一种复合电磁式动力吸振器的制作方法

本发明属于吸振技术领域，具体涉及一种复合电磁式动力吸振器。

背景技术：

在众多工业领域，机械振动是一种不可忽视的工程问题。吸振器作为一种常用的振动控制手段被广泛应用，而主动式吸振作为吸振器的终极形式，可以最大程度抑制振动。

传统的主动式电磁吸振器产生电磁力的方式主要是：(1)安倍力型吸振器：此类吸振器大多导线周向环绕，通电导线在径向磁场的作用下产生安培力。此类吸振器，需要将线圈置于气隙间，线圈通电在气隙磁场中产生安培力；(2)电磁铁型吸振器：给围绕铁芯的通电导线通电，使铁芯变成电磁铁，电磁铁与动子吸引或排斥产生电磁力。上述两种原理的主动式电磁吸振器各存在弊端如下。

对于安培力型吸振器而言，其缺点是电磁输出力密度相对较小，不能在有限的空间产生足够的电磁力。原因是气隙磁场强度与线圈空间之间存在矛盾：如中国发明专利cn107339352b公开的一种电磁机电耦合电路调谐吸振器，线圈安装在外壳与动子之间的气隙中，若提高线圈匝数从而提高输出力，匝数越多线圈的径向宽度越大，则气隙势必变大，气隙增大导致气隙磁场强度变弱，反而削弱输出力；若通过减小气隙提高气隙磁场强度从而提高输出力，势必会压缩线圈的安装空间，迫使减少线圈匝数，从而减小线圈过流面积，反而削弱输出力。实际应用中，为保证足够的气隙磁场强度，此类吸振器线圈层数往往在1-3层，因此对于产生安培力为主的电磁吸振器，往往体积相对较大，输出力体积密度较小。

对于电磁铁型吸振器而言，虽然其电磁输出力密度相较于上述原理电磁吸振器而言较大，但其输出力往往会随动子位移的变化而变化，这会导致电磁力输出线性度较差(当给吸振器通单频电流时，吸振器输出力会产生谐波)。这往往直接影响振动主动控制的效果，甚至导致控制失败。如中国专利文献cn108916301b公开的一种电磁式主动控制吸振器中动子电磁铁与定子永磁铁作用原理。一方面，其永磁铁与电磁铁间距离会随着动子的位移变化而变化，因此输出力会随动子的变化而变化；另一方面，为保证永磁铁与电磁铁不碰撞，其永磁铁与电磁铁需要保证较大的间隙，这还会导致输出力减小。又如中国专利文献cn106641087b公开的一种电磁式主动吸振器，当动子偏离中心平衡位置越大时，定子对动子的作用力就越强，这会造成一定程度的非线性性，当吸振器工作电流较大、工作频率较低时，此非线性性体现的愈加明显，这限制了此类作动器的下限工作频率。

技术实现要素：

因此，本发明所要解决的技术问题在于现有的安培力型吸振器或电磁铁型吸振器无法兼顾输出力密度与输出力线性度。

为此，本发明提供一种复合电磁式动力吸振器，包括

所述吸振器单体包括：

外壳；

两个盖板，相对设置并罩设在所述外壳的两端，并与所述外壳围成安装腔；

动子，安装在所述安装腔内；所述动子包括：

三块动子铁芯和两块主永磁体，所述动子铁芯和主永磁体依次间隔设置；

振动导向组件，所述动子通过所述振动导向组件与所述外壳同轴安装在所述安装腔内；

线圈，绕设在所述外壳与所述动子之间；

其特征在于，

线圈槽，围绕所述动子开设在所述外壳的内壁面上；在所述动子处于平衡位置时，沿所述动子的轴向，所述线圈槽的上方槽口边缘位于上方所述主永磁体的n极表面与s极表面之间；所述线圈槽的下方槽口边缘位于下方所述主永磁体的n极表面与s极表面之间；

