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1、(10)申请公布号 CN 102629814 A (43)申请公布日 2012.08.08 C N 1 0 2 6 2 9 8 1 4 A *CN102629814A* (21)申请号 201210111817.7 (22)申请日 2012.04.17 H02K 33/00(2006.01) H02K 33/18(2006.01) (71)申请人哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街145号哈尔滨工程大学科技处知 识产权办公室 (72)发明人刘学广 王晔 杨铁军 朱明刚 刘志刚 冯肖肖 史晔 (54) 发明名称 共振调谐式大输出力电磁式主动执行器 (57) 摘要 。
2、本发明的目的在于提供共振调谐式大输出力 电磁式主动执行器，包括外筒、端盖和安装在外筒 里的永磁铁、导磁轭铁、中轴、线圈、线圈架、轴套、 垫板、滑动系统，所述的滑动系统包括弹簧、定位 机构、滑轮、螺母、旋钮，弹簧一端固定在垫板上、 另一端安装在定位机构上，滑轮有两个，定位机构 穿过两个滑轮使滑轮以所穿过的轴旋转且两滑轮 的相对位置不变，每个滑轮均连接螺母和旋钮，螺 母、旋钮位于外筒外部，滑轮位于外筒内部，外筒 上设置滑动系统移动的滑道，本发明结构紧凑、出 力大、灵敏度高、适应频带宽。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明。
3、专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1页 2 1.共振调谐式大输出力电磁式主动执行器，包括外筒、端盖和安装在外筒里的永磁铁、 导磁轭铁、中轴、线圈、线圈架、轴套、垫板，其特征是：还包括滑动系统，所述的滑动系统包 括弹簧、定位机构、滑轮、螺母、旋钮，弹簧一端固定在垫板上、另一端安装在定位机构上，滑 轮有两个，定位机构穿过两个滑轮使滑轮以所穿过的轴旋转且两滑轮的相对位置不变，每 个滑轮均连接螺母和旋钮，螺母、旋钮位于外筒外部，滑轮位于外筒内部，外筒上设置滑动 系统移动的滑道；永磁铁置于两个导磁轭铁中间，中轴上设置凸台，中轴穿过永磁铁和导 磁轭铁且中轴的凸台和轴套将永磁铁。
4、和导磁轭铁夹在中间，线圈架安装在外筒内部的凸台 上，线圈有两个均安装在线圈架上，外筒里还设置凹槽，垫板置于线圈架的下方且可沿凹槽 移动，端盖安装在外筒上。 2.根据权利要求1所述的共振调谐式大输出力电磁式主动执行器，其特征是：所述的 滑动系统有四组。 3.根据权利要求1或2所述的共振调谐式大输出力电磁式主动执行器，其特征是：所 述的外筒内壁在滑轮轨迹位置设计用以支撑滑轮的突起结构。 权 利 要 求 书CN 102629814 A 1/3页 3 共振调谐式大输出力电磁式主动执行器 技术领域 0001 本发明涉及的是一种振动主动控制领域的执行器。 背景技术 0002 执行器又称为作动器，是控制系统。
5、中接受控制信号并转化为相应的位移或力等控 制作用施加于被控系统上的装置。执行器按所驱动的能源可分为气动式、电动式和液压式 执行器三种。其中气动执行器与液压执行器具有体积较大、频率响应窄、动作较滞后等缺 点。应用于振动主动控制系统中的执行器应具有响应快、出力大的特点，因此电磁作动器为 较佳选择。 0003 传统的电磁作动器为永磁铁固定，通过电磁线圈受力带动顶杆一起运动从而向外 输出力，此种方法输出力小于电磁力大小，效率较低，耗能较多，且应用的频率范围受限制。 此外，传统的电磁作动器在其相应的频率应用范围内具有相似的输出特性，输出力较小。专 利号为CN102011822A中设计的执行器采用电磁线圈。
