振增稳效果。
电磁阻尼器具有无摩擦、无接触、响应快、便于控制等优点，被广泛应用于旋转机械转子的振动控制中。电磁阻尼器根据控制方式的不同，可以分为主动式与被动式，主动式电磁阻尼器通过微电脑对电磁阻尼器的反馈控制达到全工况的控制，其结构复杂且成本高。被动式电磁阻尼器无需外界的控制，结构简单、成本低、耗能少，由于不需要位移传感器等外部控制系统，被动式电磁阻尼器具有安全可靠、稳定性高的优点。因此本发明提出一种基于电磁感应原理的被动式电磁阻尼器，应用于微小扭矩校准装置中，实现装置的快速稳定、快速测量。
经对现有技术的文献检索发现，目前有关被动式电磁阻尼器的研究，国内以浙江大学的研究成果最具代表性，如浙江大学硕士论文《被动式电磁阻尼器的理论与实验研究》、郑水英等人发表的论文《被动式电磁阻尼器特性研究》、《改进式被动电磁阻尼器及其应用》等，研究的被动式电磁阻尼器均用于旋转机械转子系统振动控制的抑制。本发明提出的被动式电磁阻尼器，不需要电源激励、结构形式采用音圈电机的形式，用于微小扭矩校准装置机械结构振荡的抑制，其工作原理、结构形式、适用对象均不同于上述提到的应用于转子振动抑制的被动式电磁阻尼器。
发明内容
本发明是针对微小扭矩校准装置高稳定性、快速读数测试要求的问题，提出了一种用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，能减小装置校准、测量时机构的振荡、使装置快速进入稳定、收敛状态，便于装置快速读数，应用于微小扭矩校准装置。
本发明的技术方案为：一种用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，微小扭矩校准装置包括标准扭矩梁、高精度位移传感器、砝码盘、测量电路及电磁力矩器；标准扭矩梁固定在平衡支杆上，平衡支杆底部固定在装置基座上；电磁力矩器底部与装置基座固定连接，电磁力矩器力矩输出端装在标准扭矩梁的一边梁臂上；标准扭矩梁两端接砝码盘或被测扭矩，高精度位移传感器正对着标准扭矩梁测试标准扭矩梁偏转引起的位置变化，高精度位移传感器将位移量转为电信号送入测量电路经过放大后，输出电流信号到执行部件电磁力矩器驱动电磁力矩器工作；被动式电磁阻尼器装在标准扭矩梁另一边梁臂上，被动式电磁阻尼器由定圈和动圈两部分组成，定圈与装置基座固定连接，动圈与标准扭矩梁梁臂连接，定圈中线圈在动圈的磁路中产生相对运动，线圈电信号送入测量电路进行放大，放大后的电信号与位移传感器的输出信号共同作用于电磁力矩器控制电磁力矩器使标准扭矩梁快速恢复平衡。
所述被动式电磁阻尼器的定圈由线圈骨架和线圈构成，线圈骨架与装置基座固定连接，线圈绕制在线圈骨架上，线圈的两端通过电缆线与测量电路连接；动圈由磁钢、磁路内套、定位套和磁路外套构成，动圈的箱体式磁路外套与标准扭矩梁固定，定位套装入磁路外套内，磁钢嵌入定位套，磁路内套压在定位套之上，将磁钢固定封入；被动式电磁阻尼器安装初始位置定圈的线圈套入动圈的磁路外套与磁路内套之间气隙中，并且线圈的中轴线与气隙的中轴线重合，线圈与动圈的磁路外套的内壁、磁路内套的外壁无擦碰。
本发明的有益效果在于：本发明用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，不同于主动式电磁阻尼器，不需要电源供电，不需要位移传感器等外部控制系统，具有结构简单、成本低、安全可靠、稳定性高的优点，与测量电路相结合可对装置起到快速抑振增稳的效果，因而适于微小扭矩校准装置对高稳定性、快速读数的测量要求。
附图说明
图1为本发明微小扭矩校准装置原理示意图；
图2为本发明用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明微小扭矩校准装置原理示意图，标准扭矩梁1固定在平衡支杆9上，平衡支杆9底部固定在装置基座上，没有砝码时，标准扭矩梁1保持水平，电磁力矩器8底部与装置基座固定连接，电磁力矩器8力矩输出端装在标准扭矩梁1的一边梁臂上。如果标准扭矩梁1两端的砝码盘5、7上放上重量不等的砝码，标准扭矩梁1将偏转，高精度位移传感器4正对着标准扭矩梁1，标准扭矩梁偏转引起的位置变化经高精度位移传感器4检测并转换为电信号，该电信号送入测量电路6经过放大后以电流I的形式送给执行部件电磁力矩器8驱动电磁力矩器工作，电磁力矩器8产生电磁力拉平标准扭矩梁1，使电磁力矩器产生的力矩完全和输入的被测扭矩平衡，就可以建立标准砝码产生的扭矩与电磁力矩器产生的力矩的关系。
被测件有外加扭矩时，高精度位移传感器4输出与标准扭矩梁1位置变化成比例关系的电信号，该信号经过测量电路6驱动电磁力矩器拉平标准扭矩梁1。标准扭矩梁稳定时，测量电路6实时采集电磁力矩器8的输出电信号，根据采集到的电信号计算出被测件实时的微小扭矩值。