所述线圈固定安装在所述线圈槽内；

所述外壳由软磁材料制成。

所述线圈充满所述线圈槽，且所述线圈朝向所述动子的侧面与所述外壳的内壁面齐平。

所述线圈槽的轴向截面为方形。

还包括：

至少两个副永磁体，分别固定在位于所述动子两端的动子铁芯朝向所述盖板的端面上；

相邻的所述副永磁体与所述主永磁体同极相对设置。

所述副永磁体的外径和所述动子铁芯的外径相同。

任一所述主永磁体的外周固定挡圈。

任一所述动子铁芯和加固挡圈的主永磁体的外径相同。

任一所述振动导向组件包括：

限位部，与所述动子同轴设置在所述动子上；

弹性件，其一端固定在所述安装腔的内壁上，另一端固定在所述限位部上。

还包括：

至少两个直线轴承，与所述动子同轴且分别固定安装在所述动子两端的所述动子铁芯上；

导杆，沿着所述动子的中心轴贯穿所述动子，且两端分别连接在相对的两侧所述盖板上；

所述动子通过所述直线轴承可滑动地安装在所述导杆上。

任一所述限位部为第一凹槽，开设在所述动子朝向所述盖板的端面上；

任一所述弹性件为压缩弹簧；

所述盖板上对应所述第一凹槽开设第二凹槽；

所述压缩弹簧的两端分别固定在所述第一凹槽和所述第二凹槽内。

任一所述限位部为法兰；所述法兰固定在所述动子上；

任一所述弹性件为至少一个板簧，沿所述法兰周向均匀分布；

任一所述板簧一端固定在所述法兰上，另一端固定在所述安装腔的内壁上。

所述板簧为圆环形，其圆环形的内圈边缘固定在所述法兰上，其外圈边缘固定在所述安装腔的内壁上。

任一所述动子铁芯与所述外壳由硅钢片堆叠或卷绕制成。

位于中间的所述动子铁芯上安装散热片。

所述安装腔内充满润滑脂。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种复合电磁式动力吸振器，外壳采用软磁材料制成，在外壳的内壁面上围绕安装腔内的动子开设线圈槽，动子处于平衡位置时，沿动子的轴向，线圈槽的上方槽口边缘位于上方主永磁体的n极表面与s极表面之间；线圈槽的下方槽口边缘位于下方主永磁体的n极表面与s极表面之间；线圈固定安装在线圈槽内，线圈通电时，外壳形成电磁铁，与动子之间产生相互作用力，例如，在线圈通正向电流时，动子受到向下的电磁力。同时，在线圈中间部分导线受到沿径向朝里的磁场的影响，根据左手定则可知线圈会受到向上的安培力，根据牛顿第三定律可知动子会受到一个向下的反作用力。即当线圈通正向电流时，动子同时会受到向下的电磁力和安培力，当线圈通反向电流时，动子同时会受到向上的电磁力和安培力，因此，在线圈通某一单频简谐波电流时，动子会受到一个单频的力。动子作为主动吸振器的质量块，受到电磁力激励，会在弹簧-振子-阻尼系统响应惯性力，作为主动式吸振器的输出力，从而抵消设备振动。

2.本发明提供的一种复合电磁式动力吸振器，线圈安装在线圈槽内，且线圈的内壁面与外壳的内壁面齐平，外壳内壁面与动子周向壁面之间的气隙可以调整至最小，增大气隙磁场强度从而提高了输出力密度。

3.本发明提供的一种复合电磁式动力吸振器，在动子两端的动子铁芯与其相对的盖板之间设置振动导向组件，任一振动导向组件适于对动子施加沿外壳轴向运动的弹性偏压力，通过振动导向组件将动子的运动限制在沿外壳的轴向上，保证了输出力的线性度。

4.本发明提供的一种复合电磁式动力吸振器，在动子两端的动子铁芯朝向盖板的端面上分别设置副永磁体，即位于上方的动子铁芯夹在上方主永磁体与副永磁体之间，位于下方的动子铁芯夹在下方主永磁体与副永磁体之间，主永磁体与副永磁体同极相对设置形成磁场屏障，避免了动子上下两端的磁场泄漏，提高了磁场强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复合电磁式动力吸振器的实施例1结构示意图；

