一种多模态电磁吸振器制造技术

一种多模态电磁吸振器，其特征在于，主要包括：弹性框体、吸振器质量、永磁体、电磁线圈套筒、电磁线圈和外置电路；所述永磁体与被控结构固定连接，所述吸振器质量固定安装在弹性框体顶部，电磁线圈套筒固定安装在弹性框体内壁的顶部，且电磁线圈套筒的底部与弹性框体的内壁不接触。电磁线圈缠绕在电磁线圈套筒上，且两端分别与外置电路相连，组成闭合电路。本发明专利技术中的外置电路能消除线圈电感影响，提高系统多模态阻尼系数，从而实现多模态吸振特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多模态电磁吸振器。本专利技术结合星载大型柔性可展开天线的研制 需求，提高了大型柔性可展开天线抵抗振动扰动的能力。
技术介绍
为了适应卫星发射时整流罩的包络要求，大型天线一般采用可展开形式，在卫星 发射时天线锁紧收纳在卫星平台上，入轨后天线展开至工作状态。该类型天线除了满足既 定的任务要求以外，还需要具有收拢和展开的功能。由于大型可展开天线的口径大，其展开 状态会对卫星产生严重的遮挡，同时如果距离卫星本体过近，还可能产生天线网面与卫星 的钩挂干涉问题。因此，该类型天线一般都采用大型可展开反射器+展开臂的形式，在展 开阶段，先通过展开臂的展开动作，将天线反射器展开至远离星体位置，再通过反射器的展 开，最终到达预定的型面位置。 由于大型可展开天线的高度柔性，大型可展开天线在轨工作过程中，天线的弹性 振动与卫星载体的姿态振荡是相互作用的，星体的大范围刚体运动与天线弹性变形运动间 的耦合作用将会直接影响卫星运行的精度和姿态稳定性，同时导致天线的指向偏差。因此， 需要对天线的振动进行严格的控制。 电磁结构具有较好的机电耦合特性，由电磁结构构成的各种阻尼器、吸振器已经 广泛的应用于吸振工程中。主动式电磁吸振器可以通过设计控制算法实现多模态吸振，但 其结构复杂，能耗高，需要设计相应的控制系统。然而，如何实现使用一个吸振器来完成结 构的多模态吸振，而不使用传感系统和反馈系统显得较为困难。结构的多模态吸振，亟需一 种高效可行的多模态阻尼吸振方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服传统主被动电磁吸振器的不足，提供一种多模态 电磁吸振器，在电磁吸振器电磁线圈两端连接一负电阻负电感外置电路来增大吸振器阻尼 系数，该负电阻负电感外置电路能消除线圈电感影响，提高系统多模态阻尼系数，从而实现 多模态吸振特性。 本专利技术的技术解决方案是：一种多模态电磁吸振器，主要包括：弹性框体、吸振器 质量、永磁体、电磁线圈套筒、电磁线圈和外置电路； 所述永磁体与被控结构固定连接，所述吸振器质量固定安装在弹性框体顶部，电 磁线圈套筒固定安装在弹性框体内壁的顶部，且电磁线圈套筒的底部与弹性框体的内壁不 接触。 电磁线圈缠绕在电磁线圈套筒上，且两端分别与外置电路相连，组成闭合电路。 所述永磁体的剩磁强度为1. 1T~1. 3T。 所述电磁线圈的数为500~1000 0L 所述永磁体包括两块同极正对紧压在一起的磁铁。 所述两个磁铁的轴向间距为2~4mm，电磁线圈和永磁体的径向间距为2~4mm。 所述多模态电磁吸振器通过增加永磁体的剩磁强度和/或电磁线圈的匝数来提 高电磁结构的机电耦合系数。 所述外置电路包括串联在一起的负电阻和负电感。 所述外置电路中的电感的取值为-40mH~-100mH。 所述外置电路中的电阻的取值为-200 Ω~-450 Ω。 外置电路为被动状态、NR型电路状态或NINR型电路状态。其中，被动状态为电路 开环状态，NR型电路状态为负电阻状态，NINR型电路状态为负电阻-负电感状态。 本专利技术与现有技术相比的有益效果： 本专利技术中的电磁吸振器无需测量系统、反馈系统以及控制算法，因此，同主动式电 磁吸振器相比，本专利技术具有结构简单、易于构造、成本低等特点；同被动式电磁吸振器相比， 本专利技术所提出的电磁吸振器能显著的提高系统阻尼比，其适应性更大，控制力更好。【附图说明】 图1为多模态电磁吸振器基本原理图； 图2为单个永磁体模型； 图3为同极相对永磁体型； 图4为悬臂梁-多模态电磁吸振器系统仿真模型图； 图5为实现负电阻负电感的外置电流控制电压源电路； 图6为悬臂梁-多模态电磁吸振器系统吸振仿真结果； 图7为悬臂梁-多模态电磁吸振器系统吸振试验配置图； 图8为悬臂梁-多模态电磁吸振器系统吸振试验结果，其中a)为负电阻型吸振试 验结果，b)为负电阻-负电感型吸振试验结果。