一種寬頻帶大位移角振動臺的制作方法
【專利摘要】一種寬頻帶大位移角振動臺包括外殼、工作臺面、主軸、動圈組件、磁路組件、抱閘組件、電機及其閉環(huán)控制組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；動圈組件包括動圈基體和線圈，動圈基體與主軸固定；磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，由導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間，磁鋼吸附于中心磁極上；外殼有抱閘組件，抱閘組件包括制動襯套、配油套和帶活塞的油缸，制動襯套和配油套圍成液壓油容腔，液壓油從油缸壓入液壓油容腔時，磁路組件制動；液壓油回流到油缸時，磁路組件隨電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。本實用新型具有能實現(xiàn)中頻和低頻切換，輸出波形失真小的優(yōu)點。
【專利說明】一種寬頻帶大位移角振動臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種寬頻帶大位移角振動臺，特別是一種用于角振動傳感器標(biāo)定的、可輸出低頻大位移振動的角振動臺。
技術(shù)背景
[0002]角振動臺不僅廣泛地用于標(biāo)定各式角振動(角位移、角速度、角加速度)傳感器的動態(tài)特性，還可用于對各種產(chǎn)品進行角振動環(huán)境試驗。
[0003]目前，角位移超過180°的大位移角振動臺一般采用基于無刷電動機的結(jié)構(gòu)。彭軍，何群，薛景鋒和孫浩于2005年第25卷第6期的《計測技術(shù)》雜志中發(fā)表了名為低頻標(biāo)準(zhǔn)角振動臺的論文。低頻角振動臺主要由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)。機械系統(tǒng)主要由主軸、臺面、空氣軸承、光柵和電機組成。被校傳感器安裝于臺面，電機作為驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件，空氣軸承利用氣膜產(chǎn)生的均化效應(yīng)，達(dá)到提高回轉(zhuǎn)精度，降低摩擦力的目的?？刂葡到y(tǒng)主要由力矩電機，控制器，放大電路組成。在控制器中設(shè)有電流回路、轉(zhuǎn)換回路、速度回路和位置回路來提高控制性能。利用計算機控制DAC產(chǎn)生不同頻率和幅值的電壓信號送給控制系統(tǒng)，驅(qū)動角振動臺產(chǎn)生一定頻率和振幅的正弦角運動。測量系統(tǒng)以圓光柵測量的角運動量作為進行控制的反饋量，使用多通道數(shù)據(jù)采集模塊用于采集光柵和被校傳感器的電信號。最后信號處理系統(tǒng)根據(jù)圓光柵測量的角運動量計算獲得被校傳感器的靈敏度和相移。該系統(tǒng)最大輸出角位移(單峰值)達(dá)到180°以上。
[0004]這種低頻角振動臺的缺點在于:
[0005]1、受電機響應(yīng)時間的限制，該角振動臺只能產(chǎn)生低頻振動。
[0006]2、這種角振動臺由于受電機本身齒槽效應(yīng)的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動，即使采用無刷直流力矩電機也會對角振動臺的輸出波形產(chǎn)生不利影響。若采用有刷直流力矩電機，加上電機本身摩擦力的影響，將更加惡化角振動臺輸出的波形。
實用新型內(nèi)容
[0007]為了克服現(xiàn)有的角振動臺只能輸出低頻振動和波形失真度大的缺點和不足，本實用新型提供了一種能夠輸出波形失真度低的寬頻帶大位移角振動臺。
[0008]—種寬頻帶大位移角振動臺包括外殼、工作臺面、帶動工作臺面旋轉(zhuǎn)的主軸、動圈組件、磁路組件、抱閘組件、帶動磁路組件旋轉(zhuǎn)的電機及其閉環(huán)控制組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；
[0009]其特征在于:主軸與動圈組件固定連接，磁路組件通過連接件與電機轉(zhuǎn)子固定連接;
[0010]動圈組件包括與主軸連接的動圈基體和纏繞在動圈基體上的線圈，動圈基體與主軸固定連接；
[0011 ] 磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，并由導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極同軸,磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間，磁鋼吸附于中心磁極上；動圈組件位于磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)之間，動圈組件與導(dǎo)磁環(huán)同軸；
[0012]外殼上設(shè)有使磁路組件制動的抱閘組件，抱閘組件包括制動襯套、配油套和帶活塞的油缸，制動襯套包括環(huán)形的薄壁形變部和分別位于薄壁形變部兩端的上連接部和下連接部，上連接部和下連接部凸出于薄壁形變部，上連接部和下連接部分別與配油套通過密封圈進行密封連接，制動襯套和配油套圍成液壓油容腔，配油套設(shè)有連通油缸與液壓油容腔的連接通道，配油套與油缸之間設(shè)置有密封圈；液壓油從油缸壓入液壓油容腔時，薄壁形變部貼緊導(dǎo)磁環(huán)，磁路組件制動；液壓油回流到油缸時，薄壁形變部與導(dǎo)磁環(huán)之間有間隙，磁路組件可隨電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
[0013]當(dāng)工作臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈的有效導(dǎo)線(有效導(dǎo)線是指位于磁場中的軸向?qū)Ь€)所占角度之和大于磁鋼扇形角時，角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)，抱閘組件的薄壁形變部與導(dǎo)磁環(huán)之間有間隙，電機帶動磁路組件與動圈組件同步轉(zhuǎn)動，從而保證了動圈組件中的有效導(dǎo)線始終位于磁路組件形成的有效磁場區(qū)域中。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于磁路位置固定，動圈組件無法超出由單個磁鋼扇形角的最大角度——180°，因此最大角位移只能小于180° ;而本實用新型中，電機帶動磁路組件轉(zhuǎn)動時，磁路組件與動圈組件同步運動，即動圈組件與磁路組件保持相對靜止時，有效導(dǎo)線始終處于磁鋼覆蓋的有效磁場區(qū)域內(nèi)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)動圈組件輸出的角位移量超過180°，實現(xiàn)角振動臺的大位移輸出；此外，動圈組件在單極磁場中運動，避免了采用常規(guī)電機驅(qū)動實現(xiàn)大位移角振動時的換向轉(zhuǎn)矩脈動和電磁轉(zhuǎn)矩脈動，因此能輸出低失真度的運動波形。
