本发明专利技术涉及振动计量技术领域，特别是涉及一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，包括电磁驱动部件和运动部件；电磁驱动部件包括圆桶形下磁轭、设置于下磁轭内侧的呈环形的永磁体；下磁轭的内侧和所述永磁体的内侧和下侧围合形成运动腔；在下磁轭上且位于运动腔内侧安装有中心磁轭；中心磁轭和所述永磁体之间设置有气隙；运动部件包括位于中心磁轭上侧的工作台面，在工作台面靠近中心磁轭的一侧面设置有线圈骨架，线圈骨架滑动套接于中心磁轭的外侧；线圈骨架的外侧壁缠绕有直流线圈和激励线圈。通过采用上述方案，最大程度地降低了运动部件装配难度，减小了运动部件自重，有效提高了电磁执行器的装配精度和驱动能力。能力。能力。
【技术实现步骤摘要】
导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器
[0001]本专利技术涉及振动计量
，特别是涉及一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器。
技术介绍
[0002]电磁执行器在振动领域有着非常广泛的应用，是电磁振动台、音圈电机等设备的核心部件。近年来，航空航天、建筑桥梁、防震减灾等重大领域的相关研究对电磁执行器的性能要求越来越高。传统电磁执行器的驱动与导向机构是分离的，装配时将不可避免地引入误差，加大电磁驱动波形的失真度，并使运动部件产生横向振动；同时分离的驱动与导向机构需要较大的运动部件尺寸，而大尺寸运动部件质量较大，会削弱电磁驱动能力，且不利于设备小型化。因此通过简单、可靠的设计方法实现电磁执行器高装配精度与运动部件轻量化是提高其性能的关键。
[0003]专利号为ZL201510236217.7公开了一种磁场跟踪补偿的长永磁管向心励磁圆柱形低频振动校准台。提出将永磁管以粘接方式同轴装配在长圆筒形外磁轭内部进行励磁，永磁管内表面磁极的极性相同，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，中心磁轭上均匀地绕有补偿线圈，形成补偿磁场对电枢反应的影响进行同步跟踪补偿，并采用静压气浮导向技术确保运动导向精度。
[0004]专利号为CN201811332560.1公开了一种振动台。其通过磁路装置产生磁场，在动圈骨架外围固定空气轴承，减小横向扰动。直流线圈和激励线圈径向缠绕于动圈骨架外周壁，直流线圈位于线性磁场区，通以直流激励使动圈定位于直流电安培力与其重力相等的位置，以抵消重力和确定零位。激励线圈位于匀强磁场区，通以交流激励产生标准振动。
[0005]上述技术方案的显著特点是：导向装置与驱动结构分离，装配过程中需严格保证电磁驱动结构与导向装置轴向平行地固定安装，装配精度难以保证，极易使振动波形失真，并产生横向振动；需要额外机械件连接导向与驱动机构，不利于运动部件的小型化、轻量化设计，严重制约电磁执行器的负载能力，而对常进行大型振动传感器校准的低频电磁振动台而言，负载能力尤为重要；并且专利CN201811332560.1将直流线圈置于只是近似线性的线性磁场区，其非线性会给振动波形带来谐波失真。
[0006]综上，通过电磁振动校准台的结构及原理创新，提供一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器。
技术实现思路
[0007](一)解决的技术问题
[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，极大程度地降低了运动部件装配难度，减小了运动部件自重，有效提高了电磁执行器的装配精度和驱动能力。
[0009](二)技术方案
[0010]为实现上述目的，本申请实施例提供了一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，包括电磁驱动部件和运动部件；所述电磁驱动部件包括圆桶形下磁轭、设置于所述下磁轭内侧的呈环形的永磁体；所述下磁轭的内侧和所述永磁体的下侧围合形成运动腔；在所述下磁轭上且位于所述运动腔内侧安装有中心磁轭；所述中心磁轭和所述永磁体之间设置有气隙；所述运动部件包括位于所述中心磁轭上侧的工作台面，在所述工作台面靠近所述中心磁轭的一侧面设置有线圈骨架，所述线圈骨架呈环形，且滑动套接于所述中心磁轭的外侧；所述线圈骨架的外侧壁缠绕有直流线圈和激励线圈，所述直流线圈通入固定大小的直流电，以产生与所述运动部件重力方向相反的安培力；所述激励线圈通入可控的驱动电流，以产生电磁驱动力。
[0011]优选的，所述线圈骨架上设置有静压气浮结构，所述静压气浮结构控制所述线圈骨架和所述中心磁轭之间形成静压气膜。
[0012]优选的，所述静压气浮结构包括开设于所述线圈骨架内的圆筒形腔式气室，所述线圈骨架靠近所述中心磁轭的一侧面开设有出气孔，所述出气孔连通所述气室，且所述出气孔均匀分布于所述线圈骨架内表面；所述线圈骨架远离所述中心磁轭的外表面开设有进气孔，所述进气孔连接所述气室，所述进气孔连接供气源。
[0013]优选的，所述永磁体外侧面抵接所述下磁轭的内表面；所述运动腔中设置有对所述中心磁轭进行固定，且对所述永磁体进行支撑的安装架；所述安装架呈环形，且于所述安装架上开设有呈环形的安装槽；所述安装架上且位于所述安装槽的底部开设有安装孔；所述安装架的内侧壁抵接所述中心磁轭，上侧面抵接所述永磁体，所述安装架的下侧可拆卸连接所述下磁轭。