6、固定，永磁铁带动中轴向外输出力的 方式。从效率上较传统执行器有所提高但由于布置线圈匝数有限，若需产生较大的执行力 只可从增大电流的角度出发，因此热量高，耗能多。专利号为CN1431757A设计了将“导磁 板高强磁铁”多组串接固定于顶杆的电磁作动器，使电磁线圈数量增加，最终作动器 的激振力变大。但事实上，若得到较大的激励力需消耗较多的电能才可实现。专利号为 CN101710777所设计的电动作动器因其垫片的应用，利用共振原理，使其达到低能耗下便可 达到较大作动力的效果。但弹簧片的刚度为固定值，只有当线圈电流在某固定的频率下才 能共振增加输出力，因此可用范围受到局限性。 发明内容 0004 本发明。
7、的目的在于提供结构紧凑、出力大、灵敏度高、适应频带宽的共振调谐式大 输出力电磁式主动执行器。 0005 本发明的目的是这样实现的： 0006 本发明共振调谐式大输出力电磁式主动执行器，包括外筒、端盖和安装在外筒里 的永磁铁、导磁轭铁、中轴、线圈、线圈架、轴套、垫板，其特征是：还包括滑动系统，所述的滑 动系统包括弹簧、定位机构、滑轮、螺母、旋钮，弹簧一端固定在垫板上、另一端安装在定位 机构上，滑轮有两个，定位机构穿过两个滑轮使滑轮以所穿过的轴旋转且两滑轮的相对位 置不变，每个滑轮均连接螺母和旋钮，螺母、旋钮位于外筒外部，滑轮位于外筒内部，外筒上 设置滑动系统移动的滑道；永磁铁置于两个导磁轭铁中间。
8、，中轴上设置凸台，中轴穿过永磁 铁和导磁轭铁且中轴的凸台和轴套将永磁铁和导磁轭铁夹在中间，线圈架安装在外筒内部 的凸台上，线圈有两个均安装在线圈架上，外筒里还设置凹槽，垫板置于线圈架的下方且可 沿凹槽移动，端盖安装在外筒上。 0007 本发明还可以包括： 0008 1、所述的滑动系统有四组。 说 明 书CN 102629814 A 2/3页 4 0009 2、所述的外筒内壁在滑轮轨迹位置设计用以支撑滑轮的突起结构。 0010 本发明的优势在于：本发明结构紧凑、出力大、灵敏度高、适应频带宽。 附图说明 0011 图1为本发明的刚度调节机构原理示意图； 0012 图2为本发明的刚度调节机构剖面图；。
9、 0013 图3为本发明的刚度调节机构刻度标记示意图； 0014 图4为本发明的滑动机构示意图； 0015 图5为本发明的结构示意图； 0016 图6为本发明的外筒与垫板配合A-A截面图。 具体实施方式 0017 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 0018 结合图16，本发明是一款电磁式主动执行器。它是振动主动控制中的重要组成 部分。本发明主要由两部分组成，即电磁执行机构和刚度调节机构。电磁执行机构作为该 执行器的出力机构，由导磁轭铁、永磁铁、电磁线圈、轴套等组成。控制出力大小可通过调节 电磁线圈7和9中通电电流大小改变。刚度调节机构主要由弹簧、滑动机构等构成。执行 器整机中永磁铁、导。
10、磁轭铁、垫片与弹簧构成质量弹簧系统。通过对弹簧位置的调节，从而 改变其固有频率，当其固有频率与电磁线圈通电电流频率一致时，发生共振现象，最终使电 磁执行机构所产生的控制力增强。由于系统刚度可通过弹簧位置调节，因此质量弹簧系统 的固有频率可调，即此发明可在较宽频率范围内都可起到增大控制力的效果。本发明与现 有技术相比具有能耗少，出力大，结构紧凑，响应迅速、在产生相同作动力的情况下省电等 特点。其技术方案如下： 0019 技术方案：本发明的出力机构即电磁执行机构，其原理为：当两组线圈7和9通入 方向相反的电流，线圈由于通电并置于由永磁铁所产生的的磁场中而产生磁场力作用，线 圈被线圈架固定不动，因此。
