CN2621239Y - 超磁致伸缩材料减振作动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超磁致伸缩材料减振作动器,包括壳体、引线插头、输出杆,其上、下端盖及上、下定位板通过螺纹同壳体连接,输出杆上有凸缘,且输出杆穿过上定位板、上端盖的中心并伸出壳体外,凸缘位于上端盖和上定位板之间,上端盖的下方有供碟簧放置的凹槽,凹槽的内径大于碟簧外径,支架穿过下定位板的中心并支撑超磁致伸缩棒,超磁致伸缩棒的外周是绕有激励线圈的线圈骨架,永磁体位于线圈骨架与壳体内壁之间,其也放置在上、下定位板之间;上、下端盖上有调节孔,用来调节上、下端盖与壳体的相对位置。本实用新型是一种结构简单、频响快、应变大、使用频带宽、驱动电压低的减振作动器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种减振作动器,特别是指一种通过控制输入电流来控制微振幅振动的超磁致伸缩材料减振作动器。
背景技术
在现代飞机、水下潜艇、武器平台和空间站等装有各种精密仪器的复杂系统,发动机的振动和空气动力严重影响仪器的精度和可靠性。常规采用增加刚度和添加阻尼材料减振降噪,这不仅增加了重量,降低性能,减振降噪效果也十分有限。借助自动控制技术和智能材料对结构的振动进行主动控制是90年代以来兴起的一个崭新的学术方向。目前经常用到的智能材料有:形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料、电磁流变变流体等。对于高精度微幅隔振和自适应结构来说,形状记忆材料响应速度慢,压电材料驱动动作小,而且工作电压高、安全性较差,变流体稳定性不够且机械响应较差。
现有技术中公开了一种超磁致伸缩材料驱动器,申请号00264746.X,申请日2000年12月14日。该驱动器的轴承座与驱动器壳通过过盈配合为一体,由螺堵、轭铁、轭铁帽、超磁致伸缩棒、导磁块、输出杆、碟形弹簧构成超磁致伸缩棒预压力调节机构,通过调节螺堵调节预压力。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种超磁致伸缩材料减振作动器,该装置采用性能优异的超磁致伸缩材料作为伸缩棒的材质,设计使用了具有变刚度特性的软碟簧,优化设计的永磁体和线圈为伸缩棒提供了均匀的磁场。本实用新型是一种结构简单、频响快、应变大、使用频带宽、驱动电压低的减振作动器。
本实用新型的一种超磁致伸缩材料减振作动器,包括壳体、引线插头、输出杆,在壳体内,上部有上端盖、上定位板,中部有超磁致伸缩棒、线圈及骨架、永磁体,下部有下定位板、支架、下端盖,上、下端盖及上、下定位板通过螺纹同壳体连接。输出杆上设有凸缘,且穿过上定位板、上端盖的中心伸出壳体外,凸缘位于上端盖和上定位板之间,上端盖的下方有供碟簧放置的凹槽,凹槽的内径大于碟簧外径。支架穿过下定位板的中心并支撑超磁致伸缩棒,超磁致伸缩棒的外周是绕有激励线圈的线圈骨架,永磁体位于线圈骨架与壳体内壁之间,线圈骨架,永磁体也位于上、下定位板之间,上、下端盖上有调节孔。
所述的减振作动器,其上端盖的调节孔用来实现上端盖同壳体连接并提供一预压力给超磁致伸缩棒;下端盖的调节孔用来实现下端盖同壳体连接。其上端盖同上定位板之间有0.8~1.5mm的间隙,下定位板同支架之间有0.8~1.5mm的间隙。
所述的减振作动器,其伸缩棒采用超磁致伸缩材料制成,其超磁致伸缩材料是Tb0.27~0.3Dy0.7~0.73Fe1.9~2.0,其性能曲线线性段的磁致伸缩系数达1000ppm以上。超磁致伸缩棒比激励线圈短5~30mm。
所述的减振作动器,其永磁体由多块弧形磁钢按磁场分布设计组合而成,通过控制各小块的磁化强度和尺寸,达到沿轴向磁场分布均匀性在±3%以内。
所述的减振作动器,其5~120Hz范围内的微幅振动均可减振90%以上。
本装置与现有相关技术相比,具有的主要优点是:
1、超磁致伸缩棒的预压力可调,其变刚度碟簧可明显改善装置的输出;
