CN114865951A - 一种标准振动台动圈的自悬浮结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准振动台动圈的自悬浮结构，包括动圈、磁路、导向、悬浮控制器，所述动圈设在所述磁路中，磁路中有有效磁场，通过所述导向约束所述动圈的运动自由度，利用所述悬浮控制器精准控制通过所述动圈的电流，产生电磁力使所述动圈悬浮。本发明通过对标准振动台动圈的悬浮结构进行改进，采用电磁力悬浮和空气轴承导向，解决了传统悬浮方式中动圈受弹性元器件的偏载和刚度影响的问题，同时，本发明结构简单，操作方便，成本低廉。

Description

一种标准振动台动圈的自悬浮结构

技术领域

本发明涉及一种用于计量、校准的标准振动台动圈的自悬浮结构。

背景技术

标准振动台主要应用于各类传感器、测振仪的计量、校准，其性能指标要满足《JJG298-2015标准振动台检定规程》的要求。目前的标准振动台除了极少数进口产品外，都是以板簧、滚轮、柔性臂等机械结构实现动圈的导向及位置对中。这种结构型式会因标准件的个体差异，加工件的尺寸误差和装配误差，使动圈在振动中产生偏向，从而导致低频段横向振动大，整体波形失真度大，无法满足全频段的稳定测试，无法满足传感器的计量、校准要求。

发明内容

本发明的目的是要提供一种标准振动台动圈的自悬浮结构，对动圈的悬挂采用非接触手段实现，使标准振动台指标更好，稳定性更高，高精度地完成各类传感器、测振仪的检定和校准。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种标准振动台动圈的自悬浮结构，包括动圈、磁路、导向、悬浮控制器，所述动圈设在所述磁路中，磁路中有有效磁场，通过所述导向约束所述动圈的运动自由度，利用所述悬浮控制器精准控制通过所述动圈的电流，产生电磁力使所述动圈悬浮。

对于上述技术方案，申请人还有进一步的优化措施。

所述磁路包括磁体、磁芯和呈桶状的磁缸，所述磁体设于所述磁芯或磁缸的合适位置，形成有效磁场及封闭的磁路。

进一步地，所述磁体是磁性元件，所述磁芯和磁缸用导磁材料制成。

所述动圈包括动圈骨架和线圈。所述动圈骨架呈中空圆柱形，所述磁芯伸入动圈骨架中空部分。所述动圈骨架外柱面设有环形槽，用于绕制线圈，所述线圈处于有效磁场内封闭的磁路中。

进一步地，所述动圈骨架由陶瓷材料或其他非导磁材料制成。

可选地，线圈材质采用铜或铝等导电材料。

所述导向包括气浮轴承和轴承座，所述轴承座固定于所述磁缸上，所述动圈骨架穿设在所述轴承座的轴孔处，所述气浮轴承设于动圈骨架和轴承座之间，且气浮轴承和轴承座之间设有环形气腔，轴承座上设有与环形气腔连通的压缩空气进口，所述气浮轴承与所述动圈骨架之间设有间隙，动圈骨架上部伸出轴承套上端之外。

进一步地，所述气浮轴承和轴承座之间设有两道O型密封圈。

所述悬浮控制器包括可调节直流电输出模块和反馈信号计算分析模块，可以根据动圈及其上的实际质量输出合适的电流为动圈提供向上的电磁力，以实现动圈的悬浮。

可选地，所述悬浮控制器采用电位器或电阻模组实现调整电流的功能。

可选地，所述悬浮控制器采用位移传感器或光电传感器探知动圈高度，进行自悬浮功能的闭环控制。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的自悬浮结构，其动圈利用电磁力悬浮，这种悬浮形式使得动圈不与其他任何机械元器件接触，从而避免了传统悬浮装置中的机械弹性元器件的刚度差异和装配误差对动圈产生的偏向和阻尼影响。同时，配合使用气浮轴承作为导向，压缩空气在气浮轴承内壁与动圈骨架之间的间隙处形成均匀的气膜能保持动圈在运动过程中的姿态，并且没有摩擦力，避免了传统的接触式机械导向对动圈的摩擦损耗，从而降低动圈在运动过程中的横向运动比和加速度谐波失真度，同时优化了动圈在低频段的指标，提高了标准振动台的性能。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例中的自悬浮结构的电路原理框图；

图2是根据本发明一个实施例中的自悬浮结构的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、磁路

11、磁芯，12、磁体，13、磁缸；

2、动圈

21、动圈骨架，22、线圈；

3、导向

31、气浮轴承，32、轴承座，33、进气口；

4、悬浮控制器

41、可调直流电输出模块，42、反馈信号计算分析模块，43、位置传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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发明的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供了一种自悬浮结构，如图1所述，包括磁路装置、运动装置、导向装置、悬浮控制器，所述运动装置设在所述磁路装置中，磁路装置产生有效磁场，通过所述导向装置约束其运动自由度，利用所述悬浮控制器精准控制通过悬浮线圈的电流，产生电磁力使所述运动装置悬浮。

具体说来，整体结构如图2的剖面图所示，所述磁路包括磁芯11、磁体12和磁缸13，所述磁芯11与所述磁体12、所述磁缸13形成闭合的磁路，磁路中可提供稳定的磁场。其中，所述磁体12为磁性元件，是磁力线来源，所述磁芯11与所述磁缸13是导磁元件。

