四磁路对称励磁的矩形开放磁场式电磁振动台磁路结构的制作方法_2

文档序号:8511422阅读:来源:国知局
以保证,尤其是对高阶磁场非均匀性误差补偿效果较差,目前国内外尚未提出真正有效且具有较高实用性的补偿方法。(2)工作线圈通电后产生电枢反应的影响。工作线圈通电后产生附加磁场,与主磁场叠加耦合,对主磁场产生增磁或去磁作用,使气隙内不同位置、尤其工作线圈所在位置的磁感应强度分布变得不均匀,该现象称为电枢反应。受电枢反应影响,在行程内不同位置处当线圈所加载的电流密度相同时,输出的电磁驱动力不一致;而在气隙的同一位置处电磁驱动力的大小与电流密度不成正比,存在一定的非线性。电枢反应是电磁振动台产生波形失真度的关键因素之一,它的影响随驱动电流的增大而增大,是电磁振动台磁路结构设计中的难题。
(3)长磁轭与大尺寸永磁体加工与装配困难、精度难以保证。大行程电磁振动台的磁路结构中,长中心磁轭需采用合理的方式以两端支撑方式固定,为保证磁路结构的连续性和完整性,磁通密集的关键部位应尽量避免加工通孔/螺纹孔等安装结构;大尺寸永磁体的烧结、加工与装配均十分困难,成品率低,永磁体为脆性材料且价格昂贵,装配方法及结构不合理容易损坏,一般不宜在永磁体上加工通孔等形式的安装结构;同时要获得较大的电磁驱动力,一般采用NdFeB等材料的强磁永磁体,强磁永磁体零件装配过程中需要克服巨大的磁吸力,是该技术领域的一个难题。
[0010]此外,在大行程电磁振动台的工作过程中,工作线圈中通入的是交变驱动电流,电流幅值最大可达几十安培,线圈在长气隙中沿轴线方向以正弦规律往复运动。根据电磁场理论,交变电流及线圈运动产生的交变磁场会在磁轭表面,尤其是与气隙相邻的磁轭表面会产生电涡流,引起涡流损耗。涡流损耗一方面会产生功率最高可达几百瓦的热损耗,发热量惊人,进而带来一系列的热扰动与热变形问题;另一方面交变磁场及电涡流引起的瞬态场问题,会使实际的性能指标与按传统设计理论和分析方法得到的结果产生较大偏差,严重影响设计精度与效果。涡流损耗是电磁振动台磁路结构设计中的一个难题,目前国内外尚未找到有效的解决办法。
[0011]综上,受上述问题制约,采用现有技术方案产生的标准低频振动在波形失真度等指标上很难再有突破,难以满足低频/超低频振动的高精度校准,尤其是下一代具有甚低频和超精密特征的振动校准的需求。因此,如何通过方法、结构、材料和优化设计等环节的创新,提出具有超大行程、超低工作频率和超高精度的电磁振动台磁路结构技术方案,对于振动计量技术的发展意义重大。上述问题中的一项或几项获得解决,均会使大行程电磁振动台的性能获得显著提升,使低频/超低频振动校准技术获得实质性突破。