2、利用计算机辅助设计,改善了磁场的均匀性,提高了作动器的磁-机耦合。
3、可直流、交流低压驱动,结构及电源设计简单,转换效率高;
4、应变及输出力大,调控方便,控制精度高;
5、低频特性好,在5~120Hz范围内,可达90%以上的减振效果;
6、具有较好的抗干扰性能,环境适应性好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的实体外形图。
图3为超磁致伸缩棒的性能曲线图。
图4为碟簧的变刚度特性曲线图。
图5为激励线圈的磁场强度曲线图。
图6为永磁体的磁场强度曲线图。
图7为作动器的静态性能曲线图。
图8为作动器的动态响应曲线图。
图9为作动器的主动控制减振效果图。
图中:1.输出杆 2.碟簧 3.上端盖 4.上定位板 5.壳体6.永磁体 7.激励线圈 8.超磁致伸缩棒 9.支架 10.下定位板11.引线插头 12.下端盖 13.调节孔 14.凸缘 15.线圈骨架16.螺孔 17.调节孔
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本装置采用性能优异的超磁致伸缩材料制作成伸缩棒,根据超磁致伸缩材料本身所具有的特性及用于减振的要求,超磁致伸缩材料在磁场作用下会沿磁化方向产生伸缩变化,并且在正负磁场下都会随磁场的增减而伸长或缩短,在低场下具有良好的线性段。机械偏置及磁偏置都会优化磁致伸缩性能,使伸缩棒处于预伸长状态。实物请参见图2所示。
请参见图1所示,本实用新型是一种超磁致伸缩材料减振作动器,由引线插头11、壳体5、输出杆1组成,引线插头11设在壳体5的外壳上,在壳体5内,上部有上端盖3、上定位板4,中部有超磁致伸缩棒8、线圈7及线圈骨架15、永磁体6,下部有下定位板10、支架9、下端盖12,上、下端盖及上、下定位板通过螺纹同壳体5连接。输出杆1上有凸缘14,且输出杆1穿过上定位板4、上端盖3的中心伸出壳体5外,凸缘14位于上端盖3和上定位板4之间,上端盖3的下方有供碟簧2放置的凹槽,凹槽的内径大于碟簧外径。上端盖3同上定位板4之间有1mm左右的间隙,下定位板10同支架9之间有1mm左右的间隙,支架9穿过下定位板10的中心并支撑超磁致伸缩棒8,超磁致伸缩棒8的外周是绕有激励线圈7的线圈骨架15,永磁体6置于线圈骨架15与壳体5内壁之间,线圈骨架15,永磁体6也位于上、下定位板之间,上、下定位板用以精确定位骨架15和永磁体6的位置。上、下端盖上有调节孔,上端盖3的调节孔13用来实现上端盖3同壳体5连接,并提供一预压力给超磁致伸缩棒8,通过调节下端盖12的调节孔17来实现下端盖12同壳体5连接。
上端盖3、碟簧2和输出杆1形成该装置的预压力调节机构。
本实用新型的激励线圈7轴向高度比超磁致伸缩棒8长5~30mm,从而使整个超磁致伸缩棒8处在均匀磁场内。本装置的偏置磁场,使初始工作点处于超磁致伸缩棒性能曲线的线性段的中点(如图3为超磁致伸缩棒的性能曲线图,线性段磁致伸缩系数达1000ppm以上。),不但适合用在振动主动控制中,也可用在精确定位、线性马达等位移控制领域。如图5为激励线圈的磁场强度曲线图,超磁致伸缩棒所在区域的线性度小于1%。图6为永磁体的磁场强度曲线图,超磁致伸缩棒所在区域的线性度小于3%。
本装置根据实测超磁致伸缩棒的最佳预压力及相关部件尺寸,设计制作了具有变刚度特性的碟形软弹簧,改善了作动器的线性输出(如图4为碟簧的变刚度特性曲线图,标记1为普通碟簧、标记2、3为软碟簧。)。作动器的上端盖3与壳体5螺纹配合,由上端盖3、输出杆1和碟簧2组成预压力调节系统,预压力的施加、调节更为简单可靠。其中,线圈7设计中进行了多次补偿,圆筒形永磁体6采用了等内径不同壁厚的多块永磁体片的组合。利用上定位板4、下定位板10为磁场提供精确定位,并使工作点可调。输出杆1上带有螺纹,下端盖12有连接螺孔16,可方便与外部设备联为一体进行测试及控制。经测试,线性段应变大,动态响应好,主动振动减振效果良好,在5~120Hz范围内的微幅振动都可达到90%以上的减振效果。如图7为作动器的静态性能曲线图,线性段内总磁致伸缩可达80μm。图8为作动器的动态响应曲线图,上部为激励正弦信号,下部为响应信号,输入输出波形基本一致,相位正常,(相差180°,是由于输出为加速度信号所致)。图9为作动器的主动控制减振效果图,60Hz激励振动信号,减振达97%。
