一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块制造技术

一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块，包括激光头、电场部和磁场部；电场部包括两个磁场发生模块，电场部包括两组电场发生模块，磁场部和电场部均通过支撑结构固定架设在激光头的四周。本实用新型专利技术采用环形周布的四组线圈部，配合外部磁场电源实现磁场大小的连续可调，且其大小满足使用要求；铁芯头的尖头部设计，使加工表面磁场强度和线性度得到提高。支撑结构可确保电场和磁场的同步随动耦合。

A flexible adaptive composite brush type electromagnetic field synchronous coupling module

A flexible self-adaptive composite carbon brush electromagnetic field synchronous coupling module consists of a laser head, an electric field part and a magnetic field part; the electric field part comprises two magnetic field generating modules, and the electric field part comprises two electric field generating modules. The magnetic field part and the electric field part are fixed around the laser head through a supporting structure. The utility model adopts four groups of coil parts with ring-shaped periphery, cooperates with the external magnetic field power supply to realize the continuous adjustable magnetic field size, and the size meets the use requirements; the tip head of the iron core head is designed to improve the magnetic field intensity and linearity of the machined surface. The supporting structure ensures the synchronous coupling of electric field and magnetic field.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块
本技术涉及一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块。
技术介绍
在激光加工过程中，加入电磁复合场的调控手段，能够通过控制洛伦兹力的大小和方向，进而有效改善传统调控工艺的调控效果，实现性能的提升。特别是对于大型工业零部件，激光加工过程中难以实现电-磁复合场的同步耦合，限制了该技术在实际生产过程中的应用。浙江工业大学姚建华等人申报的专利申请号为2013052755461.5的中国专利公开了一种静态磁场—激光同轴复合熔覆方法及装置，该技术将磁场发生装置集成在激光头上，以实现磁场的同步移动，但其只实现了稳态磁场的同步耦合，对熔池改善效果有限，且磁场强度有限，不能满足实际加工需要。浙江工业大学姚建华等人申报的专利申请号为201611014732.1的中国专利公开了一种永磁铁供磁的电-磁复合场协同激光熔覆装置，包括激光熔覆部、支架部、电场部和磁场部。磁场由永磁铁供磁，试样夹持在支架上，可调整角度和位置来匹配试样角度，但其对试样形貌有严格要求，且云母绝缘层会因高温而失效，其磁场大小调节有限，使用条件局限。
技术实现思路
为克服
技术介绍
中存在的缺陷，本技术提供一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块。