一种同步谐振振动原动机.pdf

一种同步谐振振动原动机，它适用于矿山和石油开发、建筑以及颗粒物体输送等，属于一种振动动力源。
    在矿山和石油开发、建筑以及颗粒物体输送等工作中，都需要振动形态的动力机械，如矿山开采中的风镐、选矿中的振动分选筛、石油钻井时的泥浆处理筛、建筑用的振动器以及在如象食品、药品或矿物等颗粒状物体在传输中使用的振动输送带等。而现在的振动原动机多是使用旋转原动机（电动机）带动偏心或是连杆机构得到振动能量和位移的。这种结构形式的好处是可以使用现有技术和产品组合，但由于振动频率是由外界输入确定（如电动机的供电频率），不能随振动设备的固有振动频率的不同而变化，因而能量利用效率很低。同时，由于振动时的振幅由偏心或连杆确定，因而也不能工作在共振状态。有少数振动机械，如风镐等风动振动源，使用压缩空气作为能量输入，虽然这种装置的振动频率由自身设备的固有振动频率决定，工作在谐振状态，但因使用压缩空气作为能量输入时需要一套提供压缩空气的泵站，这在很多场合都是不实用的。而且使用时的噪声很大。也有个别的振动原动机，如专利申请号为CN91109893的“推挽式激振器”，采用电磁直接推动的形式，虽然这种方法可以免去旋转机构的限制，结构简单，但它的振动频率仍然由输入电流的频率决定，是一种“受迫振动”。因每一台设备的质量、刚度、阻尼都不完全一样，所以共振频率也就有差别，要做到使激励电流的频率正好为共振频率地要求是困难的。

    本发明的目的是发明一种谐振振动原动机，它采用电磁直接推动的形式，结构简单。同时，它使用由自身振动反馈换向的方法，实现“自激”，保证所产生的振动频率与该被驱动设备的共振频率一致，达到最高的能量利用率。

    本发明的结构如附图1所示，它包括有U型铁芯1、绕于U型铁芯1上的线圈2、稀土永磁振子3和张力弹簧4，其特征在于：线圈2输入端接有电子换向开关5，在稀土永磁振子3和U型铁芯1之间装有换向传感器6，换向传感器6与电子换向开关5相连并对其换向进行控制。

    本发明在使用时，由装在稀土永磁振子3和U型铁芯1之间的换向传感器6测量稀土永磁振子3和U型铁芯1之间的距离，当该距离达到最大（或最小）时，换向传感器6输出信号，触发电子换向开关5使线圈2中的电流换向。这时，由于线圈2中的电流反向之后，使U型铁芯1的磁极性相反，振子3向相反方向运动。由于磁力和弹簧4的弹性力的共同作用，振子3运动到使振子3和铁芯1之间距离达到最小（或最大）。在振子3和铁芯1之间距离达到最小（或最大）后，换向传感器6再次输出信号，触发电子换向开关5再次使线圈2中的电流反向。此过程不断反复，实现了由稀土永磁振子3和U型铁芯1间位置来驱动激励电流换向达到自激的目的。

    本发明的工作原理与如专利申请号为CN91109893的“推挽式激振器”工作原理一样，也是由电磁线圈产生的交变磁场推动稀土永磁振子振动，得到振动能量的输出，所不同的是，本发明中的电驱动的交流频率以及换向相位是由自身振动的位置产生的，因此它不仅有电磁直接驱动产生振动的结构简单、驱动力大、对源动机的结构强度要求低等优点，而且还因它的振动是“自激”的，属于自激振动，因此它的振动频率不论振动质量、弹性系数、阻尼的差异，都始终等于谐振频率，使该原动机有最高的能量利用效率。

    在本发明中，还可以在稀土永磁振子3运动范围的某一个位置加一个限幅开关7，如附图2所示。限幅开关7也与电子换向开关5相连，当稀土永磁振子3运动达到限幅开关7的位置时，发出信号，使电子换向开关5关闭，不输出电流（不管是正向还是反向），从而控制了线圈2通电脉冲的宽度，达到调节激励能量的目的，防止振幅过大。限幅开关7可以是两个，在上下位之间各有一个，也可以只有一个。限幅开关7的安装位置应有一定的提前量（在限幅开关7开始工作后，稀土永磁振子3的振动幅都将超过限幅开关7一定的量）。

    本发明的电子换向开关5可以使用可控硅组成的桥式逆变器，也可以使用由大功率达林顿管组成的逆变器，还可以使用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与变流装置”。在本发明中，换向传感器6可以使用普通光电或是磁性传感器，通过光敏元件或磁敏元件测得的光强或磁通量的变化感知稀土永磁振子3的位置，也可以使用电容或超声波位置传感器来测量稀土永磁振子3的位置。本发明中，对稀土永磁振子3的位置测量精度要求不高，主要是测量位置的变化速度。当速度为零时，就表示稀土永磁振子3达到极限位置（最大距离或最小距离）。