被动式电磁阻尼器(2，3)的作用是与测量电路6、电磁力矩器8共同作用加速装置的快速稳定，被动式电磁阻尼器装在标准扭矩梁1另一边梁臂上，即被动式电磁阻尼器和电磁力矩器8分别安装在标准扭矩梁1的两边梁臂上。被动式电磁阻尼器的动圈2(磁路部分)与标准扭矩梁1刚性连接，随着标准扭矩梁的偏转而运动；被动式电磁阻尼器的定圈3(线圈部分)与装置基座刚性连接。被动式电磁阻尼器线圈(定圈3)的两端通过电缆线连接到测量电路6上。砝码加卸载、被测件电流突变等引起的冲击使装置机构产生振荡时，被动式电磁阻尼器的动圈2和定圈3产生相对运动，根据电磁感应定理，被动式电磁阻尼器的线圈会产生感应电流，该电流激发的感应磁场阻碍线圈与磁路的相对运动，即对被动式电磁阻尼器的动圈2施加一个阻尼力，进而对与动圈2固联的标准扭矩梁1施加一个阻尼力。同时，线圈32的两端通过电缆线与测量电路连接，被动式电磁阻尼器运动过程中产生的电信号经过测量电路进行放大，放大后的电信号与位移传感器的输出信号共同作用于电磁力矩器控制电磁力矩器使其快速平衡稳定，从而加速了机构的快速挺摆。标准扭矩梁1运动过程中，被动式电磁阻尼器的输出电信号参与系统的控制；当系统达到稳定平衡时，被动式电磁阻尼器由于没有相对运动，没有电信号输出，对系统的测量结果不产生影响。
被动式电磁阻尼器由于动圈与定圈相对运动产生的感应电动势表示为
E＝BLv (1)
式中：E为感应电动势；B为磁路磁感应强度；L为线圈长度；v为动圈与定圈的相对速度。
该信号经测量电路放大后的电信号
Ek＝kE (2)
式中：k为放大系数。
假设位移传感器的输出电信号为Es。被动式电磁阻尼器的动圈与定圈相对运动时，被动式电磁阻尼器经放大后的电信号Ek与位移传感器的输出电信号为ES共同作用于电磁力矩器，驱动电磁力矩器使其快速平衡稳定。
由式(1)和式(2)可知，当动圈与定圈有相对速度时，在线圈中会产生感应电动势E，该信号经测量电路放大后与位移传感器输出电信号共同作用于电磁力矩器使其快速稳定，起到阻尼的作用。微小扭矩校准装置是在标准扭矩梁稳定时对电磁力矩器输出的电信号进行采集，当标准扭矩梁稳定时，动圈与定圈的相对速度为零，不产生感应电动势，其输出信号对被测件的扭矩测量结果没有影响。
如图2所示用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器结构示意图，被动式电磁阻尼器由定圈3(线圈部分)和动圈2(磁路部分)两部分组成；定圈3由线圈骨架31和线圈32构成，线圈骨架31与装置基座固定连接，线圈32绕在线圈骨架31上，线圈32的两端通过电缆线与测量电路连接；动圈2由磁钢21、磁路内套22、定位套23和磁路外套24构成，动圈2的箱体式磁路外套24通过标准扭矩梁1的圆孔过盈配合压入标准扭矩梁1，定位套23装入磁路外套24内，磁钢21嵌入定位套23，磁路内套22压在定位套23之上，将磁钢21固定封入；定圈3的线圈骨架31与基座刚性连接，线圈32绕制在线圈骨架31上，被动式电磁阻尼器安装初始位置需使定圈3的线圈32套入动圈2的磁路外套24与磁路内套22之间气隙中，并且线圈32的中轴线与气隙的中轴线重合，图2中h1为线圈32长度，气隙高度为h2，线圈32与动圈的磁路外套24的内壁、磁路内套22的外壁无擦碰。

Claims (2)

1.一种用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，微小扭矩校准装置包括标准扭矩梁、高精度位移传感器、砝码盘、测量电路及电磁力矩器；标准扭矩梁固定在平衡支杆上，平衡支杆底部固定在装置基座上；电磁力矩器底部与装置基座固定连接，电磁力矩器力矩输出端装在标准扭矩梁的一边梁臂上；标准扭矩梁两端接砝码盘或被测扭矩，高精度位移传感器正对着标准扭矩梁测试标准扭矩梁偏转引起的位置变化，高精度位移传感器将位移量转为电信号送入测量电路经过放大后，输出电流信号到执行部件电磁力矩器驱动电磁力矩器工作；其特征在于，被动式电磁阻尼器装在标准扭矩梁另一边梁臂上，被动式电磁阻尼器由定圈和动圈两部分组成，定圈与装置基座固定连接，动圈与标准扭矩梁梁臂连接，定圈中线圈在动圈的磁路中产生相对运动，线圈电信号送入测量电路进行放大，放大后的电信号与位移传感器的输出信号共同作用于电磁力矩器控制电磁力矩器使标准扭矩梁快速恢复平衡。
2.根据权利要求1所述用于微小扭矩校准装置的被动式电磁阻尼器，其特征在于，所述被动式电磁阻尼器的定圈由线圈骨架和线圈构成，线圈骨架与装置基座固定连接，线圈绕制在线圈骨架上，线圈的两端通过电缆线与测量电路连接；动圈由磁钢、磁路内套、定位套和磁路外套构成，动圈的箱体式磁路外套与标准扭矩梁固定，定位套装入磁路外套内，磁钢嵌入定位套，磁路内套压在定位套之上，将磁钢固定封入；被动式电磁阻尼器安装初始位置定圈的线圈套入动圈的磁路外套与磁路内套之间气隙中，并且线圈的中轴线与气隙的中轴线重合，线圈与动圈的磁路外套的内壁、磁路内套的外壁无擦碰。
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