主被动一体式电磁隔振装置制造方法
【专利摘要】主被动一体式电磁隔振装置，它涉及一种电磁隔振装置。本发明解决了被动隔振器存在积较大、对低频振动的隔离效果欠佳以及主动隔振器存在可靠性低的问题。直线轴承竖直设置在永磁体上端面上，上磁轭位于永磁体上端面上且套装在直线轴承上，板状弹簧通过上圆筒、下圆筒设置在外磁轭的上方，上盖设置在板状弹簧的上方，线圈架呈倒置圆桶状，螺柱的下端穿过板状弹簧的中心孔且与线圈架螺纹连接，螺柱的中部通过螺母螺纹连接，所述螺母位于板状弹簧的上端面上，圆柱导轨的上端面固装在螺柱的下端面上，圆柱导轨的下部位于直线轴承内，线圈架的下部缠绕有线圈，线圈位于环形间隙处。本发明用于在轨运行阶段对飞行器及有效载荷间的振动传递加以隔离。
【专利说明】主被动一体式电磁隔振装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电磁隔振装置，具体涉及一种空间飞行器在轨运行阶段对飞行器及有效载荷间的振动传递加以隔离的电磁隔振装置。
【背景技术】
[0002]空间飞行器通常装载有对微振动极为敏感的高精度遥感及探测设备，要求支撑平台具有稳定的力学环境。而飞行器搭载的动力设备和有效载荷及仪器设备的振动干扰及各种扰动因素引起的航天器结构的动力学响应的振动加速度将会引起飞行器微振动，影响有效载荷的指向精度、稳定度和成像质量。如太空中10微米的振动相当于地面上500km的距离误差。为避免空间飞行器承载的有效载荷由于受外力作用造成的振动导致无法正常工作，通常在飞行器及有效载荷之间加上隔振装置，尽可能隔离飞行器上各种运动部件的振动向有效载荷的传递。这种情况下加以隔振器就有了非常重大的意义。传统的被动隔振器通常体积较大，对低频振动的隔离效果欠佳；主动隔振器效果较好，但是存在着可靠性低等问题，一旦控制系统出现故障，隔振器就会完全失效。
[0003]综上，被动隔振器积较大、对低频振动的隔离效果欠佳以及主动隔振器可靠性低。
【发明内容】
[0004]本发明为解决被动隔振器存在积较大、对低频振动的隔离效果欠佳以及主动隔振器存在可靠性低的问题，进而提供了一种主被动一体式电磁隔振装置。
[0005]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0006]本发明的主被动一体式电磁隔振装置包括永磁体、下磁轭、外磁轭、上磁轭、上盖、下圆筒、直线轴承、板状弹簧、线圈、线圈架、螺柱、圆柱导轨和两个上圆筒；外磁轭为筒状，下磁轭固装在外磁轭的下端面上，永磁体位于下磁轭的上端面上，直线轴承竖直设置在永磁体上端面上，上磁轭位于永磁体上端面上且套装在直线轴承上，板状弹簧设置在两个上圆筒之间，上圆筒、下圆筒依次设置在外磁轭的上端面上，上盖设置在板状弹簧的上方，线圈架呈倒置圆桶状，螺柱的下端穿过板状弹簧的中心孔且与线圈架螺纹连接，螺柱的中部通过螺母螺纹连接，所述螺母位于板状弹簧的上端面上，圆柱导轨的上端面固装在螺柱的下端面上，圆柱导轨的下部位于直线轴承内，上磁轭与外磁轭之间形成环形间隙，线圈架的下部缠绕有线圈，线圈位于环形间隙处。
[0007]本发明的有益效果是:
[0008]本发明的主被动一体式电磁隔振装置的线圈架为圆筒结构，线圈架与线圈一起作为动子的一部分沿轴向移动，环形间隙处径向分布均匀磁场，线圈架在做切割磁感线运动时，线圈架内部会产生感应涡电流，涡电流同时受到反抗相对运动的磁力，即产生阻尼作用；同时线圈架还承担缠绕线圈的作用，与被动隔振器相比，大大减少了隔振装置的体积；
[0009]本发明的主被动一体式电磁隔振装置与主动隔振器相比，本发明的被动阻尼可在主控执行器失效时将其支撑刚度引入的一阶固有频率的幅值控制在较低水平，大大增强了系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的主被动一体式电磁隔振装置的主视剖视图，图2是【具体实施方式】一中板状弹簧9的俯视图，图3是【具体实施方式】7中上盖22的主视剖视图，图4是本发明的主被动一体式电磁隔振装置的硬件系统构成图，图5是基于状态观测器的状态反馈控制系统流程图。
【具体实施方式】
