串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，屬電機【技術領域】，它包括初級和次級，初級和次級之間為氣隙。所述初級由導磁的鐵心、永磁體和勵磁線圈組成。永磁體表貼在初級鐵心表面，或內置在鐵心表面開的淺槽內。勵磁線圈繞制在初級鐵心的齒或軛上。永磁體與勵磁線圈與鐵心形成串聯的磁路。所述次級由導磁且高導電的板結構，或者由高導電材料和高導磁基板形成的復合結構。初級永磁體、勵磁繞組和鐵心上串聯磁路的磁力線穿過次級，形成閉合磁回路。當初級和次級相對運動時，次級上磁通發生變化，感應產生電渦流，從而產生渦流阻力。本發明解決了現有阻尼器控制性差，力密度低的問題。
【專利說明】串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器
【技術領域】
[0001]本發明屬直線電機及阻尼器【技術領域】，特別涉及一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器。
【背景技術】
[0002]較之于旋轉電機系統，直接驅動直線電機系統簡化了中間傳動機構，因此具有結構簡單，動態性能好，控制精度高，傳動效率高等優點，因此在高精密加工裝備、電動汽車等領域的各種運動控制系統中，具有廣泛的應用前景。
[0003]由于直線電機系統省去了中間傳動機構，使得外界負載的擾動及沖擊都直接加載在電機上，使得系統的抗干擾能力弱，從而制約了系統穩定性、控制精度和可靠性的進一步提尚。
[0004]在直線電機系統中，通常通過安裝阻尼器產生阻尼力，以減小系統內外的擾動及沖擊對系統的影響。已有的阻尼器中廣泛采用機械阻尼器和基于新型功能材料(如壓電材料、超磁致伸縮材料)的阻尼器。其中機械阻尼器具有維護復雜，阻尼力可控性差的缺點，因此難以滿足高精度運動控制的要求。而基于性能功能材料的阻尼器的成本高、控制難度大，也因此限制了其應用。
[0005]
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決現有高精度控制系統中使用的阻尼器結構復雜和可控性差的問題，提供一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器。
[0007]本發明的具體技術方案如下:
一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，它包括初級、次級以及初級與次級之間的氣隙，其中的初級或次級作為動子，所述初級由鐵心11、永磁體12和勵磁線圈13組成；初級鐵心11呈倒山形，包括中間一個寬齒111、兩側的兩個窄齒112和113、以及軛114 ;中間寬齒的長度短于兩側長齒；
所述永磁體包括兩個，分為永磁體121和122，兩永磁體分別表貼在窄齒112和113的內表面，也可以在鐵心窄齒內表面開淺槽，永磁體內置在淺槽內，以減小永磁體表貼的難度和提尚強度；
所述兩個永磁體沿水平方向充磁，且兩永磁體充磁方向相反；
所述次級2包括反應板21和次級鐵心22，反應板21包覆在次級鐵芯外，次級2位于初級內并與寬齒位置對應，兩永磁體121、122對應位于次級2的兩側；
所述勵磁線圈13繞制在初級鐵心的寬齒、窄齒或者軛上，勵磁線圈13中通直流電。
[0008]初級中，勵磁線圈13為一組繞制在初級鐵心的寬齒111上；
初級中，勵磁線圈采用兩組線圈131和132，它們分別繞制在初級鐵心的兩窄齒上，兩組線圈串聯或并聯連接，兩組線圈位于窄齒與寬齒之間的繞組的極性相同，位于窄齒外側的繞組的極性相反；
初級中，勵磁線圈采用兩組線圈133和134，它們分別繞制在寬齒與窄齒之間軛114上，兩組線圈串聯連接，繞制方向相反(即其中一個順時針繞制，另一個則逆時針繞制)。
[0009]反應板21為倒U型結構，采用低電阻率材料；次級鐵心22呈矩形，其內開有冷卻孔23，冷卻孔23形狀為類梯形結構。
[0010]該阻尼器采用多模塊化結構，它由N個上述阻尼器水平排列而成，其中N為多2的整數，N個阻尼器的次級鐵心下端通過支撐板連接形成一體。支撐板采用高強度，不導磁或弱導磁的材料。