[0014]當(dāng)工作臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和小于或等于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)，此時電機關(guān)閉處于非工作狀態(tài)，磁路組件通過抱閘組件鎖緊，磁路組件被制動，從而避免了在角振動臺輸出大加速度時，磁路組件的振動對輸出角振動波形的影響，進一步改善了角振動臺高頻大加速度振動輸出時的波形失真度。
[0015]進一步，連接件包括旋轉(zhuǎn)組件和連接環(huán)，旋轉(zhuǎn)組件包括固定于底座中央的芯軸和可轉(zhuǎn)動的安裝于芯軸上的轉(zhuǎn)體，芯軸與轉(zhuǎn)體之間設(shè)有滾動軸承。
[0016]芯軸起到定位作用，轉(zhuǎn)體繞著芯軸旋轉(zhuǎn)；電機轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)體，連接環(huán)，中心磁極，磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)形成一個同步轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)體；電機轉(zhuǎn)子作為動力源，帶動整個旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動。導(dǎo)磁環(huán)的尺寸大于轉(zhuǎn)體的尺寸，因此，將連接環(huán)設(shè)置呈上大下小的形狀，如兩段式圓柱環(huán)；連接環(huán)的大端與導(dǎo)磁環(huán)固定，連接環(huán)的小端與轉(zhuǎn)體固定。
[0017]轉(zhuǎn)體包括與中心磁極固定的第一連接部，與電機轉(zhuǎn)子固定的第二連接部和與連接環(huán)固定的第三連接部；連接環(huán)一端與導(dǎo)磁環(huán)固定，另一端與第三連接部固定
[0018]由于中心磁極、電機轉(zhuǎn)子和連接環(huán)的尺寸和位置不同，為了將中心磁極、電機轉(zhuǎn)子和連接環(huán)全部固定于一個轉(zhuǎn)體上，進一步限定轉(zhuǎn)體的形狀和結(jié)構(gòu)為:轉(zhuǎn)體包括上圓柱環(huán)段、下圓柱環(huán)段和連接上圓柱環(huán)段與下圓柱環(huán)段的連接段，連接段成下大上小的圓錐形，上圓柱環(huán)段與中心磁極固定形成第一連接部，下圓柱環(huán)段的外壁上設(shè)有向外延伸的環(huán)形翼板，該環(huán)形翼板與電機轉(zhuǎn)子固定形成第二連接部，連接段上設(shè)有托持連接環(huán)的臺階，臺階面與連接環(huán)固定形成第三連接部，轉(zhuǎn)體一體成型。
[0019]進一步，芯軸和轉(zhuǎn)體之間設(shè)有上滾動軸承和下滾動軸承，轉(zhuǎn)體的上圓柱環(huán)段的內(nèi)表面設(shè)有托持上滾動軸承外圈的上臺階，芯軸上設(shè)有壓緊上滾動軸承內(nèi)圈的圓螺母，圓螺母與上滾動軸承之間設(shè)有墊片，轉(zhuǎn)體的下圓柱環(huán)段的底部設(shè)有壓緊下滾動軸承外圈的下臺階，芯軸的底部設(shè)有托持下滾動軸承內(nèi)圈的托臺。
[0020]電機的角位移通過角位移傳感器進行檢測，進一步，連接環(huán)上設(shè)有第一圓光柵，壓板上設(shè)有第一讀數(shù)頭及其安裝架，第一圓光柵和第一讀數(shù)頭形成檢測電機運動的第一角位移傳感器，壓板固定于電機支承座上，同時壓板壓在電機定子上起到固定電機定子的作用，壓板為一圓環(huán)形的連接板。
[0021]為了使電機在工作時及時散熱，進一步限定，電機定子的外側(cè)面上開設(shè)有螺旋冷卻槽，電機定子與電機支承座圍成密封的螺旋冷卻腔，電機定子與電機支承座之間設(shè)有阻止冷卻液外泄的密封圈。螺旋冷卻腔的上端和下端分別設(shè)有上密封圈和下密封圈，分別容納密封圈的兩個密封槽開設(shè)于電機定子上，電機支承座上設(shè)有冷卻液進入通道和冷卻液排出通道。
[0022]進一步，抱閘組件的油缸活塞與制動氣缸的推桿固定連接，抱閘組件的油缸包括缸體、與缸體內(nèi)腔適配的活塞和設(shè)置于缸體上的密封件和密封調(diào)節(jié)件，密封件與活塞密封配合，缸體設(shè)有容納密封件和密封調(diào)節(jié)件的容納槽，容納槽與缸體的上部分形成托持密封件的臺階，密封調(diào)節(jié)件通過臺階將密封件壓緊，密封調(diào)節(jié)件用于調(diào)節(jié)密封件的松緊程度。
[0023]當(dāng)制動氣缸的推桿下壓時，液壓油從油缸壓入液壓油容腔，薄壁形變部貼緊導(dǎo)磁環(huán)，磁路組件制動。制動氣缸復(fù)位時，液壓油回流到油缸時，薄壁形變部恢復(fù)形變，薄壁形變部與導(dǎo)磁環(huán)之間存在間隙。
[0024]電粘彈性反饋組件包括第二角位移傳感器、反饋單元、信號發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動臺；第二角位移傳感器由第二讀數(shù)頭和第二圓光柵兩部分組成，第二圓光柵安裝在工作臺面上，第二讀數(shù)頭通過安裝架固定在空氣軸承的軸承座上；第二角位移傳感器用于檢測動圈組件和工作臺面輸出的角位移信號，該角位移信號被輸入到反饋單元，反饋單元將輸入的信號放大獲得第一輸出信號、并將輸入的信號先微分處理后再放大獲得第二輸出信號、再將第一輸出信號與第二輸出信號疊加獲得反饋單元輸出信號，反饋單元輸出信號與信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)減法器求差，得到偏差信號，接著偏差信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，驅(qū)動角振動臺運動，從而實現(xiàn)角振動臺轉(zhuǎn)動部件的電粘彈性反饋控制。
[0025]由于機械彈簧在大角位移時，存在非線性問題，嚴(yán)重影響了角振動臺輸出的角運動量波形的失真度，而電粘彈性反饋控制組件相當(dāng)于一個剛度和阻尼系數(shù)線性可調(diào)節(jié)的彈簧，因此能改善和降低角振動臺輸出運動量波形的失真度。
[0026]控制電機運動的閉環(huán)控制組件由檢測動圈組件運動的第二角位移傳感器、減法器、電機控制器、電機驅(qū)動器、電機和檢測電機角位移的第一角位移傳感器組成；其實現(xiàn)過程為:第一角位移傳感器檢測電機的角位移，將檢測到的角位移信號輸入給減法器，與第二角位移傳感器輸出的角位移信號進行求差運算，得到的偏差信號經(jīng)電機控制器處理后輸入給電機驅(qū)動器，然后驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，這樣能保證動圈組件與電機帶動磁路組件同步轉(zhuǎn)動。
[0027]進一步，空氣軸承包括軸承座和軸承本體，主軸套接于軸承本體內(nèi)，軸承本體套接于軸承座內(nèi)，軸承座與軸承本體固定，主軸底部設(shè)有與軸承本體配合的臺階；