所述动圈包括呈圆柱形的动圈骨架21和线圈22，动圈骨架21下方中空，所述磁芯11伸入动圈骨架21的中空部分，动圈骨架21外侧面上设有线圈22。线圈22处于磁路的气隙中，此处充斥着的磁力线；当线圈22中通入直流电时，由于通电导线在磁场中受安培力的作用，由左手定则可判断力的方向为动圈骨架21中心线方向；由此可知动圈会在安培力的作用下沿着自身中心线方向产生位移，利用这种特性，就可以使动圈克服重力悬浮在某个位置，通常是悬浮在运动行程的中位，方便动圈上下振动。根据动圈的质量调整直流电流的大小，就可以使动圈在任何情况下都能稳定在中位。

进一步地，所述动圈骨架21由比刚度高的非导磁材料制成。

所述导向3包括气浮轴承31和轴承座32，所述轴承座32固定于所磁缸13的顶部，所述动圈骨架21穿设在所述轴承座32的轴孔处，所述气浮轴承31设于动圈骨架21和轴承座32之间，且气浮轴承31和轴承座32之间设有至少两道O型密封圈，形成环形气腔，轴承座32上设有与环形气腔连通的压缩空气进口33，所述气浮轴承31上设有多个气流通道，动圈骨架21上部伸出轴承套31上端之外。

压缩空气通过压缩空气进口33进入到环形的气腔中，通过环形气腔均匀的分配到各个气流通道，最后在动圈骨架21与空气轴承套31配合的圆柱面间形成一极薄的气膜层，从而使动圈骨架21与空气轴承套31达到机械上不接触的效果；当动圈上下振动时，由于动圈骨架21与空气轴承套31不接触，无任何干扰振动的力存在。

本实施例的自悬浮结构，所述悬浮控制器4包括可调直流电输出模块41和反馈信号计算分析模块42，可进行动圈2位置的调节控制。

进一步地，通过可调直流电输出模块41无极调节输出的直流电大小，改变线圈22在磁场中的受力大小，克服动圈2自身的重力，从而悬浮在中间位置。通过位置传感器43探知动圈2高度，并将信号反馈到反馈信号计算分析模块42，由反馈信号计算分析模块42对反馈信号进行计算分析比对，并在悬浮控制器4内部进行数据交换，从而通过可调直流电输出模块41改变输出电流将动圈2稳定在中位。

本实施结构采用磁场中的通电线圈作为动圈的悬挂，动圈在悬挂的过程中不与其他任何机械元器件接触，这种非接触式悬挂，代替了传统的机械弹性元器件悬挂结构，消除动圈受到的相连机械元器件的影响。同时，结合空气轴承进行导向，减小了标准振动台的横向运动比和加速度谐波失真度，提升了标准振动台的性能指标。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种标准振动台动圈的自悬浮结构，包括动圈、磁路、导向、悬浮控制器，所述动圈设在所述磁路中，磁路中有有效磁场，通过所述导向约束所述动圈的运动自由度，利用所述悬浮控制器精准控制通过所述动圈的电流，产生电磁力使所述动圈悬浮。

2.根据权利要求1所述的自悬浮结构，其特征在于，所述磁路包括磁体、磁芯和呈桶状的磁缸，所述磁体设于所述磁芯或磁缸的合适位置，形成有效磁场及封闭的磁路。

3.根据权利要求2所述的磁路，其特征在于，所述磁体是磁性元件，所述磁芯和磁缸用导磁材料制成。

4.根据权利要求1所述的自悬浮结构，其特征在于，所述动圈包括动圈骨架和线圈。所述动圈骨架呈中空圆柱形，所述磁芯伸入动圈骨架中空部分。所述动圈骨架外柱面设有环形槽，用于绕制线圈，所述线圈处于有效磁场内封闭的磁路中。

5.根据权利要求4所述的动圈，其特征在于，所述动圈骨架由陶瓷材料或其他非导磁材料制成。所述线圈采用铜或铝等导电材料。

6.根据权利要求1所述的自悬浮结构，其特征在于，所述导向包括气浮轴承和轴承座，所述轴承座固定于所述磁缸上，所述动圈骨架穿设在所述轴承座的轴孔处，所述气浮轴承设于动圈骨架和轴承座之间，且气浮轴承和轴承座之间设有两道O型密封圈，形成环形气腔，轴承座上设有与环形气腔连通的压缩空气进口，所述气浮轴承与所述动圈骨架之间设有间隙，动圈骨架上部伸出轴承套上端之外。

7.根据权利要求1所述的自悬浮结构，其特征在于，所述悬浮控制器包括可调节直流电输出模块和反馈信号计算分析模块，可以根据动圈及其上的实际质量输出合适的电流为动圈提供向上的电磁力，以实现动圈的悬浮。

8.根据权利要求7所述的自悬浮结构，其特征在于，所述悬浮控制器采用电位器或电阻模组实现调整电流的功能。所述悬浮控制器采用位移传感器或光电传感器探知动圈高度，进行自悬浮功能的闭环控制。

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