CN112737277A - 一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器及方法，其技术方案为：包括圆柱形的顶板，所述顶板沿其周向开设偶数个设定深度的槽；顶板下方垂直分布有与所述槽个数相同的线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间形成与所述槽相对应的间隙以切断涡流回路。本发明可以减小线圈骨架在高频电流下的涡流效应，且不降低骨架的强度、刚度和散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及舰船轴系横向振动领域，尤其涉及一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器及方法。
背景技术
电磁式惯性作动器具有输出功率高、体积质量小、结构紧凑、安装方式简单等优点，在船舶轴系横向振动主动控制领域具有广阔的应用前景。但高功率的惯性作动器线圈匝数多、电阻大、电感大、热耗大，发热严重，使得永磁体组件可能因为高温产生退磁现象，线圈发热也容易出现胶融化，线圈松脱的现象。长时间应用时必须设计合理的冷却措施，增加了结构的复杂度，影响其使用性能。
线圈的热耗一方面来自线圈电组，一方面来自涡流效应产生的热阻。尤其是给磁悬浮惯性作动器磁悬浮惯性作动器通入高频电流时，随着电流的变化，线圈闭合回路中的磁通量不断变化，在线圈骨架上产生感应电流和感应电动势，进而产生大量的热耗。此现象严重影响磁悬浮惯性作动器磁悬浮惯性作动器的高频工作性能，不利于其应用。
发明人发现，目前可用银线、金线来代替铜线作为线圈绕组，但是其成本过高，难以普遍应用。也可以采用非金属骨架作为线圈骨架，但是其散热性能太差，不能长时间工作。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器及方法，可以减小线圈骨架在高频电流下的涡流效应，且不降低骨架的强度、刚度和散热性能。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，包括圆柱形的顶板，所述顶板沿其周向开设偶数个设定深度的槽；顶板下方垂直分布有与所述槽个数相同的线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间形成与所述槽相对应的间隙以切断涡流回路。
作为进一步的实现方式，所述槽沿顶板厚度方向贯通，槽的长度不超过顶板半径的五分之一。
作为进一步的实现方式，所述线圈骨架单元的横截面呈圆弧形，所述间隙的弧度与槽的弧度相同。
作为进一步的实现方式，所述线圈骨架单元远离顶板的一端连接挡板，所述挡板与顶板平行。
作为进一步的实现方式，所述挡板为弧形板。
作为进一步的实现方式，相邻挡板之间的间隙与线圈骨架单元之间的间隙对应。
作为进一步的实现方式，所述槽和间隙中填充粘结物。
作为进一步的实现方式，所述粘结物的边缘为弧形，以使顶板及线圈骨架单元之间形成封闭结构。
作为进一步的实现方式，所述粘结物为胶状粘结性物质和塑料的组合物。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器的使用方法，沿顶板周向均匀开设多个槽，顶板下方间隔安装多个线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间的间隙与槽宽度相对应；
在所述槽与间隙中填充粘结物，并静置设定时间；
在线圈骨架单元与粘结物型材的柱体外侧缠绕线圈，通入交流电并计算热耗。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式利用分离式线圈骨架、分离式挡板、半开槽式顶板和粘结物代替原线圈骨架，能够切断涡流回路，不仅可以减小涡流效应产生的热耗，还可以减小线圈骨架重的感应电动势和感应电流，进而提高磁悬浮惯性作动器在高频电流下的工作能力。
(2)本发明的一个或多个实施方式通过对开槽、间隙尺寸优化设计，并通过填充粘结物随开槽缝隙进行填充，不降低结构的强度和刚度；能够适用于各类含线圈绕组骨架的磁悬浮作动器。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的剖视图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的骨架主体结构示意图；
其中，1、顶板，2、线圈骨架单元，3、挡板，4、粘结物，5、槽，6、间隙。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
实施例一：
本实施例提供了一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，如图1-图3所示，包括骨架主体和粘结物4，骨架主体包括顶板1、若干线圈骨架单元2和挡板3，线圈骨架单元2间隔设定距离均匀分布并沿周向围成环形结构；线圈骨架单元2一端连接顶板1，另一端连接挡板3。
本实施例的骨架主体采用金属材料，优选地，骨架主体采用铝合金材质。所述骨架主体承担支撑线圈的作用，并要承受线圈受到的洛仑兹力作用，需要有一定的强度和刚度，不能发生变形，一旦发生变形，会影响线圈在磁场中的位置，影响控制精度。
