的强磁永磁体，所采用的NdFeB材料剩磁强度为1.17T，矫顽力为890kA/m，永磁管3以粘接方式同轴装配在筒形磁轭4的内表面，永磁管3内圆柱面磁极的极性为N极、夕卜圆柱面磁极的极性为S极。中心磁轭2、筒形磁轭4、两个端磁轭5均采用高磁导率电工纯铁材料DT4C制成，最大相对磁导率可达到12000，饱和磁通量为2.5T。中心磁轭2、永磁管3、筒形磁轭4、两个端磁轭5、线圈骨架6同轴装配。中心磁轭2和永磁管3之间被气隙7分隔开，气隙7厚度为15mm，其中形成高均勾度的磁感应强度分布。两个端磁轭5分别与中心磁轭2和筒形磁轭4的两端采用导磁材料的螺钉刚性连接，从而构成闭合磁轭结构。本实施例中，永磁管3、筒形磁轭4侧壁上沿长度方向设有两条剖缝15，2条剖缝15对径分布。
[0052]本实施例中，永磁管励磁所形成主磁路的磁力线所经过的路径如图3所示。磁力线从永磁管3的N极出发，依次经过中心磁轭2、端磁轭5、筒形磁轭4，然后回到永磁管3的S极，形成闭合磁路11。
[0053]线圈骨架6采用99氧化铝陶瓷制成，整体为圆筒形，其内径比中心磁轭2的外径大，可滑动地套装在中心磁轭2上。工作线圈8是采用绝缘铜漆包线在线圈骨架6外表面缠绕形成，其整体也成圆筒形，厚度为5_，所通最大电流密度为5A/mm2。电磁振动台磁路结构装配完成后，线圈骨架6和工作线圈8位于气隙7中。电磁振动台工作时，控制信号经功率放大器放大后，输出有效值最高达几十A的功率电流加载到工作线圈8中，根据电磁场理论，磁场中通电的工作线圈8受到水平方向洛伦兹力作用，从而输出精密可控的电磁驱动力。通过控制所通电流的大小和方向可以精密控制电磁驱动力的大小和方向。控制信号如果采用标准正弦电信号，工作线圈8与线圈骨架6将在电磁驱动力作用下沿轴向产生标准低频正弦振动。
[0054]图4、图5给出永磁管3的一个实施例。本实施例中，永磁管3的侧壁上沿长度方向设有2条剖缝15，2条剖缝15对径分布，因此永磁管3被剖缝15分成上、下两部分，上、下两部分均是采用多个小块永磁体(磁瓦)、以粘接的方式拼接构成。构成永磁管3的小块永磁体的磁极布置方式如图5所示，永磁管3内圆柱面磁极的极性均为N极、外圆柱面磁极的极性均为S极。
[0055]下面结合图6和图8给出中心磁轭外圆柱面上深沟槽的一个实施例。图6是中心磁轭2、永磁管3和筒形磁轭4的局部放大图。深沟槽13分布在与气隙相邻的中心磁轭2的外圆柱面上，图中深沟槽沿中心磁轭2的圆周方向加工，并沿气隙7的长度方向周期性排列。本实施例中，深沟槽13为矩形沟槽，其宽度为1mm，深入中心磁轭2表面的深度为10mm，相邻的两个深沟槽13之间的距离为10mm。理论与仿真分析及实验结果表明，本发明中深沟槽形式的阵列式微结构可有效抑制电涡流的产生，显著降低涡流损耗。
[0056]下面结合图7给出中心磁轭外圆柱面上深沟槽的另一个实施例。图7也是中心磁轭2、永磁管3和筒形磁轭4的局部放大图。本实施例中，深沟槽13为齿形沟槽，其齿根宽度为1mm，齿尖深入中心磁轭2表面的深度为10mm，相邻的两个深沟槽13之间的距离为1mm0
[0057]下面结合图9、图10给出磁轭安装套的一个实施例。要使线圈骨架6和工作线圈8套装在中心磁轭2上且具有较长的行程，长尺寸中心磁轭2必须以两端支撑的方式进行安装固定。本实施例中，磁轭安装套9采用陶瓷材料制成，整体为圆筒形，两个磁轭安装套9套装在中心磁轭2的两端并通过螺钉与中心磁轭2刚性连接，两个磁轭安装套9上有螺纹孔，通过螺钉与筒形磁轭4和端磁轭5刚性连接。
[0058]图11给出了线圈骨架的一个实施例。本实施例中，线圈骨架6采用99氧化铝陶瓷材料，整体为圆筒形，壁厚为5_，线圈骨架6可滑动地套装在中心磁轭2上。工作线圈8均匀密绕在线圈骨架6上，线圈骨架6的两端加工有小凸台，用于防止工作线圈8脱落。本实施例中，线圈骨架6两端对径分布4个翅板14，翅板14从永磁管3、筒形磁轭4侧壁上的两条剖缝15中伸出，线圈骨架6通过翅板14与电磁振动台的运动部件(如气浮导轨的气浮套)连接。
[0059]图12给出了线圈骨架的另一个实施例。本实施例中，线圈骨架6的薄壁上设有减重孔，用于减轻线圈骨架6的重量，减重孔为密布小圆孔，沿薄壁四周均匀分布。实际实施过程中也可采用长方孔、小方孔等其它形式的减重孔。
【主权项】