图2为本发明复合电磁式动力吸振器的实施例2结构示意图；

图3为本发明复合电磁式动力吸振器中动子结构示意图；

图4为本发明复合电磁式动力吸振器中局部磁路示意图。

附图标记说明：

1-外壳；11-线圈槽；2-盖板；21-第二凹槽；22-装配孔；3-动子铁芯；4-主永磁体；41-挡圈；5-线圈；6-副永磁体；71-第一凹槽；72-压缩弹簧；73-法兰；74-板簧；81-直线轴承；82-导杆；9-润滑脂；10-油液。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种复合电磁式动力吸振器，包括外壳1、两个盖板2、动子、振动导向组件、线圈5和线圈槽11。两个盖板2分别为上盖板和下盖板，盖板2为平板状板材结构，外壳1呈周向封闭，两端开口型结构，上盖板和下盖板分别密封罩设在外壳1两端开口上，与外壳1围成封闭的安装腔，如图1所示，外壳1上下两端开口处分别设置台阶面，对应的两个盖板2周向设置与之相匹配的台阶面，两个台阶面贴合在一起形成密封，本实施例中，外壳1由软磁材料制成。盖板2上还可以设置安装孔，以便于安装各种转接件与传感器等。其一盖板2上还设置装配部，装配部上开设装配孔22，便于将吸振器装设到其它设备上以抵消设备振动。

如图1所示，本实施例中，动子由三块动子铁芯3、两块主永磁体4、至少两块副永磁体6组成，动子铁芯3、主永磁体4和副永磁体6均为圆柱状结构，即轴截面为方形，两块主永磁体4分别安装在两块动子铁芯3之间，两块主永磁体4的外周固定安装挡圈41，挡圈41由非导磁材料制成，避免主永磁体4外沿的磁场对通电线圈磁场的影响，本实施例中，副永磁体6设置两块，两块副永磁体6分别固定在动子两端的动子铁芯3的外端面上，如图3所示，动子自上而下依次为：上方副永磁体6、上方动子铁芯3、上方主永磁体4、中部动子铁芯3、下方主永磁体4、下方动子铁芯3、下方副永磁体6。副永磁体还可以设置四块，两两相吸叠置在一起，并固定在动子两端的动子铁芯3的外端面上，视具体需要而定。动子铁芯3、副永磁体6和挡圈41的外径相同，上方副永磁体6、上方动子铁芯3、上方主永磁体4、中部动子铁芯3、下方主永磁体4、下方动子铁芯3、下方副永磁体6及挡圈41通过螺钉或胶水连接为一个整体，动子整体呈圆柱状，适于降低动子阻尼。相邻的副永磁体6与主永磁体4、两个主永磁体4之间的磁极同极相对设置，如图3所示，上方副永磁体6下端面的极性与上方主永磁体4上端面的极性相同，例如均为n极；上方主永磁体4下端面的极性与下方主永磁体4上端面的极性相同，均为s极；下方主永磁体4下端面的极性与下方副永磁体6上端面的极性相同，均为n极。副永磁体6与主永磁体4的磁极同极相对设置形成磁场屏障，两端的副永磁体6避免了动子上下两端的磁场泄漏，提高了磁场强度。

动子铁芯3与外壳1均采用高导磁率、低导电率的材料制成，如软磁材料，本实施例中，动子铁芯3和外壳1均采用硅钢片堆叠或卷绕制成，也可以由整块硅钢通过机械加工制成。位于中部的动子铁芯3上加装散热片(图中未示出)，便于散出热量。动子上可以开设贯通孔(图中未示出)，便于调整动子阻尼，当然，为保证动子较大的质量，贯通孔开设的数量视具体需要而定。

动子通过振动导向组件限制在安装腔内，振动导向组件设置两组，两组振动导向组件分别设置在动子两端与其对应的盖板2之间，振动导向组件包括限位部和弹性件，如图1所示，限位部为第一凹槽71，副永磁体6整体呈圆环形，圆环形内圈与上方动子铁芯3上表面之间围成第一凹槽71，与第一凹槽71正对的盖板2的内壁面上开设第二凹槽21，弹性件采用压缩弹簧72，压缩弹簧72的两端分别固定安装在第一凹槽71和第二凹槽21内，两端的压缩弹簧72对动子具有沿动子轴向的弹性偏压力。导杆82同轴穿设在动子上，导杆82两端分别固定在两端的盖板2上，直线轴承81分别固定在上方动子铁芯3和下方动子铁芯3上，动子通过上下两个直线轴承81滑动设置在导杆82上。通过限位部和导杆82的限位，保证输出力的线性度。上方的主永磁体4、中部的动子铁芯3与下方的主永磁体4与导杆82之间间隔设置，间隔腔内具有油液10。