[0028]軸承本體的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進氣凹槽，軸承座上設(shè)有與進氣凹槽連通的進氣孔，軸承本體上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體與主軸之間的徑向?qū)饪祝瑢怏w導(dǎo)向軸承本體與工作臺面之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體與主軸的臺階之間的下軸向?qū)饪?，徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔，且沿圓周方向均勻分布。
[0029]進氣孔、進氣凹槽、徑向?qū)饪住⑸陷S向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪捉M成進氣通道，進氣孔與高壓氣源連接。
[0030]上軸向?qū)饪着c第一徑向?qū)饪走B通形成上T型氣道，下軸向?qū)饪着c第二徑向?qū)饪走B通形成下T型氣道，上T型氣道和下T型氣道對稱設(shè)置，第一徑向?qū)饪缀偷诙较驅(qū)饪着c進氣凹槽連通。
[0031]軸承本體的上端面與工作臺面的下端面之間形成氣膜，該氣膜稱為上止推部氣膜；軸承本體的下端面與主軸的臺階的上端面之間形成氣膜，該氣膜稱為下止推部氣膜；軸承本體的內(nèi)表面與主軸的外表面之間形成氣膜，該氣膜稱為軸頸部氣膜；上止推部氣膜，下止推部氣膜和軸頸部氣膜使主軸與軸承本體之間不直接接觸，從而降低了摩擦力，降低了輸出波形的失真度。
[0032]為了優(yōu)化空氣軸承的排氣性能，保持氣膜的均勻穩(wěn)定，進一步限定:主軸中空形成排氣腔，主軸的上端設(shè)有將軸承本體與工作臺面之間的氣體引入排氣腔的第一排氣通道，軸承本體上設(shè)有將主軸與軸承本體之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸的臺階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體上，第二排氣通道與進氣凹槽相互隔離。
[0033]第一排氣通道包括設(shè)置于主軸上端面的圓周槽，將軸承本體與工作臺面之間的氣體排入圓周槽的毛細(xì)孔和將圓周槽內(nèi)的氣體排入排氣腔的軸向孔；毛細(xì)孔有多個，毛細(xì)孔沿圓周槽均勻分布；軸向孔有多個，軸向孔沿圓周槽均勻分布；毛細(xì)孔沿主軸上端面的徑向開設(shè)，軸向孔沿主軸軸向開設(shè)。
[0034]第二排氣通道包括徑向排氣孔和軸向排氣孔，徑向排氣孔一端與軸承本體和主軸之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔連通；軸向排氣孔的出氣口作為第二排氣通道的排氣口 ；徑向排氣孔將軸頸部氣膜的氣體引入軸向排氣孔，再由軸向排氣孔將氣體向外排出。
[0035]徑向排氣孔貫穿軸承本體，徑向排氣孔與進氣凹槽連通的一端設(shè)有堵頭，從而避免第二排氣通道的氣體進入進氣凹槽內(nèi)，使第二排氣通道與進氣凹槽相互獨立，且方便徑向排氣孔的加工。
[0036]進一步，外殼包括與底座固定的筒體和與空氣軸承的軸承座固定的減震塊，抱閘組件位于筒體與減震塊之間；排氣腔和動圈組件與中心磁極、磁鋼之間的空間連通；第一排氣通道將上止推部氣膜的氣體排入排氣腔內(nèi)，排氣腔將氣體排入中心磁極、磁鋼和動圈組件之間，起到冷卻動圈組件的作用；第二排氣通道和減震塊與動圈組件之間的空間連通；第二排氣通道將軸頸部氣膜的氣體排入動圈組件與減震塊之間，也起到冷卻動圈組件的作用；第一排氣通道和第二排氣通道的氣體除了流經(jīng)動圈組件外，最后通過中心磁極、芯軸、底座的中心孔以及底座底面上的排氣槽組成的排氣通道將氣體排入大氣中。
[0037]進一步，動圈組件的線圈覆蓋于動圈基體的外側(cè)面，線圈包括線圈繞組和絕緣層，線圈繞組和絕緣層間隔設(shè)置，線圈繞組至少具有一層，絕緣層由環(huán)氧樹脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線圈繞組；
[0038]每個線圈繞組包括第一線圈和第二線圈，第一線圈逆時針從內(nèi)向外繞線，第二線圈順時針從外向內(nèi)繞線，第一線圈和第二線圈處于同一層，第一線圈和第二線圈分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線段和連接導(dǎo)線段組成，通電的有效導(dǎo)線段在磁場內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線段在磁場外；
[0039]等間隔分布的有效導(dǎo)線段組成一個安培力發(fā)生部，安培力發(fā)生部的數(shù)量是線圈繞組個數(shù)的兩倍，各個安培力發(fā)生部包含的有效導(dǎo)線段數(shù)量相同，線圈繞組的每匝導(dǎo)線之間填充有環(huán)氧樹脂膠，線圈繞組之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0040]制作線圈繞組時，先制作能恰好包圍動圈基體外側(cè)面的平面銅板，再在平面銅板上用線切割或者雕刻的方式加工出線圈繞組的走線形狀和走線方式，然后將平面銅板線圈纏繞固定在動圈基體的外側(cè)面上，同時在線圈繞組的外側(cè)面和中間挖空區(qū)域纏繞玻璃布，并灌注環(huán)氧樹脂膠，一邊纏繞，一邊灌注，等環(huán)氧固化后，采用車削工藝加工使得當(dāng)前層的線圈繞組與動圈基體形成新的光滑平整的圓柱動圈基體。制作下一層線圈繞組時，以新的動圈基體的外側(cè)面為參照制備平面銅板，新增加層的線圈繞組與第一層線圈繞組的纏繞方式相同，并確保每個線圈繞組的安培力發(fā)生部位置相互對齊重疊，制作其他層線圈繞組時，規(guī)律依次類推。
[0041]線圈繞組中的有效導(dǎo)線段和連接導(dǎo)線段的拐角處通過圓角過渡，避免線圈繞組加工和固定時應(yīng)力集中和損傷。
[0042]由于繞制動圈時相鄰安培力發(fā)生部導(dǎo)線的電流方向相反，為了能使安培力相疊加，對磁鋼做以下限定:磁鋼沿中心磁極的圓周均勻分布；磁鋼的充磁方向為徑向，相鄰的磁鋼充磁方向相反,磁鋼固定于中心磁極上。
[0043]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0044]1、本實用新型通過設(shè)置抱閘組件和電機實現(xiàn)了寬頻帶大位移角振動，當(dāng)抱閘組件使磁路組件制動且電機處于非工作狀態(tài)時，系統(tǒng)的動態(tài)特性僅取決于角振動臺中以動圈為主體的旋轉(zhuǎn)運動組件，具有較高的工作頻率，角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)；當(dāng)抱閘組件與磁路組件之間有間隙且電機處于工作狀態(tài)時，角振動臺的旋轉(zhuǎn)運動組件可輸出大位移，角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)。
