專利名稱：力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種電磁驅(qū)動器技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺。
背景技術(shù)：
近些年來，由于航天、航空、航海領(lǐng)域航行器或精密設(shè)備的工況環(huán)境下振動測試的需要，高性能振動測試設(shè)備的需求越來越迫切。目前振動設(shè)備主要有液壓、氣動、電磁以及機(jī)械振動設(shè)備幾種類型。其中液壓、氣動和機(jī)械類振動設(shè)備由于可實現(xiàn)的驅(qū)動頻率低，驅(qū)動控制環(huán)節(jié)多已不能適合航天等領(lǐng)域振動測試性能的要求。電磁驅(qū)動由于采用電磁信號控制，驅(qū)動的實現(xiàn)靠電磁能作用實現(xiàn)，控制方便、響應(yīng)靈敏，特別適合實現(xiàn)高頻振動設(shè)備的實現(xiàn)，因此目前的高性能振動設(shè)備多數(shù)采用電磁驅(qū)動的驅(qū)動環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。如英國Ling公司的電磁振動臺，其設(shè)備驅(qū)動工作原理是基于音圈電機(jī)驅(qū)動原理，通常驅(qū)動線圈作為定子，通過交變電磁力驅(qū)動一個懸浮在驅(qū)動線圈中央的動子，產(chǎn)生振動。然而，這類電磁驅(qū)動振動臺也存在明顯的缺陷，主要是由于動子始終處于懸浮工作狀態(tài)，5Hz以下的振動驅(qū)動難以實現(xiàn)， 驅(qū)動過程中由于這種懸浮驅(qū)動使得驅(qū)動過程中的動剛性不足，另外其高頻驅(qū)動位移較小， 驅(qū)動振幅不精確，驅(qū)動能耗較大。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號ZL200820087256. 0申請日2008_5_16， 記載了一種“一種電磁振動臺”，該技術(shù)包括臺體，臺體包括第一磁體、第一過渡塊、中心導(dǎo)磁柱、第二過渡塊、第二磁體，中心導(dǎo)磁柱上套設(shè)有動圈；還包括運(yùn)動臺和兩條框狀氣浮導(dǎo)軌，運(yùn)動臺可滑動地設(shè)于氣浮導(dǎo)軌內(nèi)；還包括驅(qū)動電機(jī)、與之連接的絲桿，絲桿與一拖板連接，引線及氣管均與拖板連接；氣浮導(dǎo)軌上還安裝有光柵尺，運(yùn)動臺上還設(shè)有與光柵尺相對的光柵讀數(shù)頭及與光柵讀數(shù)頭連接的通信塊，通信塊與一控制器連接，驅(qū)動電機(jī)與控制器信號連接。該專利優(yōu)點在于提供了一種具有完整外圍設(shè)備的電磁振動臺，通過控制器控制電機(jī)驅(qū)動絲桿牽引拖板跟隨運(yùn)動臺同步運(yùn)動，使進(jìn)氣管及接電引線的附加力不影響振動臺大行程及低頻波形的失真度。但是該現(xiàn)有技術(shù)是通過“設(shè)有動圈”的音圈電機(jī)驅(qū)動形式實現(xiàn)，并且需要驅(qū)動電機(jī)、與之連接的絲桿等驅(qū)動傳遞環(huán)節(jié)。這樣，基于動圈驅(qū)動的振動設(shè)備首先存在較難或無法實現(xiàn)5Hz以內(nèi)的低頻驅(qū)動，并且其驅(qū)動涉及的部件和環(huán)節(jié)多，驅(qū)動中還需要電機(jī)和絲杠絲桿機(jī)構(gòu)通過控牽引拖板跟隨運(yùn)動臺同步運(yùn)動，以及存在進(jìn)氣管及接電引線的牽扯及附加力等副作用，使整個平臺不能實現(xiàn)高效的直接驅(qū)動以及高可靠性驅(qū)動。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，利用方向異形的磁能體在電、磁激勵作用下產(chǎn)生磁極偏轉(zhuǎn)而使方向異形的磁能體在其長度方向發(fā)生變化的過程中產(chǎn)生對與其接觸的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生剛性的直接推動的作用，而產(chǎn)生大驅(qū)動效果。本裝置實現(xiàn)通過電磁激勵剛性磁能體產(chǎn)生直接位移驅(qū)動的一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和驅(qū)動效率高、無動圈和導(dǎo)線隨動牽扯隱患，振幅精確可控，可實現(xiàn)從5Hz以下，即從準(zhǔn)靜態(tài)到高頻的寬頻、大負(fù)載、大位移振動裝置或設(shè)備。