本装置根据需要激励磁场大小,确定线圈的匝数,可以通过毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律,计算螺线管线圈的磁场,并对线圈进行补偿以获得均匀磁场。本装置所用伸缩棒采用超磁致伸缩材料制成,其超磁致伸缩材料是Tb0.27~0.3Dy0.7~0.73Fe1.9~2.0,其性能曲线线性段的磁致伸缩系数达1000ppm以上。长度为80mm,激励线圈匝数为2000~2400匝。
本装置通过控制线圈7的输入电流控制超磁致伸缩棒8的伸缩,经输出杆1将位移、力及振动信号传递到应用装置。输出杆1及壳体5为不导磁材料制成,可保障超磁致伸缩棒8所处的均匀磁场不被破坏。
Claims (9)
1、一种超磁致伸缩材料减振作动器,包括壳体、引线插头、输出杆,其特征在于:在壳体(5)内,上部有上端盖(3)、上定位板(4),中部有超磁致伸缩棒(8)、线圈(7)及骨架(15)、永磁体(6),下部有下定位板(10)、支架(9)、下端盖(12),上、下端盖及上、下定位板通过螺纹同壳体(5)连接;输出杆(1)上有凸缘(14),且穿过上定位板(4)、上端盖(3)的中心伸出壳体(5)外,凸缘(14)位于上端盖(3)和上定位板(4)之间,上端盖(3)的下方有供碟簧(2)放置的凹槽,凹槽的内径大于碟簧外径;支架(9)穿过下定位板(10)的中心并支撑超磁致伸缩棒(8),超磁致伸缩棒(8)的外周是绕有激励线圈(7)的线圈骨架(15),永磁体(6)位于线圈骨架(15)与壳体(5)内壁之间,线圈骨架(15),永磁体(6)也位于上、下定位板之间;上、下端盖上有调节孔。
2、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:上端盖(3)的调节孔(13)用来实现上端盖(3)同壳体(5)连接并提供一预压力给超磁致伸缩棒(8);下端盖(12)的调节孔(17)用来实现下端盖(12)同壳体(5)连接。
3、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:超磁致伸缩棒(8)采用超磁致伸缩材料制成,其超磁致伸缩材料是Tb0.27~0.3Dy0.7~0.73Fe1.9~2.0,其性能曲线线性段的磁致伸缩系数达1000ppm以上。
4、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:超磁致伸缩棒(8)比激励线圈(7)短5~30mm。
5、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:碟簧(2)采用具有变刚度特性的软碟簧。
6、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:永磁体(5)由多块弧形磁钢按磁场分布设计组合而成,通过控制各小块的磁化强度和尺寸,达到沿轴向磁场分布均匀性在±3%以内。
7、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:激励线圈(7)经多次补偿,为超磁致伸缩棒(8)提供均匀的激励磁场。
8、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:上端盖(3)同上定位板(4)之间有0.8~1.5mm的间隙,下定位板(10)同支架(9)之间有0.8~1.5mm的间隙。
9、根据权利要求1所述的减振作动器,其特征在于:5~120Hz范围内的微幅振动均可减振90%以上。
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