[0045]2、本實用新型當(dāng)臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和大于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)，采用電機帶動磁路組件轉(zhuǎn)動，保證磁路組件與動圈組件同步轉(zhuǎn)動，且響應(yīng)快、定位準(zhǔn)、性能好；角振動臺輸出角位移量(單峰值)可達(dá)到180°以上，滿足了低頻大角位移角振動傳感器標(biāo)定的需求。
[0046]3、本實用新型當(dāng)臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和小于或等于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)，導(dǎo)磁環(huán)通過抱閘組件鎖緊，采用氣缸作為動力源，氣源與空氣軸承氣源為同一支路，具有鎖緊平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。
[0047]4、本實用新型采用永磁式磁路結(jié)構(gòu)，省去了勵磁線圈，減小勵磁系統(tǒng)的損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，磁路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運行可靠。
[0048]5、本實用新型采用空氣軸承支撐，形成的上止推部氣膜、下止推部氣膜、軸頸部氣膜完成對動圈轉(zhuǎn)動部件的軸向和徑向支撐，轉(zhuǎn)動部件和靜止零件通過氣膜實現(xiàn)無接觸支撐，無摩擦或摩擦力小，運行平穩(wěn)，提高轉(zhuǎn)動部件的回轉(zhuǎn)精度，改善角振動臺輸出波形失真度以及減小橫向擺動量的優(yōu)點。
[0049]6、動圈組件的線圈繞組通過線切割或雕刻形成，布線均勻，受力均勻，同時降低了線圈繞組的繞線難度，簡化繞線工藝。
[0050]7、本實用新型采用電粘彈簧反饋控制轉(zhuǎn)動部件的平衡位置，傳統(tǒng)的機械彈簧具有非線性、時變、遲滯等缺陷，影響角振動臺輸出運動量波形的失真度，而電粘彈簧反饋控制可控性好，具有線性、非時變、無遲滯的優(yōu)點，降低輸出運動量波形的失真度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1是角振動臺的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]圖2是電機帶動磁路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖。
[0053]圖3是轉(zhuǎn)體的示意圖。
[0054]圖4是磁路組件的示意圖。
[0055]圖5是抱閘組件的示意圖。
[0056]圖6是制動襯套的示意圖。
[0057]圖7是電粘彈性反饋控制組件的原理圖。
[0058]圖8是電機閉環(huán)控制組件的原理圖。
[0059]圖9是空氣軸承的示意圖。
[0060]圖10是動圈組件的立體示意圖。
[0061]圖11是線圈繞組和絕緣層的分布示意圖。
[0062]圖12是線圈繞組的二維繞線圖。

【具體實施方式】
[0063]實施例1
[0064]參照圖1-8
[0065]一種寬頻帶大位移角振動臺包括外殼、工作臺面B-1、帶動工作臺面B-1旋轉(zhuǎn)的主軸B-2、動圈組件、磁路組件、抱閘組件、帶動磁路組件旋轉(zhuǎn)的電機及其閉環(huán)控制組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；
[0066]主軸B-2與動圈組件固定連接，磁路組件通過連接件與電機轉(zhuǎn)子E-6固定連接；
[0067]動圈組件包括與主軸B-2連接的動圈基體B-3和纏繞在動圈基體B_3上的線圈B-4，動圈基體B-3與主軸B-2固定連接；
[0068]磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)E-1、中心磁極E-2以及磁鋼E-3，并由導(dǎo)磁環(huán)E_l、中心磁極E-2、磁鋼E-3和氣隙形成的閉合磁回路；中心磁極E-2位于導(dǎo)磁環(huán)E-1內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)E-1與中心磁極E-2同軸，磁鋼E-3位于導(dǎo)磁環(huán)E-1與中心磁極E-2之間，磁鋼E-3吸附于中心磁極E-2上；動圈組件位于磁鋼E-3和導(dǎo)磁環(huán)E-1之間，動圈組件與導(dǎo)磁環(huán)E-1同軸；當(dāng)向動圈組件的線圈內(nèi)通入交變電流時，在磁場的作用下，動圈組件將繞平衡位置來回振動。
[0069]外殼上設(shè)有使磁路組件制動的抱閘組件，抱閘組件包括制動襯套D-8、配油套D-7和帶活塞D-5的油缸，制動襯套D-8包括環(huán)形的薄壁形變部D-8-B和分別位于薄壁形變部兩端的上連接部D-8-A和下連接部D-8-C，上連接部D-8-A和下連接部D-8-C凸出于薄壁形變部D-8-B，上連接部D-8-A和下連接部D-8-C分別與配油套D-7通過密封圈D-10進行密封連接，制動襯套D-8和配油套D-7圍成液壓油容腔，配油套D-7設(shè)有連通油缸與液壓油容腔的連接通道，配油套D-7與油缸之間設(shè)置有密封圈D-9 ;液壓油從油缸壓入液壓油容腔時，薄壁形變部D-8-B貼緊導(dǎo)磁環(huán)E-1，磁路組件制動；液壓油回流到油缸時，薄壁形變部D-8-B與導(dǎo)磁環(huán)E-1之間有間隙，磁路組件可隨電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
[0070]當(dāng)工作臺面B-1輸出的角位移量(峰峰值)與動圈組件的有效導(dǎo)線(有效導(dǎo)線是指位于磁場中的軸向?qū)Ь€)所占角度之和大于磁鋼E-3扇形角時，角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)，此時電機處于工作狀體，抱閘組件的薄壁形變部與導(dǎo)磁環(huán)之間有間隙，電機帶動磁路組件與動圈組件同步轉(zhuǎn)動，從而保證了動圈組件中的有效導(dǎo)線始終位于磁路組件形成的有效磁場區(qū)域中。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于磁路位置固定，動圈組件無法超出由單個磁鋼扇形角的最大角度-180°，因此最大角位移只能小于180° ;而本實用新型中，電機帶動磁路組件轉(zhuǎn)動時，磁路組件與動圈組件同步運動，即動圈組件與磁路組件保持相對靜止時，有效導(dǎo)線始終處于磁鋼覆蓋的有效磁場區(qū)域內(nèi)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)動圈組件輸出的角位移量超過180°，實現(xiàn)角振動臺的大位移輸出；此外，動圈組件在單極磁場中運動，避免了采用常規(guī)電機驅(qū)動實現(xiàn)大位移角振動時的換向轉(zhuǎn)矩脈動和電磁轉(zhuǎn)矩脈動，因此能輸出低失真度的運動波形。