[0011]【具体实施方式】一:如图1?4所不,本实施方式的主被动一体式电磁隔振装置包括永磁体1、下磁轭3、外磁轭4、上磁轭5、上盖22、下圆筒8、直线轴承2、板状弹簧9、线圈21、线圈架6、螺柱11、圆柱导轨16和两个上圆筒12 ;外磁轭4为筒状,下磁轭3固装在外磁轭4的下端面上，永磁体I位于下磁轭3的上端面上，直线轴承2竖直设置在永磁体I上端面上，上磁轭5位于永磁体I上端面上且套装在直线轴承2上，板状弹簧9设置在两个上圆筒12之间，上圆筒12、下圆筒8依次设置在外磁轭4的上端面上，上盖22设置在板状弹簧9的上方，线圈架6呈倒置圆桶状，螺柱11的下端穿过板状弹簧9的中心孔且与线圈架6螺纹连接，螺柱11的中部通过螺母19螺纹连接，所述螺母19位于板状弹簧9的上端面上，圆柱导轨16的上端面固装在螺柱11的下端面上，圆柱导轨16的下部位于直线轴承2内，上磁轭5与外磁轭4之间形成环形间隙，线圈架6的下部缠绕有线圈21，线圈21位于环形间隙处。
[0012]螺母19用于固定线圈架6 ;
[0013]本发明的永磁体1、下磁轭3、外磁轭4、上磁轭5、线圈21和线圈架6构成电磁执行器，即主动执行器。漆包线圈均匀缠绕在线圈架6上，导线中电流的方向近似地与磁感线方向和线圈运动方向两两垂直。当线圈中有电流通过时，根据安培力原理，线圈会受到与电流成正比、电流方向与执行器中轴线平行的电磁力，通过控制电流的大小即可实现对作动力的实时控制。
[0014]本发明的永磁体1、下磁轭3、外磁轭4、上磁轭5和线圈架6构成感应涡电流阻尼器，即被动阻尼器。当螺柱11带动线圈架6相对永磁体及磁轭运动时，线圈架内部会产生感应涡电流，涡电流同时受到反抗相对运动的安培力，即产生阻尼作用。
[0015]本发明采用加速度传感器、电流传感器、控制器、功率放大器等与一体化隔振器构成单方向的加速度及电流反馈。设备工作时，加速度及电流传感器会采集信号经由电荷放大器转换成电压信号传输给控制器的AD输入端。该反馈信号经过控制器中的状态观测环节得到实际系统状态的估计值并与补偿矩阵相乘，得到控制信号，由DA输出端子输出到功率放大器，并最终输出到一体式隔振器的电源接口，实现对隔振对象振动状态的实时控制。补偿矩阵是根据整个系统的动态响应由控制算法计算得到的，为考虑被动阻尼在内的最优控制算法，故主动执行器工作时整体的隔振效果属于主动与被动部分协同工作的结果。
[0016]【具体实施方式】二:本实施方式板状弹簧9的径向刚度远远大于板状弹簧9的轴向刚度。如此设计，可以对被隔振装置提供支撑刚度，使被隔振装置的共振频率移至工程要求的范围内。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0017]【具体实施方式】三:本实施方式板状弹簧9的厚度范围是0.2?1mm。如此设计，根据实际工程对动力学系统的刚度要求选取合适的厚度值。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0018]【具体实施方式】四:如图1所示，本实施方式永磁体I为圆柱形状，永磁体I的直径大于永磁体I的高度。如此设计，磁感线经由软铁材料的磁轭闭合回路并在环形间隙处形成均匀的放射性磁场。其它组成及连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0019]【具体实施方式】五:如图1所示，本实施方式线圈架6下部外侧壁上沿圆周方向加工有环形凹槽，线圈21缠绕在环形凹槽上。如此设置，线圈架6为被动电涡流阻尼器，在磁场中上下往复运动的同时还可以缠绕线圈。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二或四相同。
[0020]【具体实施方式】六:如图1所示，本实施方式永磁体I为钕铁硼永磁体。其它组成及连接关系与【具体实施方式】五相同。