11、由牛顿第三定律的作用力反作用力可得，中轴3做轴向运动，从 而对外界产生力的作用。 0020 刚度调节机构原理如图1所示，弹簧一端固定，令一端沿外壁的轨迹运动，以保证 弹簧长度始终固定不变。设弹簧长度为l，则弹簧自由端在外壁的运动轨迹满足方程组： 0021 0022 设弹簧初始时(及弹簧位置与z轴平行时)，其有效刚度为k，则当弹簧自由端沿 轨迹运动后其有效刚度由于得 0023 0024 图2为刚度调节机构剖视图，刚度调节机构由四根弹簧、滑动机构和外筒组成。弹 簧上端固定，下端连接于滑动机构上，调节机构部分外筒壁设有四组镂空设计的滑道，该滑 说 明 书CN 102629814 A 3/3页 5 道。
12、设计原理如图1说明，滑道内分别装有四组滑动机构，从而使滑动机构沿着外筒壁轨迹 滑动，轨迹上标明刻度，可使弹簧自由端滑到所需刚度的相应位置。每组滑动机构控制一 根弹簧的刚度，弹簧产生的总刚度为四根弹簧的总和，在此方案中每根弹簧的刚度可以单 独调节，当然也可以利用相应的构件把四组机构连接在一起调节，以减少单独调节的工作 量。图3为刚度调节机构刻度标记示意图。图中所示k，k1，k2等在实际生产中为由公式 所得数值。刻度沿着滑道由前之后直至滑道结束。 0025 图4中所示，本发明中滑动系统由滑轮15、螺母16、螺杆17、旋钮18、定位机构19 组成。其中定位机构19一方面穿过滑轮，使滑轮以所穿过的轴旋。
13、转，且保证两滑轮的相对 位置固定不变，另一方面连接弹簧12的自由端，使弹簧随着滑动系统运动而运动。滑轮15 与螺杆17及旋钮18连接一起，随着旋钮18的转动，螺杆17和滑轮15一起传动。螺栓17 上安装螺母16，当滑轮15位置为目标位置时，螺母16可将滑轮15旋紧，避免滑轮滑动，从 而起到固定作用。从结构上，执行器外筒的内壁在滑轮轨迹位置设计为突起结构，用以支承 滑轮。 0026 图5为本发明实施例中执行器整机结构示意图。该执行器包括：永磁铁1、导磁轭 铁2、中轴3、轴承4、端盖5、连接孔6、线圈7和9、线圈架8、轴套10、滑动系统11、弹簧12、 垫板13及外筒14。 0027 图5中线圈7。
14、和线圈9固定于线圈架上，当线圈7和9通入反向电流时，永磁铁13 受到力的作用而发生轴向偏移。垫板13连接刚度调节机构和电磁执行机构。垫板13边缘 设计有突起结构且中心被中轴3贯穿并与外筒14相应位置的凹槽相配合，见图6，使垫板 13可沿着凹槽小范围竖直运动。需要说明，当弹簧下端位置固定时，当其上端沿其所在位置 伸缩的方向拉伸才可保证有效刚度为外壁刻度线上的刚度大小。但对于其与永磁铁及轭铁 组成的质量弹簧系统，连接部分垫板为上下微量振动，弹簧倾角的改变致使其有效刚度有 微量改变，但改变量极小，不影响系统的稳定性。执行器外筒的底座部分通过螺栓与被控系 统连接。 说 明 书CN 102629814 A 1/4页 6 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102629814 A 2/4页 7 图4 说 明 书 附 图CN 102629814 A 3/4页 8 图5 说 明 书 附 图CN 102629814 A 4/4页 9 图6 说 明 书 附 图CN 102629814 A 。