主被動一體式電磁隔振裝置制造方法
【專利摘要】主被動一體式電磁隔振裝置，它涉及一種電磁隔振裝置。本發(fā)明解決了被動隔振器存在積較大、對低頻振動的隔離效果欠佳以及主動隔振器存在可靠性低的問題。直線軸承豎直設(shè)置在永磁體上端面上，上磁軛位于永磁體上端面上且套裝在直線軸承上，板狀彈簧通過上圓筒、下圓筒設(shè)置在外磁軛的上方，上蓋設(shè)置在板狀彈簧的上方，線圈架呈倒置圓桶狀，螺柱的下端穿過板狀彈簧的中心孔且與線圈架螺紋連接，螺柱的中部通過螺母螺紋連接，所述螺母位于板狀彈簧的上端面上，圓柱導(dǎo)軌的上端面固裝在螺柱的下端面上，圓柱導(dǎo)軌的下部位于直線軸承內(nèi)，線圈架的下部纏繞有線圈，線圈位于環(huán)形間隙處。本發(fā)明用于在軌運(yùn)行階段對飛行器及有效載荷間的振動傳遞加以隔離。
【專利說明】主被動一體式電磁隔振裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁隔振裝置，具體涉及一種空間飛行器在軌運(yùn)行階段對飛行器及有效載荷間的振動傳遞加以隔離的電磁隔振裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]空間飛行器通常裝載有對微振動極為敏感的高精度遙感及探測設(shè)備，要求支撐平臺具有穩(wěn)定的力學(xué)環(huán)境。而飛行器搭載的動力設(shè)備和有效載荷及儀器設(shè)備的振動干擾及各種擾動因素引起的航天器結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的振動加速度將會引起飛行器微振動，影響有效載荷的指向精度、穩(wěn)定度和成像質(zhì)量。如太空中10微米的振動相當(dāng)于地面上500km的距離誤差。為避免空間飛行器承載的有效載荷由于受外力作用造成的振動導(dǎo)致無法正常工作，通常在飛行器及有效載荷之間加上隔振裝置，盡可能隔離飛行器上各種運(yùn)動部件的振動向有效載荷的傳遞。這種情況下加以隔振器就有了非常重大的意義。傳統(tǒng)的被動隔振器通常體積較大，對低頻振動的隔離效果欠佳；主動隔振器效果較好，但是存在著可靠性低等問題，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，隔振器就會完全失效。
[0003]綜上，被動隔振器積較大、對低頻振動的隔離效果欠佳以及主動隔振器可靠性低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決被動隔振器存在積較大、對低頻振動的隔離效果欠佳以及主動隔振器存在可靠性低的問題，進(jìn)而提供了一種主被動一體式電磁隔振裝置。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的主被動一體式電磁隔振裝置包括永磁體、下磁軛、外磁軛、上磁軛、上蓋、下圓筒、直線軸承、板狀彈簧、線圈、線圈架、螺柱、圓柱導(dǎo)軌和兩個上圓筒；外磁軛為筒狀，下磁軛固裝在外磁軛的下端面上，永磁體位于下磁軛的上端面上，直線軸承豎直設(shè)置在永磁體上端面上，上磁軛位于永磁體上端面上且套裝在直線軸承上，板狀彈簧設(shè)置在兩個上圓筒之間，上圓筒、下圓筒依次設(shè)置在外磁軛的上端面上，上蓋設(shè)置在板狀彈簧的上方，線圈架呈倒置圓桶狀，螺柱的下端穿過板狀彈簧的中心孔且與線圈架螺紋連接，螺柱的中部通過螺母螺紋連接，所述螺母位于板狀彈簧的上端面上，圓柱導(dǎo)軌的上端面固裝在螺柱的下端面上，圓柱導(dǎo)軌的下部位于直線軸承內(nèi)，上磁軛與外磁軛之間形成環(huán)形間隙，線圈架的下部纏繞有線圈，線圈位于環(huán)形間隙處。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明的主被動一體式電磁隔振裝置的線圈架為圓筒結(jié)構(gòu)，線圈架與線圈一起作為動子的一部分沿軸向移動，環(huán)形間隙處徑向分布均勻磁場，線圈架在做切割磁感線運(yùn)動時，線圈架內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)渦電流，渦電流同時受到反抗相對運(yùn)動的磁力，即產(chǎn)生阻尼作用；同時線圈架還承擔(dān)纏繞線圈的作用，與被動隔振器相比，大大減少了隔振裝置的體積；
[0009]本發(fā)明的主被動一體式電磁隔振裝置與主動隔振器相比，本發(fā)明的被動阻尼可在主控執(zhí)行器失效時將其支撐剛度引入的一階固有頻率的幅值控制在較低水平，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的主被動一體式電磁隔振裝置的主視剖視圖，圖2是【具體實(shí)施方式】一中板狀彈簧9的俯視圖，圖3是【具體實(shí)施方式】7中上蓋22的主視剖視圖，圖4是本發(fā)明的主被動一體式電磁隔振裝置的硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖，圖5是基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:如圖1?4所不,本實(shí)施方式的主被動一體式電磁隔振裝置包括永磁體1、下磁軛3、外磁軛4、上磁軛5、上蓋22、下圓筒8、直線軸承2、板狀彈簧9、線圈21、線圈架6、螺柱11、圓柱導(dǎo)軌16和兩個上圓筒12 ;外磁軛4為筒狀,下磁軛3固裝在外磁軛4的下端面上，永磁體I位于下磁軛3的上端面上，直線軸承2豎直設(shè)置在永磁體I上端面上，上磁軛5位于永磁體I上端面上且套裝在直線軸承2上，板狀彈簧9設(shè)置在兩個上圓筒12之間，上圓筒12、下圓筒8依次設(shè)置在外磁軛4的上端面上，上蓋22設(shè)置在板狀彈簧9的上方，線圈架6呈倒置圓桶狀，螺柱11的下端穿過板狀彈簧9的中心孔且與線圈架6螺紋連接，螺柱11的中部通過螺母19螺紋連接，所述螺母19位于板狀彈簧9的上端面上，圓柱導(dǎo)軌16的上端面固裝在螺柱11的下端面上，圓柱導(dǎo)軌16的下部位于直線軸承2內(nèi)，上磁軛5與外磁軛4之間形成環(huán)形間隙，線圈架6的下部纏繞有線圈21，線圈21位于環(huán)形間隙處。
[0012]螺母19用于固定線圈架6 ;
[0013]本發(fā)明的永磁體1、下磁軛3、外磁軛4、上磁軛5、線圈21和線圈架6構(gòu)成電磁執(zhí)行器，即主動執(zhí)行器。漆包線圈均勻纏繞在線圈架6上，導(dǎo)線中電流的方向近似地與磁感線方向和線圈運(yùn)動方向兩兩垂直。當(dāng)線圈中有電流通過時，根據(jù)安培力原理，線圈會受到與電流成正比、電流方向與執(zhí)行器中軸線平行的電磁力，通過控制電流的大小即可實(shí)現(xiàn)對作動力的實(shí)時控制。
[0014]本發(fā)明的永磁體1、下磁軛3、外磁軛4、上磁軛5和線圈架6構(gòu)成感應(yīng)渦電流阻尼器，即被動阻尼器。當(dāng)螺柱11帶動線圈架6相對永磁體及磁軛運(yùn)動時，線圈架內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)渦電流，渦電流同時受到反抗相對運(yùn)動的安培力，即產(chǎn)生阻尼作用。
[0015]本發(fā)明采用加速度傳感器、電流傳感器、控制器、功率放大器等與一體化隔振器構(gòu)成單方向的加速度及電流反饋。設(shè)備工作時，加速度及電流傳感器會采集信號經(jīng)由電荷放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸給控制器的AD輸入端。該反饋信號經(jīng)過控制器中的狀態(tài)觀測環(huán)節(jié)得到實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)的估計值并與補(bǔ)償矩陣相乘，得到控制信號，由DA輸出端子輸出到功率放大器，并最終輸出到一體式隔振器的電源接口，實(shí)現(xiàn)對隔振對象振動狀態(tài)的實(shí)時控制。補(bǔ)償矩陣是根據(jù)整個系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)由控制算法計算得到的，為考慮被動阻尼在內(nèi)的最優(yōu)控制算法，故主動執(zhí)行器工作時整體的隔振效果屬于主動與被動部分協(xié)同工作的結(jié)果。
[0016]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式板狀彈簧9的徑向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板狀彈簧9的軸向剛度。如此設(shè)計，可以對被隔振裝置提供支撐剛度，使被隔振裝置的共振頻率移至工程要求的范圍內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式板狀彈簧9的厚度范圍是0.2?1mm。如此設(shè)計，根據(jù)實(shí)際工程對動力學(xué)系統(tǒng)的剛度要求選取合適的厚度值。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】四:如圖1所示，本實(shí)施方式永磁體I為圓柱形狀，永磁體I的直徑大于永磁體I的高度。如此設(shè)計，磁感線經(jīng)由軟鐵材料的磁軛閉合回路并在環(huán)形間隙處形成均勻的放射性磁場。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0019]【具體實(shí)施方式】五:如圖1所示，本實(shí)施方式線圈架6下部外側(cè)壁上沿圓周方向加工有環(huán)形凹槽，線圈21纏繞在環(huán)形凹槽上。如此設(shè)置，線圈架6為被動電渦流阻尼器，在磁場中上下往復(fù)運(yùn)動的同時還可以纏繞線圈。