【发明内容】

[0012]本发明的目的是针对现有技术方案存在的上述问题,提供一种四磁路对称励磁的矩形开放磁场式电磁振动台磁路结构技术方案,本发明具有结构简单,精度高,可兼顾大行程、高磁场均匀性、大推力和线性电磁驱动力特性,可有效解决现有技术方案存在的问题与不足,从而为低频/超低频振动校准提供一种高精度、大行程电磁振动台磁路结构。
[0013]本发明的技术解决方案是:
[0014]一种四磁路对称励磁的矩形开放磁场式电磁振动台磁路结构,由永磁体、中心磁轭、内磁轭、外磁轭、端磁轭、线圈骨架和工作线圈构成,整体成轴对称结构,永磁体、中心磁轭、内磁轭、外磁轭和端磁轭的截面均为矩形,线圈骨架的截面为口字形,四个永磁体对称安装在两个外磁轭的两端和两个端磁轭之间,同一个外磁轭两端的两个永磁体同磁极相对布置,两个外磁轭同一端的两个永磁体磁极方向相同,每个永磁体的两个端面分别与外磁轭、端磁轭对应的端面紧密接触,两个外磁轭、四个永磁体与两个端磁轭构成口字形结构,中心磁轭安装在口字形结构的轴线上,中心磁轭的两端分别与两个端磁轭刚性连接,内磁轭的长度小于外磁轭的长度,两个内磁轭对称安装在两个外磁轭和中心磁轭之间、且刚性连接在两个外磁轭相对的两个表面上,两个内磁轭与中心磁轭之间通过两条等宽度的气隙分隔开,线圈骨架可滑动地套装在中心磁轭上,线圈骨架上绕有工作线圈,工作线圈中通以精密可控的驱动电流,与气隙相邻的中心磁轭、内磁轭的表面设有深沟槽形式的阵列式微结构,深沟槽沿气隙的长度方向周期性布置。
[0015]所述永磁体的安装方式是采用四个口字形截面、不导磁材料的永磁体安装框,将永磁体粘接装配在永磁体安装框的内部,通过固定永磁体安装框将永磁体固定;所述中心磁轭的安装方式是采用两个口字形截面、不导磁材料的磁轭安装框,将两个磁轭安装框套装在中心磁轭的两端且与中心磁轭刚性连接,通过固定磁轭安装框将中心磁轭以两端支撑的方式固定。
[0016]所述永磁体是采用多个小块永磁体、以粘接的方式拼接构成。
[0017]所述永磁体的材料为NdFeB。
[0018]所述中心磁轭、内磁轭、外磁轭和端磁轭的材料为高磁导率电工纯铁。
[0019]所述线圈骨架的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或硬质塑料。
[0020]所述气隙的宽度为1mm?40mm。
[0021]所述永磁体安装框和磁轭安装框的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或铝合金。
[0022]本发明的技术创新性及产生的良好效果在于:
[0023](I)本发明提出一种矩形开放式磁场的磁路结构设计,永磁体和磁轭零件的截面均为矩形,磁路结构简单可靠,大大降低了零部件加工和装配的难度,容易保证加工与装配精度;通过合理的装配方案,永磁体可以预先充磁然后进行装配,因此可采用NdFeB等材料的高性能永磁体,从而可获得高气隙磁感应强度与大电磁驱动力;解决了现有技术方案中长尺寸圆筒形磁轭难以加工,零件加工与装配精度难以保证,强磁永磁体无法装配或装配困难等问题,可使长气隙内主磁路的磁感应强度分布实现较高的均匀性指标。这是本发明区别于现有技术的创新点之一。
[0024](2)本发明在磁路的具体布置上,永磁体不直接面对气隙,不承受工作线圈通电后产生附加磁场的强制充/去磁作用;工作线圈通电时,线圈一侧的磁通增大、另一侧磁通减少,磁通增大和减小的作用相互抵消,使线圈所在位置的平均磁感应强度基本保持不变,从而可实现近似理想的线性电磁驱动力特性;解决了现有技术方案中永磁体直接面对气隙,工作线圈通以大电流时容易产生不可逆退磁,输出电磁驱动力的线性度差等问题:实现较高的输出电磁驱动力的线性度指标。这是本发明区别于现有技术的创新点之二。
[0025](3)本发明采用磁轭安装框可将长中心磁轭以两端支撑方式可靠安装固定;采用永磁体安装框对永磁体进行安装固定,在将永磁体粘接装配在永磁体安装框内部后,可以整体地从中心磁轭与端磁轭之间的空隙推向指定安装位置,在磁吸力沿轴向分力的作用下,永磁体与永磁体安装框组件会平稳地滑入安装位置,装配过程简单可靠,大大降低了永磁体的装配难度:解决了长中心磁轭和大尺寸脆性材料永磁体零件可靠安装固定、以及强磁永磁体零件装配过程需克服巨大磁吸力的难题。这是本发明区别于现有技术的创新点之
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