本技术解决上述问题的技术方案是：一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块，所述电磁场同步耦合模块包括激光头、磁场部和电场部；所述激光头的上方设有用于与激光器相连的输入管，且所述输入管竖直向上延伸，所述激光头的下方设有竖直向下延伸的输出管；所述磁场部包括两个沿输出管的径向分别设置在输出管前后两侧的磁场发生模块，所述磁场发生模块包括开口向下的U形铁芯，且U形铁芯的两端分别对应贯穿一组线圈部；所述线圈部包括电磁线圈、由不导磁材料制作的线圈骨架和由不导磁材料制作的外壳，外壳设置在线圈骨架及电磁线圈外；线圈骨架包括中空的中心柱和套设在中心柱两头的挡板，电磁线圈缠绕在中心柱上并位于中心柱上的两挡板之间；所述中心柱的两头贯通，且U形铁芯的一端贯穿所述中心柱；两个U形铁芯位于同一侧的一端均与一个铁芯头相连，两个U形铁芯位于另一侧的一端均与另一个铁芯头相连，且两个铁芯头关于输出管的轴向对称；所述铁芯头包括沿着输出管的径向延伸的铁芯头本体，所述铁芯头本体的中心轴线与输出管的中心轴线相垂直；铁芯头本体的外端设有用于与两U形铁芯可拆卸连接的连接块，铁芯头本体的内端设有指向输出管的中心轴线的延长线的尖头部，且分别位于待加工零件的待加工区域两侧的铁芯头位于输出管的下方；定义以两铁芯头中心轴线的连线与输出管中心轴线的延长线的交点为坐标原点，以经过所述坐标原点且与输出管的中心轴线相重合的直线为z轴，以两铁芯头中心轴线的连线为x轴，以经过坐标原点且同时垂直于z轴和x轴的方向为y轴；且定义沿x轴方向为前后方向，沿y轴方向为左右方向，沿z轴方向为上下方向，向位于中间的输出管靠拢的一端为内端，远离输出管的一端为外端，则：两组磁场发生模块关于x轴轴对称，且两个U形铁芯之间的夹角为θ，且0＜θ＜180°；各线圈部的电磁线圈的材质和匝数均相同，各电磁线圈的两端分别具有用于与磁场电源相连的连接端，电磁线圈的两端分别与磁场电源相连，且各电磁线圈之间相互并联；位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反，且磁场强度相同；不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同；所述外壳上设有用于冷却电磁线圈的冷却部；所述电场部包括两组沿着y轴方向相对设置在输出管的左右两侧的电场发生模块，且两组电场发生模块关于z轴对称；电场发生模块包括碳刷组和可驱动碳刷组沿着y轴方向和z轴方向移动的剪叉升降台；所述剪叉升降台设有用于固定碳刷组的夹具，且碳刷组连接有用于与电场电源连通的连接头；所述剪叉升降台包括上下间隔设置的顶板和底板，且顶板和底板均垂直于z轴；底板上表面上的前后两侧相对设有第一侧板，第一侧板的内端上设有沿y轴方向延伸的第一滑槽，第一滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第一滑槽内，且第一滑杆沿x轴方向延伸；第一转轴的两端分别可转动地设置在两个第一侧板的外端上，且第一转轴沿x轴方向延伸；顶板下表面上的前后两侧相对设有第二侧板，第二侧板的外端设有沿y轴方向延伸的第二滑槽，第二滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第二滑槽内；第二转轴的两端分别可转动地设置在两第二侧板的内端上，且第二转轴沿x轴方向延伸；顶板和底板之间还设有均沿x轴方向延伸的第三转轴和第四转轴，且第三转轴和第四转轴位于同一xoy平面上；第三转轴和第四转轴之间通过调节螺杆相连，调节螺杆的内端沿着y轴方向贯穿第三转轴和第四转轴，且调节螺杆与第三转轴和第四转轴螺纹连接，调节螺杆的外端带有调节头；所述剪叉升降台还包括剪叉臂，所述剪叉臂包括两个在中间铰接的连杆，且两个连杆的两端分别构成剪叉臂的连接端；第一转轴、第一滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的剪叉臂的连接端可转动连接；第二转轴、第二滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的另一个剪叉臂的连接端可转动相连；所述夹具的下表面设有凹槽，凹槽内设有可沿z轴方向伸缩的弹簧，弹簧的上端固定在凹槽内，碳刷组包括若干块碳刷，且碳刷组的上端延伸至凹槽内并与弹簧的下端相连，碳刷的下表面位于输出管的下方；所述磁场部和电场部均通过支撑结构固定架设在激光头的四周；所述支撑结构包括L形的总支撑架，所述总支撑架包括竖直板和水平板，竖直板的下端与水平板的内端固定相连，竖直板的上端固定在激光头的侧面上；所述支撑结构还包括用于固定线圈部的线圈支撑架，线圈支撑架包括一一托起线圈部的4个托板，每个托板的中间均设有一个供U形铁芯的一端贯穿的第一通孔，U形铁芯的一端贯穿所述第一通孔并与铁芯头相连，且托板的内侧通过连接板固定在所述水平板上；且所述外壳与托板、连接板固定相连；所述电场部的顶板通过螺栓和螺母固定在水平板的下表面上。进一步，所述外壳呈矩形框状，所述矩形框的顶面和底面均设有供U形铁芯的一端贯穿的第二通孔和第三通孔，所述冷却部包括设置在所述矩形框侧面上的内气流道，所述内气流道沿电磁线圈的中心轴方向自矩形框的顶面向底面延伸；内气流道的进气口设置在矩形框的顶面上，且所述进气口与高压气源相连通；内气流道上面向电磁线圈的一侧间隔设有若干个排成一列的出气口。进一步，位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反、磁场强度相同，不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同的具体实现结构为：各电磁线圈分别具有位于上方的上接线端和位于下方的下接线端，各电磁线圈的上接线端均与磁场电源的正极相连，各电磁线圈的下接线端均与磁场电源的负极相连；且位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈在中心柱上的绕线方向相反，不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈在中心柱上的绕线方向相同。