[0071]當(dāng)工作臺面B-1輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和小于或等于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)，此時電機關(guān)閉處于非工作狀態(tài)，磁路組件通過抱閘組件鎖緊，磁路組件制動，從而避免了在角振動臺輸出大加速度時，磁路組件的振動對輸出角振動波形的影響，進一步改善了角振動臺高頻大加速度振動輸出時的波形失真度。
[0072]連接件包括旋轉(zhuǎn)組件和連接環(huán)E-5，旋轉(zhuǎn)組件包括固定于底座F-2中央的芯軸E-10和可轉(zhuǎn)動的安裝于芯軸E-10上的轉(zhuǎn)體E-4，芯軸E-10與轉(zhuǎn)體E-4之間設(shè)有滾動軸承。
[0073]芯軸E-10起到定位作用，轉(zhuǎn)體E-4繞著芯軸E-10旋轉(zhuǎn)；電機轉(zhuǎn)子E_6，轉(zhuǎn)體E_4，連接環(huán)E-5,中心磁極E-2,磁鋼E-3和導(dǎo)磁環(huán)E-1形成一個同步轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)體；電機轉(zhuǎn)子作為動力源，帶動整個旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動。
[0074]導(dǎo)磁環(huán)E-1的尺寸大于轉(zhuǎn)體E-4的尺寸，因此，將連接環(huán)E-5設(shè)置呈上大下小的形狀，如兩段式圓柱環(huán)；連接環(huán)E-5的大端與導(dǎo)磁環(huán)E-1固定，連接環(huán)E-5的小端與轉(zhuǎn)體E-4固定。
[0075]如圖3所示，轉(zhuǎn)體E-4包括與中心磁極E-2固定的第一連接部E_4_A，與電機轉(zhuǎn)子E-6固定的第二連接部E-4-B，和與連接環(huán)E-5固定的第三連接部E-4-C ;連接環(huán)E-5 —端與導(dǎo)磁環(huán)E-1固定，另一端與第三連接部E-4-C固定。
[0076]由于中心磁極E-2、電機轉(zhuǎn)子E-6和連接環(huán)E-5的尺寸和位置不同，為了將中心磁極E-2、電機轉(zhuǎn)子E-6和連接環(huán)E-5全部固定于一個轉(zhuǎn)體上，限定轉(zhuǎn)體E-4的形狀和結(jié)構(gòu)為:轉(zhuǎn)體E-4包括上圓柱環(huán)段、下圓柱環(huán)段和連接上圓柱環(huán)段與下圓柱環(huán)段的連接段，連接段成下大上小的圓錐形，上圓柱環(huán)段與中心磁極E-2固定形成第一連接部E-4-A，下圓柱環(huán)段的外壁上設(shè)有向外延伸的環(huán)形翼板，該環(huán)形翼板與電機轉(zhuǎn)子E-6固定形成第二連接部E-4-B，連接段上設(shè)有托持連接環(huán)E-5的臺階，臺階面與連接環(huán)E-5固定形成第三連接部E-4-C，轉(zhuǎn)體一體成型。
[0077]芯軸E-10和轉(zhuǎn)體E-4之間設(shè)有上滾動軸承E_11_A和下滾動軸承轉(zhuǎn)體E-4的上圓柱環(huán)段的內(nèi)表面設(shè)有托持上滾動軸承外圈的上臺階，芯軸E-10上設(shè)有壓緊上滾動軸承E-11-A內(nèi)圈的圓螺母E-12，圓螺母E-12與上滾動軸承E-11-A之間設(shè)有墊片E-13 ；轉(zhuǎn)體E-4的下圓柱環(huán)段的底部設(shè)有壓緊下滾動軸承E-11-B外圈的下臺階，芯軸E-10的底部設(shè)有托持下滾動軸承E-11-B內(nèi)圈的托臺。
[0078]連接環(huán)E-5上設(shè)有第一圓光柵E-14，壓板E_8上設(shè)有第一讀數(shù)頭E_15及其安裝架E-16,第一圓光柵E-14和第一讀數(shù)頭E-15形成檢測電機運動的第一角位移傳感器，壓板E-8固定于電機支承座E-9上，同時壓板E-8壓在電機定子E-7上起到固定電機定子E-7的作用，壓板E-8為一圓環(huán)形的連接板。
[0079]電機定子E-7的外側(cè)面上開設(shè)有螺旋冷卻槽E-71，電機定子E_7與電機支承座E-9圍成密封的螺旋冷卻腔，電機定子E-7與電機支承座E-9之間設(shè)有阻止冷卻液外泄的密封圈E-72。螺旋冷卻腔的上端和下端分別設(shè)有上密封圈和下密封圈，分別容納密封圈E-72的兩個密封槽開設(shè)于電機定子E-7上，電機支承座E-9上設(shè)有冷卻液進入通道E-91和冷卻液排出通道E-92。
[0080]抱閘組件的油缸活塞D-5與制動氣缸D-1的推桿D-2固定連接，抱閘組件的油缸包括缸體D-6、與缸體D-6內(nèi)腔適配的活塞D-5和設(shè)置于缸體D-6上的密封件D-4和密封調(diào)節(jié)件D-3，密封件D-4與活塞D-5密封配合，密封件D-4為一環(huán)形套筒；缸體D-6設(shè)有容納密封件D-4和密封調(diào)節(jié)件D-3的容納槽，容納槽與缸體D-6上部分形成托持密封件D-4的臺階，密封調(diào)節(jié)件D-3通過臺階將密封件D-4壓緊，密封調(diào)節(jié)件D-3-用于調(diào)節(jié)密封件D-4的松緊程度。當(dāng)制動氣缸D-1的推桿D-2下壓時，液壓油從油缸壓入液壓油容腔，薄壁形變部D-8-B貼緊導(dǎo)磁環(huán)E-1,磁路組件制動。制動氣缸D-1復(fù)位時,液壓油回流到油缸時,薄壁形變部D-8-B恢復(fù)形變，薄壁形變部D-8-B與導(dǎo)磁環(huán)E-1之間存在間隙。
[0081]電粘彈性反饋組件包括第二角位移傳感器、反饋單元、信號發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動臺；第二角位移傳感器由第二讀數(shù)頭A-2和第二圓光柵A-1兩部分組成，第二圓光柵A-1安裝在工作臺面B-1上，第二讀數(shù)頭A-2通過安裝架A-3固定在空氣軸承的軸承座C-1上；第二角位移傳感器用于檢測動圈組件和工作臺面B-1輸出的角位移信號，該角位移信號被輸入到反饋控制單元，反饋單元將輸入的信號放大獲得第一輸出信號、并將輸入的信號先微分處理后再放大獲得第二輸出信號、再將第一輸出信號與第二輸出信號疊加獲得反饋單元輸出信號；反饋單元輸出信號與信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)減法器求差，得到偏差信號，接著偏差信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，驅(qū)動角振動臺運動，從而實現(xiàn)角振動臺轉(zhuǎn)動部件的電粘彈性反饋控制。
[0082]由于機械彈簧在大角位移時，存在非線性問題，嚴(yán)重影響了角振動臺輸出的角運動量波形的失真度，而電粘彈性反饋控制組件相當(dāng)于一個剛度和阻尼系數(shù)線性可調(diào)節(jié)的彈簧，因此能改善和降低角振動臺輸出運動量波形的失真度。
[0083]控制電機運動的閉環(huán)控制組件由檢測動圈組件運動的第二角位移傳感器、減法器、電機控制器、電機驅(qū)動器、電機和檢測電機角位移的第一角位移傳感器組成；其實現(xiàn)過程為:第一角位移傳感器檢測電機的角位移，將檢測到的角位移信號輸入給減法器，與第二角位移傳感器輸出的角位移信號進行求差運算，得到的偏差信號經(jīng)電機控制器處理后輸入給電機驅(qū)動器，然后驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，這樣能保證動圈組件與電機帶動磁路組件同步轉(zhuǎn)動。