因此，本实施例对骨架主体开槽尺寸、位置、数量都有一定的要求，开槽后还需要进行填充、粘结，避免影响线圈骨架的强度和刚度。
进一步的，所述顶板1为圆柱形，其中心具有通孔，沿其周向开设偶数个设定深度的槽5，开槽的弧度不能影响结构整体的强度和刚度；且所述槽5沿顶板1厚度方向贯通。
槽5的弧度和开槽数量密切相关；在本实施例中，槽5的个数设置为八个，深度为13mm；当然，在其他实施例中，槽5的个数也可以为六个、十个或其他偶数，深度也可以为其他数值，具体根据作动器体积、应用场合等设置。
当槽5的数量为八个时，每个槽5中心对应的中心角为45度，为了不使开槽后影响结构的强度和刚度，仍以金属作为结构主体，因此设计开槽的弧度小于20度。优选地，开槽的弧度为15度。开槽长度(沿顶板1径向)不超过顶板1半径的五分之一。
进一步的，线圈骨架单元2的个数与槽5的个数保持一致，线圈骨架单元2组成分离式线圈骨架。所述线圈骨架单元2的横截面呈弧形，相邻线圈骨架单元2之间具有一定弧度的间隙6。
所述间隙6对应于槽5的下方，且与槽5的弧度、位置一致；间隙6的弧度不能影响结构整体的强度和刚度。线圈骨架单元2之间的间隙6弧度小于20度，优选地，所述间隙6弧度为15度。
线圈骨架单元2的一端与顶板1垂直，另一端与挡板3所在平面垂直。线圈骨架单元2之间所形成的圆环直径小于顶板1的外径。所述挡板3为弧形板，相邻挡板3形成与线圈骨架单元2之间相对应的间隙6；挡板3之间围成具有均匀分布间隙6的环形结构。
进一步的，粘结物4填充于槽5和间隙6中，粘结物4的边缘为弧形，以使顶板1、挡板3之间、线圈骨架单元2之间分别形成封闭的圆环结构。粘结物4为胶状粘结性物质和塑料组合物，经过填充静止后，其可以连接两侧的金属零件，并且具有一定的连接强度。
优选地，粘结物4采用快速固化树脂结构胶和塑料件镶嵌在槽5和间隙6中，以保证整个骨架的强度。
实施例二：
本实施例提供了一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器的使用方法，沿顶板周向均匀开设多个槽，顶板下方间隔安装多个线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间的间隙与槽宽度相对应。
在所述槽与间隙中填充粘结物，并静置设定时间。
在线圈骨架单元与粘结物型材的柱体外侧缠绕线圈，通入交流电并计算热耗。
如表1所示，本实施例通过在不开槽的线圈骨架上缠绕线圈后，通入50Hz的交流电，获得的有限元计算结果，结构上产生了70.9w的热耗；对于本实施例的开槽线圈骨架，通入相同的交流电后，其上产生了37.1w的热耗，热耗降低了33.8w，约47.6％。
表1
本实施例通过开槽5和开设间隙6切断涡流回路，减小线圈骨架中的涡流效应，磁悬浮惯性作动器的热耗可以降低45％左右，具有非常显著的效果。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，包括圆柱形的顶板，所述顶板沿其周向开设偶数个设定深度的槽；顶板下方垂直分布有与所述槽个数相同的线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间形成与所述槽相对应的间隙以切断涡流回路。
2.根据权利要求1所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述槽沿顶板厚度方向贯通，槽的长度不超过顶板半径的五分之一。
3.根据权利要求1所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述线圈骨架单元的横截面呈圆弧形，所述间隙的弧度与槽的弧度相同。
4.根据权利要求1所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述线圈骨架单元远离顶板的一端连接挡板，所述挡板与顶板平行。
5.根据权利要求4所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述挡板为弧形板。
6.根据权利要求4所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，相邻挡板之间的间隙与线圈骨架单元之间的间隙对应。
7.根据权利要求1所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述槽和间隙中填充粘结物。
8.根据权利要求7所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述粘结物的边缘为弧形，以使顶板及线圈骨架单元之间形成封闭结构。
9.根据权利要求7所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器，其特征在于，所述粘结物为胶状粘结性物质和塑料的组合物。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种能够减小涡流效应的磁悬浮惯性作动器的使用方法，其特征在于，沿顶板周向均匀开设多个槽，顶板下方间隔安装多个线圈骨架单元，相邻线圈骨架单元之间的间隙与槽宽度相对应；
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