[發(fā)明專利]基于Halbach永磁陣列的慣性激振器及其設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110369246B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武倩倩;宋金明;劉碧龍;崔寧;安峰巖
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: B06B1/04
• 分類號: B06B1/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

1.基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，包括殼體，其特征在于，所述殼體內(nèi)部分別設(shè)有可動磁體部、固定繞組部、懸掛部和重力補償部；

所述可動磁體部包括Halbach永磁陣列以及位于Halbach永磁陣列上部和下部的純鐵；所述固定繞組部包括線圈，所述線圈設(shè)置在Halbach永磁陣列與純鐵形成的間隙中；所述懸掛部包括連接在純鐵與殼體之間的若干卷曲彈簧，所述重力補償部包括支撐彈簧，所述支撐彈簧用于支撐可動磁體部的重量，并提供激振器所需的振幅；

所述可動磁體部具體包括：第一環(huán)形永磁體之上設(shè)置第二環(huán)形永磁體，所述第一環(huán)形永磁體和第二環(huán)形永磁體形成的環(huán)形空間之間設(shè)置第一圓柱形永磁體和第二圓柱形永磁體；

所述固定繞組部與被激振物體連接，當(dāng)給線圈通入交變電流后，在洛倫茲力的作用下，可動磁體部相對于固定繞組部發(fā)生振動，通過調(diào)節(jié)電流大小和方向能夠改變振動的幅值和頻率。

2.如權(quán)利要求1所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述第二圓柱形永磁體設(shè)置在第一圓柱形永磁體之上；第二環(huán)形永磁體之上設(shè)置環(huán)形純鐵，第二圓柱形永磁體之上設(shè)置第一圓柱形純鐵，第一環(huán)形永磁體和第一圓柱形永磁體之下設(shè)置第二圓柱形純鐵。

3.如權(quán)利要求2所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述第一環(huán)形永磁體和第二環(huán)形永磁體的尺寸、充磁方向和充磁強度均相同。

4.如權(quán)利要求2所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，第一圓柱形永磁體、第二圓柱形永磁體和第一圓柱形純鐵與第一環(huán)形永磁體、第二環(huán)形永磁體和環(huán)形純鐵之間均留有設(shè)定距離的間隙，所述線圈設(shè)置在所述間隙中。

5.如權(quán)利要求2所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述支撐彈簧設(shè)置在第二圓柱形純鐵的底部。

6.如權(quán)利要求1所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述固定繞組部包括：工作平臺、線圈和繞組骨架；所述工作平臺與被激振物體連接，所述繞組骨架與工作平臺可拆卸連接，線圈采用交錯繞線方法纏繞在繞組骨架上。

7.如權(quán)利要求1所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述懸掛部包括：外圈固定片、卷曲彈簧片和內(nèi)圈固定片；所述卷曲彈簧片連接在外圈固定片和內(nèi)圈固定片之間；所述外圈固定片與殼體連接，所述內(nèi)圈固定片與純鐵連接。

8.如權(quán)利要求7所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，所述卷曲彈簧片具有彎曲圓弧形結(jié)構(gòu)，用于提供激振器所需的振幅。

9.基于Halbach永磁陣列的慣性激振器設(shè)計方法，采用如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器，其特征在于，包括：

選取不同充磁強度不同、不同幾何尺寸以及不同外形的永磁體，按照不同的排列方式組成不同的Halbach永磁陣列，通過有限元軟件對不同的Halbach永磁陣列進行仿真，選取具有最優(yōu)磁回路結(jié)構(gòu)的Halbach永磁陣列；

通過分別分析不同氣隙長度以及不同幾何尺寸的永磁體對磁場強度的影響規(guī)律，選擇最優(yōu)的永磁體尺寸和結(jié)構(gòu)；

通過計算固定繞組部所處的位置沿著x方向和y方向的磁場強度變化趨勢，衡量慣性激振器的線性度；

對慣性激振器的輸出力值指標(biāo)進行分解，作為固定繞組部線圈電流和電阻的設(shè)計依據(jù)，確定最大允許用電流和電阻，以及線圈的層數(shù)、圈數(shù)；

通過應(yīng)力應(yīng)變分析和剛度分析，對卷曲彈簧和支撐彈簧的幾何參數(shù)進行優(yōu)化，最終得到滿足激振器剛度要求的設(shè)計參數(shù)。

10.如權(quán)利要求9所述的基于Halbach永磁陣列的慣性激振器設(shè)計方法，其特征在于，通過優(yōu)化卷曲彈簧的剛度、改變卷曲彈簧的數(shù)量，能夠改變系統(tǒng)的剛度，擴大激振器的控制頻率范圍。