[0011]初級I和次級2之間形成N個倒U型氣隙。
[0012]N個勵磁繞組13分別繞制在N個初級鐵心上，它們采用串接或并接方式，繞制在寬齒111、窄齒112和113或者繞制在軛114上；每個初級鐵心上繞組的繞組方法完全相同。
[0013]一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，它包括初級、次級以及初級與次級之間的氣隙，初級包括由兩個倒山字型初級鐵芯相對組合而成的環形鐵心5，兩個永磁體122和133，以及勵磁繞組組成；兩側的窄齒相連為一體，兩個初級鐵芯上分別繞有勵磁繞組，中間的寬齒相對設置，次級設置在兩寬齒之間，兩個永磁體分別表貼在兩側窄齒內表面上，兩個永體充磁方向相反。
[0014]所述次級由次級鐵心和反應板組成；初級和次級之間形成的氣隙為環形結構；勵磁線圈為兩組分別繞制在兩初級鐵心的寬齒上；
或勵磁線圈采用四組線圈，它們分別繞制在兩初級鐵心的兩窄齒上，四組線圈串聯或并聯連接；
或勵磁線圈采用四組線圈，它們分別繞制在寬齒與窄齒之間軛上，四組線圈串聯連接或并聯連接。
[0015]本發明的工作原理如下:
本發明中，永磁體12和勵磁線圈13中勵磁直流電流產生的磁通，經初級1、氣隙3和次級2形成閉合回路，磁通路徑為經初級鐵心寬齒111、窄齒112和113、軛114、倒U型氣隙3、次級反應板21和次級鐵心22閉合。當初級I和次級2相對運動時，次級2中磁場發生變化，根據電磁感應定律和楞次定律，次級反應板21中感應產生抑制磁場變化的電渦流，該電渦流與氣隙磁場相互作用，因此產生阻礙初級和次級相對運動的阻尼力。當初級I和次級2相對靜止時，次級反應板21中無感應電流，阻尼器不產生阻尼力。
[0016]通過調節勵磁線圈13中電流的大小，可以改變初級1、次級2和氣隙3中的磁場大小和分布，繼而改變次級反應板21中感應渦流的大小，從而調節阻尼器輸出阻尼力的大小。
[0017]本發明相比現有技術具有如下優點:
本發明設計的阻尼器，結構簡單、容易控制、具有較寬的阻尼力調節范圍、可靠性高，適用于直接驅動直線電機運行控制系統中，能提高系統的穩定性、抗干擾能力和控制精度。此外，本發明還適用于其它運動控制系統的阻尼器，如車輛懸架阻尼器、精密儀器振動抑制等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例一中阻尼器的結構示意圖。
[0019]圖2為實施例一中阻尼器的初級結構示意圖。
[0020]圖3為實施例一中阻尼器的次級結構示意圖。
[0021]圖4為實施例二中阻尼器的結構示意圖。
[0022]圖5為實施例三中阻尼器的結構示意圖。
[0023]圖6為實施例四中阻尼器的結構示意圖。
[0024]圖7為實施例五中阻尼器的結構示意圖。
[0025]圖8為實施例六中阻尼器的結構示意圖。
[0026]圖9和圖10為實施例七中阻尼器的結構示意圖。
[0027]圖中:1_初級；2_次級；3_氣隙；4_支撐板；5_環形鐵心；6_環形反應板；11-初級鐵心；12_永磁體；13_勵磁繞組；21_反應板；22_次級鐵心；23_冷卻孔；111_寬齒；112-窄齒；113-窄齒；114_軛；121-N極永磁體；122_S極永磁體；131-勵磁繞組；132_勵磁繞組；133_勵磁繞組；134_勵磁繞組。
[0028]
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明:
實施例一:如圖1、圖2和圖3所示，本發明的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，包括:初級1，次級2，初級和次級之間為氣隙3。直線電磁阻尼器的初級和次級可任選其一作為動子。
[0030]初級由初級鐵心11、永磁體12和勵磁線圈13組成。
[0031]初級鐵心11包括一個寬齒111、兩個窄齒分別為窄齒112和窄齒113，以及軛114。