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二或四相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】六:如圖1所示，本實(shí)施方式永磁體I為釹鐵硼永磁體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】七:如圖3所示，本實(shí)施方式上蓋22包括限位環(huán)23、緩沖彈簧13、兩個限位彈簧14和兩個限位板15，限位板15呈圓盤形狀，限位板15上加工有中心通孔，限位板15的一端面加工有圓弧凹面，限位環(huán)23位于兩個限位板15之間，兩個限位板15的圓弧凹面相對設(shè)置在電磁隔振器的上方，緩沖彈簧13和兩個限位彈簧14位于兩個限位板15形成的空間內(nèi)，緩沖彈簧13通過兩個限位彈簧14安裝在電磁隔振器的螺柱11上，兩個限位板15穿裝在螺柱11上且兩個限位板15與螺柱11不接觸。如此設(shè)計，兩個限位板固定在電磁隔振器的上方，緩沖彈簧通過兩個限位彈簧安裝在電磁隔振器的螺柱上，緩沖彈簧隨著隔振器的動子一同運(yùn)動，在電磁隔振器受到較強(qiáng)沖擊力時，緩沖彈簧邊緣先接觸到限位板的接觸面，隨著隔振器動子的相對位移的不斷增加，緩沖彈簧與限位板的接觸面半徑越來越小，剛度越來越大；隔振器動子相對位移達(dá)到設(shè)計極限時，限位彈簧與限位板的接觸面完全接觸，提供極大的剛度，從而阻止動子繼續(xù)相對運(yùn)動，有效地保護(hù)電磁隔振器受到較大沖擊載荷時位移超出設(shè)計行程造成電磁隔振器永久損壞，本發(fā)明能夠提供由小及大的可變剛度對沖擊進(jìn)行緩沖并限制最大位移。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二、四或六相同。
【權(quán)利要求】
1.一種主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:所述電磁隔振裝置包括永磁體(I)、下磁軛(3)、外磁軛(4)、上磁軛(5)、上蓋(22)、下圓筒(8)、直線軸承(2)、板狀彈簧(9)、線圈(21)、線圈架(6)、螺柱(11)、圓柱導(dǎo)軌(16)和兩個上圓筒(12);外磁軛(4)為筒狀，下磁軛(3)固裝在外磁軛(4)的下端面上，永磁體(I)位于下磁軛(3)的上端面上，直線軸承(2)豎直設(shè)置在永磁體(I)上端面上，上磁軛(5)位于永磁體(I)上端面上且套裝在直線軸承(2)上，板狀彈簧(9)設(shè)置在兩個上圓筒(12)之間，上圓筒(12)、下圓筒(8)依次設(shè)置在外磁軛(4)的上端面上，上蓋(22)設(shè)置在板狀彈簧(9)的上方，線圈架(6)呈倒置圓桶狀，螺柱(11)的下端穿過板狀彈簧(9)的中心孔且與線圈架(6)螺紋連接，螺柱(11)的中部通過螺母螺紋連接，所述螺母位于板狀彈簧(9)的上端面上，圓柱導(dǎo)軌(16)的上端面固裝在螺柱(11)的下端面上，圓柱導(dǎo)軌(16)的下部位于直線軸承(2)內(nèi)，上磁軛(5)與外磁軛(4)之間形成環(huán)形間隙，線圈架(6)的下部纏繞有線圈(21)，線圈(21)位于環(huán)形間隙處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:板狀彈簧(9)的徑向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板狀彈簧(9)的軸向剛度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:板狀彈簧(9)的厚度范圍是0.2?1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:永磁體(I)為圓柱形狀，永磁體(I)的直徑大于永磁體(I)的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:線圈架(6)下部外側(cè)壁上沿圓周方向加工有環(huán)形凹槽，線圈(21)纏繞在環(huán)形凹槽上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:永磁體(I)為釹鐵硼永磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的主被動一體式電磁隔振裝置，其特征在于:上蓋(22)包括限位環(huán)(23)、緩沖彈簧(13)、兩個限位彈簧(14)和兩個限位板(15)，限位板(15)呈圓盤形狀，限位板(15)上加工有中心通孔，限位板(15)的一端面加工有圓弧凹面，限位環(huán)(23)位于兩個限位板(15)之間，兩個限位板(15)的圓弧凹面相對設(shè)置在電磁隔振器的上方，緩沖彈簧(13)和兩個限位彈簧(14)位于兩個限位板(15)形成的空間內(nèi)，緩沖彈簧(13)通過兩個限位彈簧(14)安裝在電磁隔振器的螺柱(11)上，兩個限位板(15)穿裝在螺柱(11)上且兩個限位板(15)與螺柱(11)不接觸。
【文檔編號】F16F6/00GK104179868SQ201410360150
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】曹登慶, 池維超, 羅德堃, 聶一帆, 唐介, 于開平, 黃文虎 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)