[0084]外殼包括與底座F-2固定的筒體F-3和與空氣軸承的軸承座C_1固定的減震塊F-1，抱閘組件位于筒體F-3與減震塊F-1之間。
[0085]本實施例的優(yōu)點在于:
[0086]1、本實用新型通過設(shè)置抱閘組件和電機實現(xiàn)了寬頻帶大位移角振動，當(dāng)抱閘組件使磁路組件制動且電機處于非工作狀態(tài)時，系統(tǒng)的動態(tài)特性僅取決于角振動臺中以動圈為主體的旋轉(zhuǎn)運動組件，具有較高的工作頻率，角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)；當(dāng)抱閘組件與磁路組件之間有間隙且電機處于工作狀態(tài)時，角振動臺的旋轉(zhuǎn)運動組件可輸出大位移，角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)。
[0087]2、本實用新型當(dāng)臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和大于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于大位移低頻工作狀態(tài)，采用電機帶動磁路組件轉(zhuǎn)動，保證磁路組件與動圈組件同步轉(zhuǎn)動，且響應(yīng)快、定位準(zhǔn)、性能好；角振動臺輸出角位移量(單峰值)可達(dá)到180°以上，滿足了低頻大角位移角振動傳感器標(biāo)定的需求。
[0088]3、本實用新型當(dāng)臺面輸出的角位移量(峰峰值)與動圈有效導(dǎo)線所占角度之和小于或等于磁鋼扇形角時，使角振動臺處于小位移高頻工作狀態(tài)，導(dǎo)磁環(huán)通過抱閘組件鎖緊，采用氣缸作為動力源，氣源與空氣軸承氣源為同一支路，具有鎖緊平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。
[0089]4、本實用新型采用永磁式磁路結(jié)構(gòu)，省去了勵磁線圈，減小勵磁系統(tǒng)的損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，磁路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運行可靠。
[0090]5、本實用新型采用電粘彈簧反饋控制轉(zhuǎn)動部件的平衡位置，傳統(tǒng)的機械彈簧具有非線性、時變、遲滯等缺陷，影響角振動臺輸出運動量波形的失真度，而電粘彈簧反饋控制可控性好，具有線性、非時變、無遲滯的優(yōu)點，降低輸出運動量波形的失真度。
[0091]實施例2
[0092]參照圖9
[0093]本實施例與實施例一的區(qū)別在于空氣軸承的具體結(jié)構(gòu)，除空氣軸承以外的其他組件結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0094]具體來說:空氣軸承包括軸承座C-1和軸承本體C-2，主軸B-2套接于軸承本體C-2內(nèi)，軸承本體C-2套接于軸承座C-1內(nèi)，軸承座C-1與軸承本體C-2固定，主軸B-2底部設(shè)有與軸承本體C-2配合的臺階；
[0095]軸承本體C-2的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進氣凹槽C-21，軸承座C-1上設(shè)有與進氣凹槽C-21連通的進氣孔C-11，軸承本體C-2上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體C-2與主軸B-2之間的徑向?qū)饪祝瑢怏w導(dǎo)向軸承本體C-2與工作臺面B-1之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體C-2與主軸B-2的臺階之間的下軸向?qū)饪?，徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔C-3，且沿圓周方向均勻分布。
[0096]進氣孔C-11、進氣凹槽C-21、徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪捉M成進氣通道，進氣孔C-11與高壓氣源連接。
[0097]上軸向?qū)饪着c第一徑向?qū)饪走B通形成上T型氣道C-22，下軸向?qū)饪着c第二徑向?qū)饪走B通形成下T型氣道C-23，上T型氣道C-22和下T型氣道C-23對稱設(shè)置，第一徑向?qū)饪缀偷诙较驅(qū)饪着c進氣凹槽C-21連通。
[0098]軸承本體C-2的上端面與工作臺面B-1的下端面之間形成氣膜，該氣膜稱為上止推部氣膜；軸承本體C-2的下端面與主軸的臺階的上端面之間形成氣膜，該氣膜稱為下止推部氣膜；軸承本體C-2的內(nèi)表面與主軸B-2的外表面之間形成氣膜，該氣膜稱為軸頸部氣膜；上止推部氣膜，下止推部氣膜和軸頸部氣膜使主軸與軸承本體之間不直接接觸，從而降低了摩擦力，降低了輸出波形的失真度。
[0099]為了優(yōu)化空氣軸承的排氣性能，保持氣膜的均勻穩(wěn)定，限定:主軸B-2中空形成排氣腔B-24，主軸B-2的上端設(shè)有將軸承本體C-2與工作臺面B-1之間的氣體引入排氣腔B-24的第一排氣通道，軸承本體C-2上設(shè)有將主軸B-2與軸承本體C-2之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸B-2的臺階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體C-2上，第二排氣通道與進氣凹槽C-21相互隔離。
[0100]第一排氣通道包括設(shè)置于主軸B-2上端面的圓周槽B-22，將軸承本體C_2與工作臺面B-1之間的氣體排入圓周槽B-22的毛細(xì)孔B-21和將圓周槽B-22內(nèi)的氣體排入排氣腔B-24的軸向孔B-23 ;毛細(xì)孔B-21有多個，毛細(xì)孔B-21沿圓周槽B-22均勻分布；軸向孔B-23有多個，軸向孔B-23沿圓周槽B-22均勻分布；毛細(xì)孔B-21沿主軸B-2上端面的徑向開設(shè)，軸向孔B-23沿主軸B-2軸向開設(shè)。
[0101]第二排氣通道包括徑向排氣孔C-26和軸向排氣孔C-27，徑向排氣孔C_26 —端與軸承本體C-2和主軸B-2之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔C-27連通；軸向排氣孔C-27的出氣口作為第二排氣通道的排氣口 ；徑向排氣孔C-26將軸頸部氣膜的氣體引入軸向排氣孔C-27，再由軸向排氣孔C-27將氣體向外排出。
[0102]徑向排氣孔C-26貫穿軸承本體C-2，徑向排氣孔C-26與進氣凹槽C_21連通的一端設(shè)有堵頭C-4，從而避免第二排氣通道的氣體進入進氣凹槽C-21內(nèi)，使第二排氣通道與進氣凹槽C-21相互獨立，且方便徑向排氣孔C-26的加工。