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。 1、电磁吸振器机电耦合分析 对于图1所示的电磁吸振器，主要包括：弹性框体1、吸振器质量2、永磁体3、电磁 线圈套筒4、电磁线圈5和外置电路6 ; 所述永磁体3与被控结构7固定连接，所述吸振器质量2固定安装在弹性框体1 顶部，电磁线圈套筒4固定安装在弹性框体1内壁的顶部，且电磁线圈套筒4的底部与弹性 框体1的内壁不接触。所述永磁体3在本专利技术中的剩磁强度为1. 1T~1. 3T，包括两块同极 正对紧压在一起的磁铁，两个磁铁的轴向间距为2~4mm，电磁线圈和永磁体的径向间距为 2~4_，永磁体3需要在电磁线圈套筒4内上下活动，形状优选为圆柱形。所述被控结构 7为可展开天线上与天线固连的机构或天线本体机构。 电磁线圈5缠绕在电磁线圈套筒4上，且两端分别与外置电路6相连，组成闭 合电路。所述电磁线圈5的匝数为500~1000匝。所述外置电路包括串联在一起的负 电阻和负电感，外置电路中的电感的取值为-40mH~-100mH，外置电路中的电阻的取值 为-200 Ω ~-450 Ω。 根据具体应用需求不同，外置电路可能为被动状态、NR型电路状态或NINR型电路 状态；其中，被动状态为电路开环状态，NR型电路状态为负电阻状态，NINR型电路状态为负 电阻-负电感状态。 当被控结构振动时，吸振器弹性框体1会随之发生变形导致永磁体3与电磁线圈5 产生相对位移，从而在电磁线圈中产生感应电流。通过将结构的振动能量转化为电路电阻 电感的热能，可以实现对结构振动能量的耗散。 下面对本专利技术的工作原理进行详细的说明： 1)磁特性分析 根据分子电流假设，单个环形永磁体可以简化为等效体电流密度和面电流密度。 对于均勾磁化的永磁体，其体电流密度为零，仅包含面电流密度Js。根据Biot-Savart定 理，在圆柱坐标系下，如图2所不的单个永磁体外任意一点P处的磁感应强度分量为： B (r, Φ , z) = Br (r, Φ , z) r+B φ (r, Φ , z) Φ +BZ (r, Φ , z) z (1) 其中，Bjr, Φ, z)、Βφ (r, Φ, z)和Bz(r, Φ, z)分别表示磁感应强度沿圆柱坐标系 的径向、切向和轴向分量，r、Φ和z分别表示圆柱坐标系径向、切向和轴向的单位矢量。 对于图3所示的为一对同极相对的永磁体模型，此时，磁体外任意一点P处的磁感 应强度应当为： Bp(r, Φ,ζ) =Bpl(r, Φ,ζ)+Βρ2(γ, Φ , ζ) (2) 其中，Βρ1 (r, Φ , ζ)和Βρ2 (r, Φ , ζ)分别为永磁体1和2在Ρ点处产生的磁场强度。 2)机电、力电耦合特性分析 当结构发生振动时，闭合线圈在同极相对永磁体所形成的磁场中切割磁力线，将 会在线圈中产生感应电动势，感应电动势可以由经典Maxell方程表示为： dE = N(vXB) · dl (3) 其中，E表示感应电动势，N为电磁线圈的匝数，v表示线圈切割磁力线的速度，B 表示磁感应强度，1表示单圈线圈的长度。 将磁感应强度的表达式代入上式并进行简化可得： E = νΝ / !ΒρΓ(11Φ = νΟβΦ (4) 其中，Ε表示感应电动势，ν表示线圈切割磁力线的速度，Φ为圆柱坐标系切向单 位矢量，（；定义为吸振器的机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模态电磁吸振器，其特征在于，主要包括：弹性框体(1)、吸振器质量(2)、永磁体(3)、电磁线圈套筒(4)、电磁线圈(5)和外置电路(6)；所述永磁体(3)与被控结构(7)固定连接，所述吸振器质量(2)固定安装在弹性框体(1)顶部，电磁线圈套筒(4)固定安装在弹性框体(1)内壁的顶部，且电磁线圈套筒(4)的底部与弹性框体(1)的内壁不接触。电磁线圈(5)缠绕在电磁线圈套筒(4)上，且两端分别与外置电路(6)相连，组成闭合电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋朋，方永刚，薛永刚，王峰，王辉，王磊，王波，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61