[發(fā)明專利]一種針對直線振蕩電機(jī)的直線力加載負(fù)載模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611071755.6
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106772031B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦宗夏;曹源;嚴(yán)亮;王天乙
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

本發(fā)明公開一種針對直線振蕩電機(jī)的直線力加載負(fù)載模擬裝置，為直線振蕩電機(jī)提供多種形式、負(fù)載力大小可變的帶載環(huán)境，從而為評估直線振蕩電機(jī)動(dòng)態(tài)性能提供測試基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)上，該負(fù)載模擬裝置采用音圈電機(jī)作為負(fù)載力來源，通過設(shè)計(jì)的檢測機(jī)構(gòu)將音圈電機(jī)與直線振蕩電機(jī)動(dòng)子固連，通過改變音圈電機(jī)輸入電流大小來調(diào)節(jié)負(fù)載力，從而實(shí)現(xiàn)多模式、可控的負(fù)載力加載；在控制策略上，為實(shí)現(xiàn)精確的多模式力加載，系統(tǒng)對直線振蕩電機(jī)的速度、加速度信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、濾波、重構(gòu)，根據(jù)負(fù)載力形式得到音圈電機(jī)的控制輸入信號，從而可實(shí)現(xiàn)對彈簧負(fù)載、阻尼負(fù)載、液壓負(fù)載等多種負(fù)載模式的精確力加載，為直線振蕩電機(jī)性能評估提供有力支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對直線振蕩電機(jī)的直線力加載負(fù)載模擬裝置，主要應(yīng)用在直線振蕩電機(jī)帶載動(dòng)態(tài)性能測試系統(tǒng)中。

背景技術(shù)

直線振蕩電機(jī)是一種無需運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)直接輸出直線運(yùn)動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于直線泵、空氣壓縮機(jī)、電錘等工業(yè)產(chǎn)品中。相比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)配合運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(如曲柄連桿、齒輪齒條等)輸出直線運(yùn)動(dòng)的裝置，其具有效率高、壽命長的優(yōu)勢，尤其適合高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)場合。

1840年惠斯特(Wheatstone)開始提出和制作的略具雛形但并不成功的直線電機(jī)。1917年出現(xiàn)了第一臺圓筒型直線電動(dòng)機(jī)，人們試圖把它作為導(dǎo)彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。1962年，West和Jayawant設(shè)計(jì)了作為鐵磁諧振器的單相直線電動(dòng)機(jī)。到1965年以后，隨著控制技術(shù)和材料性能的顯著提高，應(yīng)用直線電機(jī)的實(shí)用設(shè)備被逐步開發(fā)出來。目前關(guān)于直線振蕩電機(jī)的研究大多圍繞電機(jī)本身輸出特性展開。J.Wang圍繞單極磁路結(jié)構(gòu)展開了詳細(xì)分析，通過電磁建模比較了多種磁極陣列(徑向、軸向、哈爾巴赫陣列)在輸出性能上的差異，并進(jìn)行了關(guān)鍵尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了電機(jī)單位體積內(nèi)輸出力密度。I.I.Abdalla通過對比電機(jī)結(jié)構(gòu)和靜態(tài)性能，分析電機(jī)磁通密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、反電動(dòng)勢和輸出推力，提出了多種電機(jī)設(shè)計(jì)方法。C.Pompermaier在電機(jī)建模理論方面有創(chuàng)新性研究。雖然國內(nèi)外對直線電機(jī)磁路設(shè)計(jì)、建模分析等方面進(jìn)行了深入研究，但是針對直線電機(jī)輸出性能測試還缺乏有效手段。特別是針對高頻直線振蕩電機(jī)這一具有小行程高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)特性的特種電機(jī)，目前還缺乏深入研究，已經(jīng)嚴(yán)重制約直線電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，針對高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)特性，發(fā)明一種直線振蕩電機(jī)加載裝置是必要的。直線振蕩電機(jī)加載按照加載方式可以分為三類：機(jī)械動(dòng)力加載、氣缸或液壓缸加載和電機(jī)加載。其中，機(jī)械動(dòng)力加載包括重物加載、彈簧加載和摩擦力加載等，機(jī)械加載雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是加載力大小受到限制，不能進(jìn)行隨變載荷加載，而且加載操作過程復(fù)雜。氣缸或液壓缸加載，雖然加載結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高，但是整個(gè)加載系統(tǒng)包括動(dòng)力部件、控制部件和輔助部件，總體質(zhì)量大且系統(tǒng)和控制較為復(fù)雜，還有氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)頻率響應(yīng)相對于電機(jī)較低，氣缸或液壓缸加載在高頻很難匹配。電機(jī)加載包括直線電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)-滾珠絲杠加載，旋轉(zhuǎn)電機(jī)-滾珠絲杠加載頻率響應(yīng)能力不足。直線電機(jī)加載分為音圈加載電機(jī)和動(dòng)磁式電機(jī)，動(dòng)磁式電機(jī)輸出力穩(wěn)定性相比于音圈加載電機(jī)較差，音圈加載電機(jī)在設(shè)計(jì)行程內(nèi)輸出力較為穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對直線振蕩電機(jī)加載問題，提出了一種針對直線振蕩電機(jī)的直線力加載負(fù)載模擬裝置，采用音圈加載電機(jī)作為負(fù)載模擬加載電機(jī)，能夠?qū)χ本€振蕩電機(jī)進(jìn)行小行程大載荷加載，可測試被測直線振動(dòng)電機(jī)在定載荷和變載荷情況下的動(dòng)態(tài)性能，能夠用于研究被測直線振動(dòng)電機(jī)相應(yīng)的快速性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性以及被測直線振蕩電機(jī)的控制魯棒性；本發(fā)明會進(jìn)一步推動(dòng)我國直線電機(jī)研究發(fā)展，促進(jìn)直線電機(jī)的推廣和應(yīng)用，不斷推進(jìn)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制研究。

本發(fā)明針對直線振蕩電機(jī)的直線力加載負(fù)載模擬裝置，包括由前至后依次設(shè)置的被測直線振蕩電機(jī)、檢測機(jī)構(gòu)與加載電機(jī)。

所述檢測機(jī)構(gòu)中具有力傳感器與位移傳感器；通過力傳感器將被測直線振蕩電機(jī)與加載電機(jī)的輸出軸間連接，檢測被測直線振蕩電機(jī)與加載電機(jī)相互之間的作用力；位移傳感器連接被測直線振蕩電機(jī)的輸出軸，檢測被測直線振蕩電機(jī)的輸出位移。