[0021]【具体实施方式】七:如图3所示，本实施方式上盖22包括限位环23、缓冲弹簧13、两个限位弹簧14和两个限位板15，限位板15呈圆盘形状，限位板15上加工有中心通孔，限位板15的一端面加工有圆弧凹面，限位环23位于两个限位板15之间，两个限位板15的圆弧凹面相对设置在电磁隔振器的上方，缓冲弹簧13和两个限位弹簧14位于两个限位板15形成的空间内，缓冲弹簧13通过两个限位弹簧14安装在电磁隔振器的螺柱11上，两个限位板15穿装在螺柱11上且两个限位板15与螺柱11不接触。如此设计，两个限位板固定在电磁隔振器的上方，缓冲弹簧通过两个限位弹簧安装在电磁隔振器的螺柱上，缓冲弹簧随着隔振器的动子一同运动，在电磁隔振器受到较强冲击力时，缓冲弹簧边缘先接触到限位板的接触面，随着隔振器动子的相对位移的不断增加，缓冲弹簧与限位板的接触面半径越来越小，刚度越来越大；隔振器动子相对位移达到设计极限时，限位弹簧与限位板的接触面完全接触，提供极大的刚度，从而阻止动子继续相对运动，有效地保护电磁隔振器受到较大冲击载荷时位移超出设计行程造成电磁隔振器永久损坏，本发明能够提供由小及大的可变刚度对冲击进行缓冲并限制最大位移。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二、四或六相同。
【权利要求】
1.一种主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:所述电磁隔振装置包括永磁体(I)、下磁轭(3)、外磁轭(4)、上磁轭(5)、上盖(22)、下圆筒(8)、直线轴承(2)、板状弹簧(9)、线圈(21)、线圈架(6)、螺柱(11)、圆柱导轨(16)和两个上圆筒(12);外磁轭(4)为筒状，下磁轭(3)固装在外磁轭(4)的下端面上，永磁体(I)位于下磁轭(3)的上端面上，直线轴承(2)竖直设置在永磁体(I)上端面上，上磁轭(5)位于永磁体(I)上端面上且套装在直线轴承(2)上，板状弹簧(9)设置在两个上圆筒(12)之间，上圆筒(12)、下圆筒(8)依次设置在外磁轭(4)的上端面上，上盖(22)设置在板状弹簧(9)的上方，线圈架(6)呈倒置圆桶状，螺柱(11)的下端穿过板状弹簧(9)的中心孔且与线圈架(6)螺纹连接，螺柱(11)的中部通过螺母螺纹连接，所述螺母位于板状弹簧(9)的上端面上，圆柱导轨(16)的上端面固装在螺柱(11)的下端面上，圆柱导轨(16)的下部位于直线轴承(2)内，上磁轭(5)与外磁轭(4)之间形成环形间隙，线圈架(6)的下部缠绕有线圈(21)，线圈(21)位于环形间隙处。
2.根据权利要求1所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:板状弹簧(9)的径向刚度远远大于板状弹簧(9)的轴向刚度。
3.根据权利要求1或2所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:板状弹簧(9)的厚度范围是0.2?1mm。
4.根据权利要求3所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:永磁体(I)为圆柱形状，永磁体(I)的直径大于永磁体(I)的高度。
5.根据权利要求1、2或4所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:线圈架(6)下部外侧壁上沿圆周方向加工有环形凹槽，线圈(21)缠绕在环形凹槽上。
6.根据权利要求5所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:永磁体(I)为钕铁硼永磁体。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的主被动一体式电磁隔振装置，其特征在于:上盖(22)包括限位环(23)、缓冲弹簧(13)、两个限位弹簧(14)和两个限位板(15)，限位板(15)呈圆盘形状，限位板(15)上加工有中心通孔，限位板(15)的一端面加工有圆弧凹面，限位环(23)位于两个限位板(15)之间，两个限位板(15)的圆弧凹面相对设置在电磁隔振器的上方，缓冲弹簧(13)和两个限位弹簧(14)位于两个限位板(15)形成的空间内，缓冲弹簧(13)通过两个限位弹簧(14)安装在电磁隔振器的螺柱(11)上，两个限位板(15)穿装在螺柱(11)上且两个限位板(15)与螺柱(11)不接触。
【文档编号】F16F6/00GK104179868SQ201410360150
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】曹登庆, 池维超, 罗德堃, 聂一帆, 唐介, 于开平, 黄文虎 申请人:哈尔滨工业大学