再如图1所示，外壳1的内壁面上围绕动子开设一圈线圈槽11，本实施例中，线圈槽11在动子轴向上的截面为长方形，线圈槽11的上方槽口边缘位于上方主永磁体4的n极表面与s极表面之间，线圈槽11的下方槽口边缘位于下方主永磁体4的n极表面与s极表面之间，线圈5充满线圈槽11并固定在线圈槽11内，且线圈5围成的环状结构朝向动子的内侧面与外壳1的内壁面齐平，由于外壳1采用软磁材料制成，与嵌设在其上的线圈5共同形成定子，并与动子产生相互作用。外壳1内壁面与动子周向壁面之间的气隙可以调整至最小，增大气隙磁场强度从而提高输出力密度。

本实施例中，安装腔内充满润滑脂9，其一，相比较空气而言，润滑脂9可以更好的将吸振器工作时动子产生的热量传递至外壳1；其二，润滑脂9可以对直线轴承81起到良好的润滑作用；其三，润滑脂9在动子上下运动时提供液阻从而给吸振器提供必要的阻尼。

本实施例中的复合电磁式动力吸振器的出力原理由电磁力与安培力叠加形成。以上方副永磁体6与下方主永磁体4的n极向下设置，上方主永磁体4与下方副永磁体6的n极向上设置。

当线圈5内导线通正向电流时(“正向”为垂直纸面向里的方向)，如图4所示，根据电磁感应定律，在中部动子铁芯3中生成感应磁场，根据右手螺旋定则，磁感线由外壳1下端发出并由上端进入。所以，线圈槽11上部形成电磁铁“s”极，线圈槽11下部形成电磁铁“n”极。对于动子，由于上方副永磁体6与下方主永磁体4的n极向下设置，上方主永磁体4与下方副永磁体6的n极向上设置，所以在上方动子铁芯3和下方动子铁芯3的外缘感应均形成“n”极(如图4所示)。由于线圈槽11的上方槽口边缘位于上方动子铁芯3下表面的下方；上方动子铁芯3外缘“n”极受到线圈槽11上部“s”极吸引，动子产生向下的电磁力分力。线圈槽11的下方槽口边缘位于下方动子铁芯3上表面的上方，下方动子铁芯3外缘“n”极受到线圈槽11下部“n”极排斥，动子产生向下的电磁力分力。因此，在线圈5通正向电流时，动子受到向下的电磁力。同时，在线圈5中间部分导线受到沿径向朝里的磁场的影响，根据左手定则可知线圈5会受到向上的安培力，根据牛顿第三定律可知动子会受到一个向下的反作用力。综上，当线圈5通正向电流时，动子同时会受到向下的电磁力和安培力，当线圈5通反向电流时，动子会受向上的力，因此在线圈5通某一单频简谐波电流时，动子会受到一个单频的力。动子作为主动吸振器的质量块，受到电磁力激励，会在弹簧-振子-阻尼系统响应惯性力，作为主动式吸振器的输出力，从而抵消设备振动。

作为实施例1的第一个可替换的实施方式，可以不设置两端的副永磁体6。

作为实施例1的第二个可替换的实施方式，安装腔内可以不设置润滑脂9。

实施例2

本实施例提供一种复合电磁式动力吸振器，与实施例1的技术方案相比，区别在于，如图2所示，振动导向组件中的限位部采用法兰73，法兰73同轴穿设在导杆82上并固定在动子两端的动子铁芯3上，法兰73位于两端副永磁体6的内圈中，弹性件采用板簧74，关于法兰73对称分布，本实施例中，板簧74为圆环形，其圆环形的内圈边缘固定在法兰73外周面上，其外圈边缘固定在盖板2与外壳1密封的内侧台阶上，动子处于平衡状态时，板簧74的表面垂直于动子的轴向设置。

作为实施例2的第一个可替换的实施方式，可以不设置导杆82和位于上方动子铁芯3与下方动子铁芯3上的两个直线轴承81，仅通过板簧74与法兰73同心限位保证动子移动的线性度。

作为实施例2的第二个可替换的实施方式，板簧74的形状可以为扇形，扇形板簧74设置多个，任一扇形板簧74沿法兰73朝向外壳1辐射分布，例如，扇形板簧74可以设置四片、八片、九片、十片等等，均匀分布在法兰73周向，且一端固定在法兰73上，一端固定在安装腔的内壁上，单个扇形板簧74的面积大小和设置的数量满足一定的机械强度即可，视具体需要而定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。