[0032]永磁體121和永磁體122分別表貼在窄齒112和窄齒113的內表面，也可以在鐵心齒內表面可以開淺槽，永磁體內置在淺槽內，以減小永磁體表貼的難度和提高強度。兩個永磁體分別為N極永磁體121和S極永磁體122，它們沿水平方向充磁，充磁方向相反。
[0033]勵磁線圈13可以繞制在初級鐵心的寬齒111、窄齒112或者軛114上，勵磁線圈13中通直流電。本實例中是繞制在寬齒上，則在寬齒與其左右兩邊的窄齒形成的兩個空間槽內分別形成一正一負繞組，繞組中通入直流電。
[0034]次級2包括反應板21和次級鐵心22。反應板21為倒U型結構，采用低電阻率材料。次級鐵心22為矩形結構，采用導磁材料。其中寬齒的長度短于長齒，次級2位于初級內并與寬齒位置對應，兩永磁體對應位于次級2的兩側。中間寬齒的長度加上次級的長度，以及氣隙厚度約等于兩側窄齒長度。
[0035]實施例二:
如圖4所示，本實例中其它部分結構同實施例一，僅是次級鐵心22上可以開冷卻孔23，冷卻孔形狀可以為類梯形結構，該冷卻孔內可以通風、通水或油冷對次級進行冷卻，而且改冷卻孔的設置還能起到優化磁路，減小漏磁，減輕次級有效質量的作用。
[0036]實施例三:
如圖5所示，本實施例中其它部分結構同實施例一，僅是勵磁線圈繞制在初級鐵心11兩邊的兩個窄齒112和窄齒113上，形成兩個線圈，分別為勵磁線圈131和勵磁線圈132，兩個勵磁線圈可以串聯連接，也可以并聯連接，兩個線圈位于窄齒與寬齒之間的繞組的極性相同，線圈位于窄齒外的繞組的極性相反。這種繞組結構有利于提供更大的勵磁電流，從而更好地調節阻尼器阻尼力的大小。
[0037]實施例四:
如圖6所示，本實例中其它部分結構同實施例一，僅是勵磁線圈繞制在初級鐵心的軛上，形成兩個線圈，分別為勵磁線圈133和勵磁線圈134兩個線圈可以串聯連接，也可以并聯連接，它們的繞制方向相反，即其中一個順時針繞制，另一個則逆時針繞制。這種繞組結構也有利于提供更大的勵磁電流，從而更好使阻尼力有更寬的調節范圍。
[0038]實施例五:下面結合圖7說明本實施方式，本實施方式所述的
如圖7所示，本實例中串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器采用多模塊化結構，它包括二個直線電磁阻尼器，二個直線電磁阻尼器水平排列，相鄰窄齒側連為一體或為一體成型結構。
[0039]二個直線電磁阻尼器均由單個初級1、次級2和倒U型氣隙3組成，二個次級鐵心22通過下端支撐板4連接形成一體，支撐板采用高強度，不導磁或弱導磁的材料。
[0040]初級I和次級2之間形成二個倒U型氣隙。
[0041]二個勵磁繞組13分別繞制在二個初級鐵心上，它們可以串接，也可以并接，可以繞制在寬齒111、窄齒112和113或者軛114上。每個初級鐵心上繞組的繞組方法完全相同。
[0042]本實例還可以擴展為(N個模塊，N ^ 2的整數)多模塊化結構，從而可以有效增大阻尼器輸出阻尼力大小，并增大阻尼力調節范圍。
[0043]實施例六:
如圖8所示，本實例中串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器中，初級包括由兩個倒山字型初級鐵芯相對組合而成的環形鐵心5，兩個永磁體122和133，以及勵磁繞組組成；兩初級鐵芯兩側的窄齒相連為一體，兩個初級鐵芯上分別繞有勵磁繞組，兩初級鐵芯中間的寬齒相對設置，次級設置在兩初級鐵芯的寬齒之間，兩個永磁體分別表貼在兩側窄齒內表面上，兩個永體充磁方向相反。
[0044]次級由次級鐵心和反應板組成，初級和次級之間形成的氣隙為環形結構，兩個初級共用一個次級；勵磁線圈為二組分別繞制在兩初級鐵心的寬齒上。
[0045]實施例七:
本實施例中勵磁線圈采用四組線圈，它們分別繞制在兩初級鐵心的兩窄齒上，四組線圈串聯或并聯連接；其余結構同實施例六。
[0046]本實施例中勵磁線圈也可以采用四組線圈，它們分別繞制在寬齒與窄齒之間軛上，四組線圈串聯或者并聯連接；其余結構同實施例六。
[0047]該方案有利于減小在永磁體12、初級鐵心窄齒112和113、次級鐵心22上形成的漏磁，使阻尼器結構更加緊湊，從而提高阻尼器的力密度。
【權利要求】