[0103]外殼包括與底座F-2固定的筒體F-3和與空氣軸承的軸承座C-1固定的減震塊F-1，抱閘組件位于筒體F-3與減震塊F-1之間；排氣腔B-24和動圈組件與中心磁極E-2、磁鋼E-3之間的空間連通，第二排氣通道和減震塊F-1與動圈組件之間的空間連通；第一排氣通道將上止推部氣膜的氣體排入排氣腔B-24內(nèi)，排氣腔B-24將氣體排入中心磁極E-2、磁鋼E-3和動圈組件之間，起到冷卻動圈組件的作用；第二排氣通道將軸頸部氣膜的氣體排入動圈組件與減震塊F-1之間，也起到冷卻動圈組件的作用；第一排氣通道和第二排氣通道的氣體除了流經(jīng)動圈組件外，最后通過中心磁極E-2、芯軸E-10、底座F-2的中心孔以及底座F-2底面上的排氣槽F-21組成的排氣通道將氣體排入大氣中。
[0104]本實施例的優(yōu)點在于:采用空氣軸承支撐，形成的上止推部氣膜、下止推部氣膜、軸頸部氣膜完成對動圈轉(zhuǎn)動部件的軸向和徑向支撐，轉(zhuǎn)動部件和靜止零件通過氣膜實現(xiàn)無接觸支撐，無摩擦或摩擦力小，運行平穩(wěn)，提高轉(zhuǎn)動部件的回轉(zhuǎn)精度，改善角振動臺輸出波形失真度以及減小橫向擺動量的優(yōu)點。并且，空氣軸承的氣膜中溢出的氣體還可以起到冷卻動圈組件的作用。
[0105]實施例3
[0106]參照圖10、11、12
[0107]本實施例與實施例1的區(qū)別之處在于動圈組件的線圈，除線圈以外的其他組件結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0108]如圖10所示，動圈組件的線圈B-4覆蓋于動圈基體B-3的外側(cè)面。如圖11所示，線圈包括線圈繞組B-4-1和絕緣層B-4-3，線圈繞組B-4-1和絕緣層B-4-3間隔設(shè)置，線圈繞組B-4-1至少具有一層，絕緣層B-4-3由環(huán)氧樹脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線圈繞組B-4-1。如圖12所示，線圈繞組包括第一線圈B-4-1-1和第二線圈B-4-1-2，第一線圈B-4-1-1逆時針從內(nèi)向外繞線，第二線圈B-4-1-2順時針從外向內(nèi)繞線，第一線圈B-4-1-1和第二線圈B-4-1-2處于同一層，第一線圈B-4-1-1和第二線圈B-4-1-2分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線段B-4-11和連接導(dǎo)線段B-4-12組成，通電的有效導(dǎo)線段B-4-11在磁場內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線段B-4-12在磁場外。
[0109]等間隔分布的有效導(dǎo)線段B-4-11組成一個安培力發(fā)生部B-4-1-3，安培力發(fā)生部B-4-1-3的數(shù)量是線圈繞組B-4-1個數(shù)的兩倍，各個安培力發(fā)生部B-4-1-3包含的有效導(dǎo)線段B-4-11數(shù)量相同，線圈繞組B-4-1的每匝導(dǎo)線之間填充有環(huán)氧樹脂膠，線圈繞組B-4-1之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0110]制作線圈繞組B-4-1時，先制作能恰好包圍動圈基體B-3外側(cè)面的平面銅板，再在平面銅板上用線切割或者雕刻的方式加工出線圈繞組B-4-1的如圖12的走線形狀和走線方式，然后將平面銅板線圈纏繞固定在動圈基體B-3的外側(cè)面上，同時在線圈繞組B-4-1的外側(cè)面和中間挖空區(qū)域纏繞玻璃布，并灌注環(huán)氧樹脂膠，一邊纏繞，一邊灌注，等環(huán)氧固化后，采用車削工藝加工使得當(dāng)前層的線圈繞組B-4-1與動圈基體B-3形成新的光滑平整的圓柱動圈基體B-3。制作下一層線圈繞組B-4-1時，以新的動圈基體B-3的外側(cè)面為參照制備平面銅板，新增加層的線圈繞組B-4-1與第一層線圈繞組B-4-1的纏繞方式相同，并保證每個線圈繞組B-4-1的安培力發(fā)生部位置相互對齊重疊，制作其他層線圈繞組B-4-1時，規(guī)律依次類推。
[0111]線圈繞組B-4-1中的有效導(dǎo)線段B-4-11和連接導(dǎo)線段B_4_12的拐角處通過圓角過渡，避免線圈繞組B-4-1加工和固定時應(yīng)力集中和損傷。
[0112]由于繞制動圈時相鄰安培力發(fā)生部導(dǎo)線的電流方向相反，為了能使安培力相疊力口，對磁鋼E-3做以下限定:磁鋼E-3沿中心磁極E-2的圓周均勻分布；磁鋼E-3的充磁方向為徑向，相鄰的磁鋼E-3充磁方向相反，磁鋼E-3固定于中心磁極E-2上。
[0113]本實施例的優(yōu)點在于:線圈繞組通過線切割或雕刻形成，布線均勻，受力均勻，同時降低了線圈繞組的繞線難度，簡化繞線工藝。
[0114]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種寬頻帶大位移角振動臺，包括外殼、工作臺面、帶動工作臺面旋轉(zhuǎn)的主軸、動圈組件、磁路組件、抱閘組件、帶動磁路組件旋轉(zhuǎn)的電機及其閉環(huán)控制組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器； 其特征在于:主軸與動圈組件固定連接，磁路組件通過連接件與電機轉(zhuǎn)子固定連接； 動圈組件包括與主軸連接的動圈基體和纏繞在動圈基體上的線圈，動圈基體與主軸固定連接； 磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，并由導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極同軸，磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間，磁鋼吸附于中心磁極上；動圈組件位于磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)之間，動圈組件與導(dǎo)磁環(huán)同軸； 外殼上設(shè)有使磁路組件制動的抱閘組件，抱閘組件包括制動襯套、配油套和帶活塞的油缸，制動襯套包括環(huán)形的薄壁形變部和分別位于薄壁形變部兩端的上連接部和下連接部，上連接部和下連接部凸出于薄壁形變部，上連接部和下連接部分別與配油套通過密封圈進行密封連接，制動襯套和配油套圍成液壓油容腔，配油套設(shè)有連通油缸與液壓油容腔的連接通道，配油套與油缸之間設(shè)置有密封圈；液壓油從油缸壓入液壓油容腔時，磁路組件制動；液壓油回流到油缸時，磁路組件隨電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:連接件包括旋轉(zhuǎn)組件和連接環(huán)，旋轉(zhuǎn)組件包括固定于底座中央的芯軸和可轉(zhuǎn)動的安裝于芯軸上的轉(zhuǎn)體，芯軸與轉(zhuǎn)體之間設(shè)有滾動軸承。
3.如權(quán)利要求2所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:轉(zhuǎn)體包括與中心磁極固定的第一連接部，與電機轉(zhuǎn)子固定的第二連接部和與連接環(huán)固定的第三連接部；連接環(huán)一端與導(dǎo)磁環(huán)固定，另一端與第三連接部固定。