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括殼體、電磁線圈、磁能體和載物機(jī)構(gòu)，其中兩個磁能體分別以水平轉(zhuǎn)軸方式上下設(shè)置于殼體內(nèi)部且相互接觸，電磁線圈設(shè)置于殼體內(nèi)部并正對第二磁能體，載物機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于殼體的頂部并與一個磁能體相接觸。所述的殼體包括底座、轉(zhuǎn)軸支撐框架、磁路內(nèi)框體和機(jī)身外框體，其中機(jī)身外框體與底座固定連接，轉(zhuǎn)軸支撐框架和磁路內(nèi)框體分別同定設(shè)置于機(jī)身外框體內(nèi)且位于電磁線圈的內(nèi)部和外部。所述的磁能體由活動設(shè)置于殼體內(nèi)部且分別與載物機(jī)構(gòu)和第二磁能體相接觸的第一磁能體以及固定設(shè)置于殼體內(nèi)部下方的第二磁能體組成，其中第一磁能體為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二磁能體為方向異形結(jié)構(gòu)。所述的第一次磁能體與殼體內(nèi)部之間設(shè)有復(fù)位彈性體。所述的電磁線圈為一個或多個電磁螺線管，具體位于殼體內(nèi)并設(shè)置于第二磁能體的外側(cè)。所述的載物機(jī)構(gòu)包括由上而下依次固定連接的載物臺、結(jié)構(gòu)傳感器、位移輸出盤和位移輸出桿體，其中位移輸出桿體與殼體活動連接且其下端與磁能體相接觸。所述的載物機(jī)構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向軸，該導(dǎo)向軸具體位于位移輸出盤的下表面且與殼體活動連接，實現(xiàn)導(dǎo)向。本實用新型振動臺初始工作狀態(tài)，在未通入電磁激勵信號前，通過回復(fù)彈性體作用，磁能體被時復(fù)彈性體壓力約束在水平方向上，此時磁極處于水平方向上。工作時，對電磁線圈通電，由于電磁場方向與初始磁能體磁極方向垂直，當(dāng)電磁場強(qiáng)度足夠時，磁能體將發(fā)生磁極偏轉(zhuǎn)，隨著磁極偏轉(zhuǎn)磁能體的長度方向也從水平方向向豎直方向變化，磁能體向豎直方向偏轉(zhuǎn)，從而在克服回復(fù)彈性約束力的同時，頂著對轉(zhuǎn)軸承旋轉(zhuǎn)的同時頂動位移輸出桿體向上移動，進(jìn)而頂動位移輸出盤以及結(jié)構(gòu)傳感器最終驅(qū)動載物臺和其上將放置的被測試件向上移動。該移動的距離與電磁場強(qiáng)度或外加電流強(qiáng)度成正比，可以通過施加電流對應(yīng)控制，最大位移為方向異形磁能體中心到磁極方向上端部頂點的距離與到和磁極方向垂直的方向上端部頂點的距離差值。當(dāng)位移輸出桿體被頂起之后，切斷電流或施加反向電流，那么磁能體將在回復(fù)彈性體的回復(fù)壓力作用下，或回復(fù)彈性體回復(fù)壓力和反向電磁力合力作用下發(fā)轉(zhuǎn)直至水平位置，這樣位移輸出桿體進(jìn)而載物臺和其上的測試件會時落。這樣，本新型裝置隨給電磁線圈加電流或斷電，會隨著電磁線圈中施加正反向變化電流，載物臺上的測試件實現(xiàn)一次上下往復(fù)運(yùn)動的過程?；诖?，給線圈重復(fù)通、斷電流或通入交變電流，那么本新型振動臺將實現(xiàn)上下往復(fù)振動過程。該振動的振幅和振動頻率均可以通過施加電流信號的強(qiáng)弱和頻率作對應(yīng)控制。本實用新型的振動臺，在載物臺和位移輸出盤之間設(shè)有具有足夠連接強(qiáng)度的拉壓力結(jié)構(gòu)傳感器，當(dāng)載物臺推動測試件抬升會回拉下落時，位移輸出盤傳遞到測試件上的推力和拉力可以被結(jié)構(gòu)傳感器等量實時傳感。所以，本實用新型的振動臺不僅可以實現(xiàn)振動臺功效，而且這振動過程中施加在測試件上的驅(qū)動力和驅(qū)動加速度或驅(qū)動平率都可以被實時檢測到，從而最終實現(xiàn)力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺。[0015]本實用新型涉及一種力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動系統(tǒng)，由上述若干個力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺以直線陣列式、平而陣列式或三維立體陣列式且并聯(lián)或串聯(lián)其電磁線圈組成。該系統(tǒng)可用于模擬實現(xiàn)對如橋梁等大型有較長“長度”設(shè)施的抗振動、抗外載荷實驗測試工作、用于模擬實現(xiàn)對交通工具、大型建筑物的如道路表面、海浪、地震等影響的抗振動、抗外載荷實驗測試研究或者用于模擬實現(xiàn)對交通工具、大型建筑物三維的外載荷沖擊、振動以及力作用下的抗外力、抗振動、抗外載荷實驗測試研究。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1.實現(xiàn)了基于電磁和磁能體復(fù)合磁能作用下的直接振動驅(qū)動，驅(qū)動效率高，節(jié)能；2、振動運(yùn)動驅(qū)動直接，機(jī)構(gòu)簡單，剛性好，可靠性好；3、驅(qū)動振動頻率可完全由外部施加電信號控制，可實現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)到高頻的寬頻振動；4、容易實現(xiàn)大振幅驅(qū)動；也容易實現(xiàn)微小振幅；振動位移精確可控；5.伸縮應(yīng)力、應(yīng)變大小和精度可以通過精確施加磁場或電流的強(qiáng)度來控制，控制簡單、方便；6、具有結(jié)構(gòu)傳感環(huán)節(jié)，振動驅(qū)動過程中施加在被測件上的驅(qū)動力、加速度、位移等可以被實施監(jiān)測或換算得到，從而方便實現(xiàn)振動測試的閉環(huán)控制。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；其中(a)為無壓力狀態(tài)示意圖，(b)為壓力狀態(tài)示意圖。圖2為實施例力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動系統(tǒng)示意圖；其中(a)為直線陣列，(b)為平面陣列，(C)為立體陣列。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖1所示，本實施例包括殼體1、電磁線圈2、磁能體3、4和載物機(jī)構(gòu)5，其中兩個磁能體3、4分別以水平轉(zhuǎn)軸方式上下設(shè)置于殼體1內(nèi)部且相互接觸，電磁線圈2位于殼體內(nèi)部并正對第二磁能體4，載物機(jī)構(gòu)5活動設(shè)置于殼體1的頂部并與一個磁能體相接觸。所述的殼體1包括底座6、轉(zhuǎn)軸支撐框架7、磁路內(nèi)框體8和機(jī)身外框體9，其中 機(jī)身外框體9與底座6固定連接，轉(zhuǎn)軸支撐框架7和磁路內(nèi)框體8分別固定設(shè)置于機(jī)身外框體9內(nèi)且位于電磁線圈2的內(nèi)部和外部。所述的機(jī)身外框體9內(nèi)部以及磁路內(nèi)框體8內(nèi)部均充有冷卻介質(zhì)10 ；所述的磁能體由活動設(shè)置于殼體1內(nèi)部且分別與載物機(jī)構(gòu)5和第二磁能體4相接觸的第一磁能體3以及固定設(shè)置于殼體1內(nèi)部下方的第二磁能體4組成，其中第一磁能體 3為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二磁能體4為橢圓柱型結(jié)構(gòu)。[0033]所述的第一次磁能體3與殼體1內(nèi)部之間設(shè)有復(fù)位彈簧11。所述的電磁線圈2為一個或多個電磁螺線管，具體位于殼體內(nèi)并設(shè)置于第二磁能體4的外側(cè)，當(dāng)電磁線圈2為一個電磁螺線管時則將磁能體4置于其中心位置當(dāng)電磁線圈 2為兩個以上電磁螺線管時則均勻設(shè)置于第二磁能體4的外側(cè)。所述的載物機(jī)構(gòu)5包括由上而下依次固定連接的載物臺12、結(jié)構(gòu)傳感器13、位移輸出盤14和位移輸出桿體15，其中位移輸出桿體15與殼體1活動連接且其下端與磁能體相接觸。所述的位移輸出桿與殼體1之間設(shè)有直線軸承16。所述的結(jié)構(gòu)傳感器13為壓電力傳感器。所述的載物機(jī)構(gòu)5上設(shè)有導(dǎo)向軸17，該導(dǎo)向軸17具體位于位移輸出盤14的下表面且與殼體1活動連接，實現(xiàn)導(dǎo)向。