1.一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，它包括初級、次級以及初級與次級之間的氣隙，其中的初級或次級作為動子，其特征是: 所述初級由鐵心(11)、永磁體(12)和勵磁線圈(13 )組成；初級鐵心(11)呈倒山形，包括中間一個寬齒(111)、兩側的兩個窄齒、以及軛(114);中間寬齒的長度短于兩側長齒； 所述永磁體包括兩個，分為永磁體(121)和(122)，兩永磁體分別表貼在窄齒的內表面； 所述兩個永磁體沿水平方向充磁，且兩永磁體充磁方向相反； 所述次級(2 )包括反應板(21)和次級鐵心(22 )，反應板(21)包覆在次級鐵芯外，次級(2)位于初級內并與寬齒位置對應，兩永磁體對應位于次級(2)的兩側； 所述勵磁線圈(13)繞制在初級鐵心的寬齒、窄齒或者軛上，勵磁線圈(13)中通直流電。
2.根據權利要求1所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:初級中，勵磁線圈(13)為一組繞制在初級鐵心的寬齒(111)上。
3.根據權利要求1所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:初級中，勵磁線圈采用兩組線圈，它們分別繞制在初級鐵心的兩窄齒上，兩組線圈串聯或并聯連接，兩組線圈位于窄齒與寬齒之間的繞組的極性相同，位于窄齒外側的繞組的極性相反。
4.根據權利要求1所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:初級中，勵磁線圈采用兩組線圈，它們分別繞制在寬齒與窄齒之間軛(114)上，兩組線圈串聯連接，繞制方向相反。
5.根據權利要求1所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:反應板(21)為倒U型結構；次級鐵心(22)呈矩形，其內開有冷卻孔(23)，冷卻孔(23)形狀為類梯形結構。
6.根據權利要求2或4所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:該阻尼器采用多模塊化結構，它由N個上述阻尼器水平排列而成，其中N為多2的整數，N個阻尼器的次級鐵心下端通過支撐板連接形成一體。
7.根據權利要求6所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:初級I和次級2之間形成N個倒U型氣隙。
8.根據權利要求6所述的串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征在于:N個勵磁繞組(13 )分別繞制在N個初級鐵心上，它們采用串接或并接方式，繞制在寬齒(111 )、窄齒或者繞制在軛(114)上；每個初級鐵心上繞組的繞組方法完全相同。
9.一種串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，它包括初級、次級以及初級與次級之間的氣隙，其特征在于:初級包括由兩個倒山字型初級鐵芯相對組合而成的環形鐵心(5，)兩個永磁體，以及勵磁繞組組成；兩側的窄齒相連為一體，兩個初級鐵芯上分別繞有勵磁繞組，中間的寬齒相對設置，次級設置在兩寬齒之間，兩個永磁體分別表貼在兩側窄齒內表面上，兩個永體充磁方向相反。
10.根據權利要求9所述串聯磁路混合勵磁直線電磁阻尼器，其特征是:所述次級由次級鐵心和反應板組成；初級和次級之間形成的氣隙為環形結構；勵磁線圈為兩組分別繞制在兩初級鐵心的寬齒上； 或勵磁線圈采用四組線圈，它們分別繞制在兩初級鐵心的兩窄齒上，四組線圈串聯或并聯連接； 或勵磁線圈采用四組線圈，它們分別繞制在寬齒與窄齒之間軛上，四組線圈串聯連接或并聯連接。
【文檔編號】F16F6/00GK104455141SQ201410656379
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】黃旭珍, 譚強, 王慶龍, 周波 申請人:南京航空航天大學