或者，位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反、磁场强度相同，不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同的具体实现结构为：各电磁线圈分别具有位于上方的上接线端和位于下方的下接线端，位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的上接线端分别与磁场电源的不同极相连，位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的下接线端分别与磁场电源的不同极相连；不同U形铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块，其特征在于：所述电磁场同步耦合模块包括激光头、磁场部和电场部；所述激光头的上方设有用于与激光器相连的输入管，且所述输入管竖直向上延伸，所述激光头的下方设有竖直向下延伸的输出管；所述磁场部包括两个沿输出管的径向分别设置在输出管前后两侧的磁场发生模块，所述磁场发生模块包括开口向下的U形铁芯，且U形铁芯的两端分别对应贯穿一组线圈部；所述线圈部包括电磁线圈、由不导磁材料制作的线圈骨架和由不导磁材料制作的外壳，外壳设置在线圈骨架及电磁线圈外；线圈骨架包括中空的中心柱和套设在中心柱两头的挡板，电磁线圈缠绕在中心柱上并位于中心柱上的两挡板之间；所述中心柱的两头贯通，且U形铁芯的一端贯穿所述中心柱；两个U形铁芯位于同一侧的一端均与一个铁芯头相连，两个U形铁芯位于另一侧的一端均与另一个铁芯头相连，且两个铁芯头关于输出管的轴向对称；所述铁芯头包括沿着输出管的径向延伸的铁芯头本体，所述铁芯头本体的中心轴线与输出管的中心轴线相垂直；铁芯头本体的外端设有用于与两U形铁芯可拆卸连接的连接块，铁芯头本体的内端设有指向输出管的中心轴线的延长线的尖头部，且分别位于待加工零件的待加工区域两侧的铁芯头位于输出管的下方；定义以两铁芯头中心轴线的连线与输出管中心轴线的延长线的交点为坐标原点，以经过所述坐标原点且与输出管的中心轴线相重合的直线为z轴，以两铁芯头中心轴线的连线为x轴，以经过坐标原点且同时垂直于z轴和x轴的方向为y轴；且定义沿x轴方向为前后方向，沿y轴方向为左右方向，沿z轴方向为上下方向，向位于中间的输出管靠拢的一端为内端，远离输出管的一端为外端，则：两组磁场发生模块关于x轴轴对称，且两个U形铁芯之间的夹角为θ，且0＜θ＜180°；各线圈部的电磁线圈的材质和匝数均相同，各电磁线圈的两端分别具有用于与磁场电源相连的连接端，电磁线圈的两端分别与磁场电源相连，且各电磁线圈之间相互并联；位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反，且磁场强度相同；不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同；所述外壳上设有用于冷却电磁线圈的冷却部；所述电场部包括两组沿着y轴方向相对设置在输出管的左右两侧的电场发生模块，且两组电场发生模块关于z轴对称；电场发生模块包括碳刷组和可驱动碳刷组沿着y轴方向和z轴方向移动的剪叉升降台；所述剪叉升降台设有用于固定碳刷组的夹具，且碳刷组连接有用于与电场电源连通的连接头；所述剪叉升降台包括上下间隔设置的顶板和底板，且顶板和底板均垂直于z轴；底板上表面上的前后两侧相对设有第一侧板，第一侧板的内端上设有沿y轴方向延伸的第一滑槽，第一滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第一滑槽内，且第一滑杆沿x轴方向延伸；第一转轴的两端分别可转动地设置在两个第一侧板的外端上，且第一转轴沿x轴方向延伸；顶板下表面上的前后两侧相对设有第二侧板，第二侧板的外端设有沿y轴方向延伸的第二滑槽，第二滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第二滑槽内；第二转轴的两端分别可转动地设置在两第二侧板的内端上，且第二转轴沿x轴方向延伸；顶板和底板之间还设有均沿x轴方向延伸的第三转轴和第四转轴，且第三转轴和第四转轴位于同一xoy平面上；第三转轴和第四转轴之间通过调节螺杆相连，调节螺杆的内端沿着y轴方向贯穿第三转轴和第四转轴，且调节螺杆与第三转轴和第四转轴螺纹连接，调节螺杆的外端带有调节头；所述剪叉升降台还包括剪叉臂，所述剪叉臂包括两个在中间铰接的连杆，且两个连杆的两端分别构成剪叉臂的连接端；第一转轴、第一滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的剪叉臂的连接端可转动连接；第二转轴、第二滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的另一个剪叉臂的连接端可转动相连；所述夹