4.如權(quán)利要求3所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:連接環(huán)上設(shè)有第一圓光柵，壓板上設(shè)有第一讀數(shù)頭及其安裝架，第一圓光柵和第一讀數(shù)頭形成檢測電機運動的第一角位移傳感器，壓板固定于電機支承座上，壓板為一圓環(huán)形的連接板。
5.如權(quán)利要求4所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:抱閘組件的油缸活塞與制動氣缸的推桿固定連接，抱閘組件的油缸包括缸體、與缸體內(nèi)腔適配的活塞和設(shè)置于缸體上的密封件和密封調(diào)節(jié)件，密封件與活塞密封配合，缸體設(shè)有容納密封件和密封調(diào)節(jié)件的容納槽，容納槽與缸體的上部分形成托持密封件的臺階，密封調(diào)節(jié)件通過臺階將密封件壓緊。
6.如權(quán)利要求5所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:電粘彈性反饋組件包括第二角位移傳感器、反饋單元、信號發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動臺；第二角位移傳感器由第二讀數(shù)頭和第二圓光柵兩部分組成，第二圓光柵安裝在工作臺面上，第二讀數(shù)頭通過安裝架固定在空氣軸承的軸承座上；第二角位移傳感器用于檢測動圈組件和工作臺面輸出的角位移信號，該角位移信號被輸入到反饋單元，反饋單元將輸入的信號放大獲得第一輸出信號、并將輸入的信號先微分處理后再放大獲得第二輸出信號、再將第一輸出信號與第二輸出信號疊加獲得反饋單元輸出信號，反饋單元輸出信號與信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)減法器求差，得到偏差信號，接著偏差信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，驅(qū)動角振動臺運動，從而實現(xiàn)角振動臺轉(zhuǎn)動部件的電粘彈性反饋控制； 控制電機運動的閉環(huán)控制組件由檢測動圈組件運動的第二角位移傳感器、減法器、電機控制器、電機驅(qū)動器、電機和檢測電機角位移的第一角位移傳感器組成；第一角位移傳感器檢測電機的角位移，將檢測到的角位移信號輸入給減法器，與第二角位移傳感器輸出的角位移信號進行求差運算，得到的偏差信號經(jīng)電機控制器處理后輸入給電機驅(qū)動器，然后驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，這樣能保證動圈組件與電機帶動磁路組件同步轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:空氣軸承包括軸承座和軸承本體，主軸套接于軸承本體內(nèi)，軸承本體套接于軸承座內(nèi)，軸承座與軸承本體固定,主軸底部設(shè)有與軸承本體配合的臺階； 軸承本體的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進氣凹槽，軸承座上設(shè)有與進氣凹槽連通的進氣孔，軸承本體上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體與主軸之間的徑向?qū)饪?，將氣體導(dǎo)向軸承本體與工作臺面之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體與主軸的臺階之間的下軸向?qū)饪?，徑向?qū)饪住⑸陷S向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔，且沿圓周方向均勻分布。
8.如權(quán)利要求7所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:主軸中空形成排氣腔，主軸的上端設(shè)有將軸承本體與工作臺面之間的氣體引入排氣腔的第一排氣通道，軸承本體上設(shè)有將主軸與軸承本體之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸的臺階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體上，第二排氣通道與進氣凹槽相互隔離； 第一排氣通道包括設(shè)置于主軸上端面的圓周槽，將軸承本體與工作臺面之間的氣體排入圓周槽的毛細(xì)孔和將圓周槽內(nèi)的氣體排入排氣腔的軸向孔；毛細(xì)孔有多個，毛細(xì)孔沿圓周槽均勻分布；軸向孔有多個，軸向孔沿圓周槽均勻分布；毛細(xì)孔沿主軸上端面的徑向開設(shè)，軸向孔沿主軸軸向開設(shè)； 第二排氣通道包括徑向排氣孔和軸向排氣孔，徑向排氣孔一端與軸承本體和主軸之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔連通；軸向排氣孔的出氣口作為第二排氣通道的排氣口 ；徑向排氣孔將軸頸部氣膜的氣體引入軸向排氣孔，再由軸向排氣孔將氣體向外排出； 徑向排氣孔貫穿軸承本體，徑向排氣孔與進氣凹槽連通的一端設(shè)有堵頭。
9.如權(quán)利要求8所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:外殼包括與底座固定的筒體和與空氣軸承的軸承座固定的減震塊，抱閘組件位于筒體與減震塊之間；排氣腔和動圈組件與中心磁極、磁鋼之間的空間連通。
10.如權(quán)利要求9所述的寬頻帶大位移角振動臺，其特征在于:動圈組件的線圈覆蓋于動圈基體的外側(cè)面，線圈包括線圈繞組和絕緣層，線圈繞組和絕緣層間隔設(shè)置，線圈繞組至少具有一層，絕緣層由環(huán)氧樹脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線圈繞組； 每個線圈繞組包括第一線圈和第二線圈，第一線圈逆時針從內(nèi)向外繞線，第二線圈順時針從外向內(nèi)繞線，第一線圈和第二線圈處于同一層，第一線圈和第二線圈分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線段和連接導(dǎo)線段組成，通電的有效導(dǎo)線段在磁場內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線段在磁場外； 等間隔分布的有效導(dǎo)線段組成一個安培力發(fā)生部，安培力發(fā)生部的數(shù)量是線圈繞組個數(shù)的兩倍，各個安培力發(fā)生部包含的有效導(dǎo)線段數(shù)量相同，線圈繞組的每匝導(dǎo)線之間填充有環(huán)氧樹脂膠，線圈繞組之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
【文檔編號】G01D18/00GK204064331SQ201420503743
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】何聞, 唐波, 賈叔仕, 周杰 申請人:浙江大學(xué)