所述的導(dǎo)向軸17與殼體1之間設(shè)有直線軸承16。本裝置初始工作狀態(tài)，在未通入電磁激勵信號前，通過復(fù)位彈性體為復(fù)位彈簧11 作用，磁能體為永磁體及其外包底座6被復(fù)位彈性體為復(fù)位彈簧11壓力約束在水平方向上，此時永磁體磁極處于水平方向上。工作時，對電磁線圈2通電，由于其產(chǎn)生的電磁場方向與初始永磁體磁極方向垂直，當(dāng)電磁場強(qiáng)度足夠時，永磁體將發(fā)生磁極偏轉(zhuǎn)，隨著磁極偏轉(zhuǎn)永磁體的長度方向也從水平方向向豎直方向變化，永磁體向豎直方向偏轉(zhuǎn)，從而在克服復(fù)位彈簧11約束力的同時，頂著對轉(zhuǎn)軸承轉(zhuǎn)動的同時頂動位移輸出桿體15向上移動，進(jìn)而頂動位移輸出盤14以及結(jié)構(gòu)傳感器13最終驅(qū)動載物臺12和其上將放置的被測試件向上移動，如圖虛線所示。該移動的距離與電磁場強(qiáng)度或外加電流強(qiáng)度成正比，可以通過施加電流對應(yīng)控制，最大位移為第二磁能體為方向異形的橢圓柱形永磁體中心到磁極方向上端部頂點的距離與到和磁極方向垂直的方向上的端部頂點的距離差值。當(dāng)位移輸出桿體15被頂起之后， 切斷電流或施加反向電流，那么永磁體將在復(fù)位彈簧11的回復(fù)壓力作用下，或復(fù)位彈簧11 的回復(fù)壓力和反向電磁力合力作用下發(fā)轉(zhuǎn)直至水平位置，這樣位移輸出桿體15進(jìn)而載物臺12和其上的測試件會回落。整個驅(qū)動過程中，位移輸出桿體15的移動以及位移輸出盤 14的移動都由設(shè)置在機(jī)身外框體9上的直線軸承16，以及導(dǎo)向軸17和直線軸承16導(dǎo)向， 致使驅(qū)動振動運(yùn)動更平穩(wěn)。另外，介于位移輸出盤14和機(jī)身外框架體上端蓋之間的導(dǎo)向軸 17外側(cè)包裹有橡膠支撐彈性體18，這一方而可以起到緩沖載物臺12時落時位移輸出桿體 15對永磁體的沖擊，另一方便可以分擔(dān)位移輸出桿體15承載被測試負(fù)載的能力，使位移輸出桿體15可以驅(qū)動更大質(zhì)量的測試件。另外，在振動臺工作過程中，在機(jī)身外框架體和磁路內(nèi)框體8中的空隙部分可充填石蠟等相變類冷卻介質(zhì)10，以阻止電磁線圈2發(fā)熱。這樣，根據(jù)以上說明，本裝置隨給電磁線圈2加電流或斷電，會隨著電磁線圈2中施加正反向變化電流，載物臺12上的測試件實現(xiàn)一次上下往復(fù)運(yùn)動的過程。基于此，給電磁線圈2重復(fù)通、斷電流或通入交變電流，那么本裝置將實現(xiàn)上下往復(fù)振動過程。該振動的振幅和振動頻率均可以通過施加電流信號的強(qiáng)弱和頻率作對應(yīng)控制。同時，本裝置的振動臺，在載物臺12和位移輸出盤14之間設(shè)有具有足夠連接強(qiáng)度的拉壓力結(jié)構(gòu)傳感器13為壓電力傳感器，當(dāng)載物臺12推動測試件抬升會回拉下落時，位移輸出盤14傳遞到測試件上的推力和拉力可以被壓力傳感器等量實時傳感。所以，本裝置的振動臺不僅可以實現(xiàn)振動臺功效，而且這振動過程中施加在測試件上的驅(qū)動力和驅(qū)動加速度或驅(qū)動頻率都可以被實時檢測或通過換算得到，從而最終實現(xiàn)力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺。實施例2如圖2所示，本實施例通過將上述若干個力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺19以直線陣列式、平面陣列式或三維立體陣列式排列，激勵相應(yīng)的被驅(qū)動體或被驅(qū)動體陣列20，并分別獨立控制或并或串聯(lián)其電磁線圈組成相應(yīng)力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于模擬實現(xiàn)對如橋梁等大型有較長“長度”設(shè)施的抗振動、抗外載荷實驗測試工作、用于模擬實現(xiàn)對交通工具、大型建筑物的如道路表面、海浪、地震等影響的抗振動、抗外載荷實驗測試研究或者用于模擬實現(xiàn)對交通工具、大型建筑物三維的外載荷沖擊、振動以及力作用下的抗外力、抗振動、抗外載荷實驗測試研究。