具的下表面设有凹槽，凹槽内设有可沿z轴方向伸缩的弹簧，弹簧的上端固定在凹槽内，碳刷组包括若干块碳刷，且碳刷组的上端延伸至凹槽内并与弹簧的下端相连，碳刷的下表面位于输出管的下方；所述磁场部和电场部均通过支撑结构固定架设在激光头的四周；所述支撑结构包括L形的总支撑架，所述总支撑架包括竖直板和水平板，竖直板的下端与水平板的内端固定相连，竖直板的上端固定在激光头的侧面上；所述支撑结构还包括用于固定线圈部的线圈支撑架，线圈支撑架包括一一托起线圈部的4个托板，每个托板的中间均设有一个供U形铁芯的一端贯穿的第一通孔，U形铁芯的一端贯穿所述第一通孔并与铁芯头相连，且托板的内侧通过连接板固定在所述水平板上；且所述外壳与托板、连接板固定相连；所述电场部的顶板通过螺栓和螺母固定在水平板的下表面上。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性自适应复合碳刷式电磁场同步耦合模块，其特征在于：所述电磁场同步耦合模块包括激光头、磁场部和电场部；所述激光头的上方设有用于与激光器相连的输入管，且所述输入管竖直向上延伸，所述激光头的下方设有竖直向下延伸的输出管；所述磁场部包括两个沿输出管的径向分别设置在输出管前后两侧的磁场发生模块，所述磁场发生模块包括开口向下的U形铁芯，且U形铁芯的两端分别对应贯穿一组线圈部；所述线圈部包括电磁线圈、由不导磁材料制作的线圈骨架和由不导磁材料制作的外壳，外壳设置在线圈骨架及电磁线圈外；线圈骨架包括中空的中心柱和套设在中心柱两头的挡板，电磁线圈缠绕在中心柱上并位于中心柱上的两挡板之间；所述中心柱的两头贯通，且U形铁芯的一端贯穿所述中心柱；两个U形铁芯位于同一侧的一端均与一个铁芯头相连，两个U形铁芯位于另一侧的一端均与另一个铁芯头相连，且两个铁芯头关于输出管的轴向对称；所述铁芯头包括沿着输出管的径向延伸的铁芯头本体，所述铁芯头本体的中心轴线与输出管的中心轴线相垂直；铁芯头本体的外端设有用于与两U形铁芯可拆卸连接的连接块，铁芯头本体的内端设有指向输出管的中心轴线的延长线的尖头部，且分别位于待加工零件的待加工区域两侧的铁芯头位于输出管的下方；定义以两铁芯头中心轴线的连线与输出管中心轴线的延长线的交点为坐标原点，以经过所述坐标原点且与输出管的中心轴线相重合的直线为z轴，以两铁芯头中心轴线的连线为x轴，以经过坐标原点且同时垂直于z轴和x轴的方向为y轴；且定义沿x轴方向为前后方向，沿y轴方向为左右方向，沿z轴方向为上下方向，向位于中间的输出管靠拢的一端为内端，远离输出管的一端为外端，则：两组磁场发生模块关于x轴轴对称，且两个U形铁芯之间的夹角为θ，且0＜θ＜180°；各线圈部的电磁线圈的材质和匝数均相同，各电磁线圈的两端分别具有用于与磁场电源相连的连接端，电磁线圈的两端分别与磁场电源相连，且各电磁线圈之间相互并联；位于同一U形铁芯上的两个电磁线圈的磁场方向相反，且磁场强度相同；不同U形铁芯上关于x轴对称的两个电磁线圈的磁场方向和磁场强度均相同；所述外壳上设有用于冷却电磁线圈的冷却部；所述电场部包括两组沿着y轴方向相对设置在输出管的左右两侧的电场发生模块，且两组电场发生模块关于z轴对称；电场发生模块包括碳刷组和可驱动碳刷组沿着y轴方向和z轴方向移动的剪叉升降台；所述剪叉升降台设有用于固定碳刷组的夹具，且碳刷组连接有用于与电场电源连通的连接头；所述剪叉升降台包括上下间隔设置的顶板和底板，且顶板和底板均垂直于z轴；底板上表面上的前后两侧相对设有第一侧板，第一侧板的内端上设有沿y轴方向延伸的第一滑槽，第一滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第一滑槽内，且第一滑杆沿x轴方向延伸；第一转轴的两端分别可转动地设置在两个第一侧板的外端上，且第一转轴沿x轴方向延伸；顶板下表面上的前后两侧相对设有第二侧板，第二侧板的外端设有沿y轴方向延伸的第二滑槽，第二滑杆的两端可滑动地设置在两侧的第二滑槽内；第二转轴的两端分别可转动地设置在两第二侧板的内端上，且第二转轴沿x轴方向延伸；顶板和底板之间还设有均沿x轴方向延伸的第三转轴和第四转轴，且第三转轴和第四转轴位于同一xoy平面上；第三转轴和第四转轴之间通过调节螺杆相连，调节螺杆的内端沿着y轴方向贯穿第三转轴和第四转轴，且调节螺杆与第三转轴和第四转轴螺纹连接，调节螺杆的外端带有调节头；所述剪叉升降台还包括剪叉臂，所述剪叉臂包括两个在中间铰接的连杆，且两个连杆的两端分别构成剪叉臂的连接端；第一转轴、第一滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的剪叉臂的连接端可转动连接；第二转轴、第二滑杆、第三转轴和第四转轴的两端分别与位于同一侧的另一个剪叉臂的连接端可转动相连；所述夹具的下表面设有凹槽，凹槽内设有可沿z轴方向伸缩的弹簧，弹簧的上端固定在凹槽内，碳刷组包括若干块碳刷，且碳刷组的上端延伸至凹槽内并与弹簧的下端相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梁，姚建华，蒋可静，董刚，孙向伟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33