[0014]优选的，所述线圈骨架和所述中心磁轭之间设置有滑动导轨或滚动导轨。
[0015]优选的，所述永磁体包括一块永磁体或相互粘接的多块永磁体。
[0016]优选的，所述直流线圈和激励线圈位于气隙内，且位于磁场分布均匀区域内；所述直流线圈与所述激励线圈可相互连接。
[0017]优选的，所述固定大小的直流电由以下公式计算：I
DC
＝mg/(BL)；公式中，I
DC
为直流线圈所通入直流电的大小，m为运动部件及工作台面上固定的相关组件的质量，g为重力加速度，B为气隙内分布的平均磁感应强度，L为直流线圈的长度。
[0018](三)有益效果
[0019]本专利技术提供了一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，通过设置的下磁轭、永磁体、中心磁轭和安装组件，可以实现下磁轭、永磁体、中心磁轭的快速同轴安装，同时通过设置的静压气浮结构与中心磁轭一体化设计的方案，最大程度地降低了运动部件装配难度，减小了运动部件自重，可有效提高电磁执行器的装配精度和驱动能力；此外，直流线圈位于磁场分布均匀区域，避免了引入干扰。
[0020]具体有益效果如下：
[0021](1)本专利技术采用的永磁体向心励磁的磁路结构可在气隙中产生更强的磁感应强度，适合对电磁驱动力要求高的场合。
[0022](2)本专利技术通过把中心磁轭加工成导向轴的形式、把线圈骨架制作为滑动机构，完成了导向与驱动一体化的电磁执行器设计，实现了高装配精度，提高了电磁执行器的运动精度。运动部件作为滑动机构套装在中心磁轭构成的导向轴上，通过静压气浮结构、滑动导
轨形式或滚动导轨形式，实现了导向与驱动一体化，保证了运动部件与电磁驱动结构的轴向完全平行，达到了高装配精度，避免因装配误差而产生横向振动，有效提高电磁驱动波形精度。
[0023](3)本专利技术实现了电磁执行器的小型化设计目标，并可显著提高其负载能力。导向与驱动一体化的电磁执行器无需额外导向机构，结构紧凑，使装置更加小型化，利于设备的安装运输。没有附加导向机构占用额外空间，极大地缩小了运动部件尺寸，在结构上实现了运动部件的轻量化，有效提高了电磁执行器的负载能力。
[0024](4)本专利技术可避免直流线圈在气隙外部受非线性电磁力，产生振动谐波的问题。直流线圈置于气隙磁场分布均匀区域，通以固定大小的直流电使直流线圈受与运动部件重力相等的安培力，通过在激励线圈中通入叠加了基于位移反馈的控制量实现主动正刚度支撑，避免直流线圈在气隙外部受非线性电磁力，产生谐波干扰。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，其特征在于：包括电磁驱动部件(100)和运动部件(200)；所述电磁驱动部件(100)包括圆桶形下磁轭(110)、设置于所述下磁轭(110)内侧的呈环形的永磁体(120)；所述下磁轭(110)的内侧和所述永磁体(120)的下侧围合形成运动腔(140)；在所述下磁轭(110)上且位于所述运动腔(140)内侧安装有中心磁轭(130)；所述中心磁轭(130)和所述永磁体(120)之间设置有气隙(160)；所述运动部件(200)包括位于所述中心磁轭(130)上侧的工作台面(210)，在所述工作台面(210)靠近所述中心磁轭(130)的一侧面设置有线圈骨架(220)，所述线圈骨架(220)呈环形，且滑动套接于所述中心磁轭(130)的外侧；所述线圈骨架(220)的外侧壁缠绕有直流线圈(230)和激励线圈(240)，所述直流线圈(230)通入固定大小的直流电，以产生与所述运动部件(200)重力方向相反的安培力；所述激励线圈(240)通入可控的驱动电流，以产生电磁驱动力。2.根据权利要求1所述的导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，其特征在于：所述线圈骨架(220)上设置有静压气浮结构(250)，所述静压气浮结构(250)控制所述线圈骨架(220)和所述中心磁轭(130)之间形成静压气膜。3.根据权利要求2所述的导向与驱动复合的永磁体向心励磁圆柱形电磁执行器，其特征在于：所述静压气浮结构(250)包括开设于所述线圈骨架(220)内的圆筒形腔式气室(251)，所述线圈骨架(220)靠近所述中心磁轭(130)的一侧面开设有出气孔(252)，所述出气孔(252)连通所述气室(251)，且所述出气孔(252)均匀分布于所述线圈骨架(220)内表面；所述线圈骨架(220)远离所述中心磁轭(130)的外表面开设有进气孔(253)，所述进气孔(253)连接所述气室(251)，所述进气孔(253)连接供气源。4.根据权利要求1所述的导向与驱动复合的永磁体向心励...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔俊宁，李石磊，陈振辉，崔军，刘永康，李伟，邹丽敏，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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