權(quán)利要求1.一種力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，包括殼體、電磁線圈、磁能體和載物機(jī)構(gòu)， 其特征在于兩個磁能體分別以水平轉(zhuǎn)軸方式上下設(shè)置于殼體內(nèi)部且相互接觸，電磁線圈位于殼體內(nèi)部并正對第二磁能體，載物機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于殼體的頂部并與一個磁能體相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的殼體包括底座、轉(zhuǎn)軸支撐框架、磁路內(nèi)框體和機(jī)身外框體，其中機(jī)身外框體與底座固定連接，轉(zhuǎn)軸支撐框架和磁路內(nèi)框體分別固定設(shè)置于機(jī)身外框體內(nèi)且位于電磁線圈的內(nèi)部和外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的磁能體由活動設(shè)置于殼體內(nèi)部且分別與載物機(jī)構(gòu)和第二磁能體相接觸的第一磁能體以及同定設(shè)置于殼體內(nèi)部下方的第二磁能體組成，其中第一磁能體為圓柱形結(jié)構(gòu)，第二磁能體為方向異形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的第一次磁能體與殼體內(nèi)部之間設(shè)有復(fù)位彈性部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的電磁線圈為一個或多個電磁螺線管，具體位于殼體內(nèi)并設(shè)置于第二磁能體的外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的載物機(jī)構(gòu)包括；由上而下依次固定連接的載物臺、結(jié)構(gòu)傳感器、位移輸出盤和位移輸出桿體，其中 位移輸出桿體與殼體活動連接且其下端與磁能體相接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的位移輸出桿與殼體之間設(shè)有直線軸承。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的載物機(jī)構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向軸，該導(dǎo)向軸具體位于位移輸出盤的下表面且與殼體活動連接，實現(xiàn)導(dǎo)向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，其特征是，所述的導(dǎo)向軸與殼體之間設(shè)有直線軸承。
10.一種力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動系統(tǒng)，其特征在于由若干個上述任一權(quán)利要求所述力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺以直線陣列式、平面陣列式或三維立體陣列式排列且并聯(lián)或串聯(lián)其電磁線圈組成。
專利摘要一種電磁驅(qū)動器技術(shù)領(lǐng)域的力控型電磁永磁復(fù)合激勵振動臺，包括殼體、電磁線圈、磁能體和載物機(jī)構(gòu)，兩個磁能體分別以水平轉(zhuǎn)軸方式上下設(shè)置于殼體內(nèi)部且相互接觸，兩個電磁線圈分別設(shè)置于殼體內(nèi)部且位于磁能體兩側(cè)，載物機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于殼體的頂部并與一個磁能體相接觸。本裝置實現(xiàn)通過電磁激勵剛性磁能體產(chǎn)生直接位移驅(qū)動的一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和驅(qū)動效率高、無動圈和導(dǎo)線隨動牽扯隱患，振幅精確可控，可實現(xiàn)從5Hz以下，即從準(zhǔn)靜態(tài)到高頻的寬頻、大負(fù)載、大位移振動裝置或設(shè)備。
文檔編號B06B1/04GK202052684SQ20112002963
公開日2011年11月30日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者孟光, 楊斌堂 申請人:上海交通大學(xué)