1.一种长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，由中心磁轭(2)、永磁管(3)、筒形磁轭(4)、端磁轭(5)、线圈骨架(6)和工作线圈(8)构成，整体成轴对称结构，其特征在于:中心磁轭(2)为长圆柱形，端磁轭(5)为短圆柱形，永磁管(3)与筒形磁轭(4)为长圆筒形，线圈骨架(6)为短圆筒形，中心磁轭(2)、永磁管(3)、筒形磁轭(4)、端磁轭(5)、线圈骨架(6)的轴线在一条直线上，中心磁轭(2)同轴装配在筒形磁轭(4)的内部，两个端磁轭(5)分别与筒形磁轭⑷的两端刚性连接、同时分别与中心磁轭⑵的两端刚性连接，永磁管(3)的长度小于筒形磁轭(4)的长度、并以粘接方式同轴装配在筒形磁轭⑷的内表面，永磁管(3)与中心磁轭(2)之间通过气隙(7)分隔开，永磁管(3)内圆柱面的磁极的极性相同，线圈骨架(6)可滑动地套装在中心磁轭(2)上而位于气隙(7)中，线圈骨架(6)上绕有工作线圈(8)，工作线圈(8)中通以精密可控的驱动电流，永磁管(3)、筒形磁轭⑷的侧壁沿长度方向设有剖缝(15)，线圈骨架(6)的两端设有翅板(14)，翅板(14)从剖缝(15)中伸出，中心磁轭(2)的外圆柱面上设有深沟槽(13)形式的阵列式微结构，深沟槽(13)沿气隙(7)的长度方向周期性布置。
2.根据权利要求1所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述中心磁轭(2)的安装方式是采用两个圆筒形、不导磁材料的磁轭安装套(9)，将两个磁轭安装套(9)套装在中心磁轭(2)的两端且与中心磁轭(2)刚性连接，通过固定磁轭安装套(9)将中心磁轭(2)以两端支撑的方式固定。
3.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述剖缝(15)的数目为2条，且在永磁管(3)、筒形磁轭(4)的侧壁上对径分布。
4.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述永磁管(3)是采用多个小块永磁体、以粘接的方式拼接构成。
5.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述永磁管(3)的材料为NdFeB。
6.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述中心磁轭(2)、筒形磁轭(3)、和端磁轭(5)的材料为高磁导率电工纯铁。
7.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述线圈骨架(6)的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或硬质塑料。
8.根据权利要求1或2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述气隙(7)的宽度为1mm?40mmo
9.根据权利要求2所述的长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构，其特征在于:所述磁轭安装套(10)的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或硬质塑料。
【专利摘要】长永磁管向心励磁的圆柱形封闭磁场式电磁振动台磁路结构属于振动计量技术领域；提出一种圆柱形封闭式磁场结构设计，永磁管以粘接方式同轴装配在长圆筒形外磁轭内部，永磁管内圆柱面磁极的极性相同，通过磁轭构成闭合磁路，在气隙中产生高均匀度的磁场分布，工作线圈通电后在磁场中受洛伦兹力作用，产生精密可控的电磁驱动力，与气隙相邻的中心磁轭表面设有深沟槽形式的阵列式微结构，可有效抑制涡流损耗；本发明可兼顾大行程、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不足，为低频/超低频振动校准提供一种高精度、大行程的电磁振动台磁路结构技术方案。
【IPC分类】B06B1-04, G01M7-02
【公开号】CN104865029
【申请号】CN201510235673
【发明人】崔俊宁, 谭久彬, 杨文国, 金国良
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月8日