[发明专利]一种高速电磁阻尼器

说明书

技术领域

本发明是一种高速电磁阻尼器。特别涉及一种应用于高速末端执行机构的电磁阻尼器，属于减振技术领域。

背景技术

为确保高速焊线机、贴片机等设备的精密工作件与工作面间接触力控制在精确的范围内，电机缓冲与末端阻尼器往往在考虑范围内。由于设备工作频率的提高，利用改变供电信号控制电机缓冲的难度越来越大，而且因为电机自身的惯性因素，可靠性逐渐降低，这时，末端阻尼器的优势逐渐明显。阻尼器可以直接影响到接触工作面的受力状态，其决定了设备的加工质量，此外，其还影响到设备的使用寿命。高速执行过程中，末端阻尼器件多采用弹簧阻尼器、永磁体磁性阻尼器、电磁阻尼器以及特种材料阻尼器。弹簧阻尼器制作简单，成本低，可靠性高，使用较为普遍。但随着工作频率急剧升高，弹簧阻尼器的频响逐渐到达极限，而且弹簧阻尼器容易产生疲劳，而且伴随噪声，随着设备的升级，逐渐不适用于目前的高频加工设备。永磁体磁性阻尼器是也是目前应用较广的阻尼产品，由于极性相同的永磁面间永不接触，理论上不存在疲劳和磨损。但永磁体阻尼器也存在一定的缺陷，其对材料要求严格，要求较高的矫顽力，而且由于漏磁的产生，也影响其应用精度和使用寿命。特种材料阻尼器是目前研究的热门领域，由于其涉及到材料领域，研发的过程较长，参数较为单一，材料的稳定性也存在一定的不确定性，多用在特种设备和特殊环境中，相对成本也较高。

电流的磁效应早在一百年多年前就被人们发现，由此产生的电磁铁得到了较为广泛的应用。随着被动阻尼器应用的局限越来越明显，主动阻尼器逐渐得到产业界的重视。因为电磁铁可以通过改变经过绕线电流，较为方便地控制磁轭间的磁场强度，这也意味着可以通过外部控制，动态改变阻尼器的阻尼力，可以更为灵活的对精密运动件的碰撞接触，进行高精度的阻尼控制，从而改善接触面的受力状态，使得末端器件得到良好的缓冲，提高加工质量和部件的使用寿命。

随着脉宽调制式(PWM)功率放大器的研制成功，解决了效率和功率之间的矛盾。国外采用PWM技术制造出了集成电路元件，如美国德州仪器和APEX公司相继推出了PWM型音频功放用集成电路元件。APEX公司的SA60，效率可达97%，输出电流达10A。 Bang-Bang控制、采样保持控制和滞后控制等多种控制方法也相继用十电磁轴承系统的开关功放的设计和实现上。目前，开关功放正在向大功率化发展，英国LDS(Ling Dynamic System Ltd)公司的SPAK开关功放采用多个开关功放模块并联，最大功率可达280kW，开关频率150kHz，效率达到93%，但其模块之间存在均流问题。新型的开关功放正在尝试采用DSP芯片开发DPPC(数字脉冲功率转换器)，它的载频可变，频率高达兆赫兹 。

目前，ANSYS软件的不断升级，对于有限元的分析能得到更好的模拟，对通过磁场的分析，从而更有效地去控制磁场的变化和对周围元器件的影响。同时可以利用ANSYS软件模拟高速电磁阻尼器电磁铁产生的三维磁场, 从而仿真出电磁铁的磁力线分布情况, 然后计算出磁隙间的磁感应强度大小,验证模拟的正确性。ANSYS可以给出电磁铁磁感应强度总量和分量的分布特征, 实现电磁铁磁场的可视化。

采用ADAMS对电磁阻尼减振系统进行了振动仿真分析，可以通过仿真结果，合理设置阻尼比，能够有效抑制谐振峰值，大幅度提高低频减振效果，并且可以对对减振平台谐振频率和高频性能影响很小。采用ADAMS和MATLAB2种软件以及传统PID(比例积分微分)、不完全微分PID和模糊自调整PID3种控制方法分别对系统的运动仿真。

因此，由电磁铁装置构成的高集成度高速可控阻尼器具备了实现的可能性，可以实现高速工作下的可编程定量控制，延展了末端阻尼器的使用范围，降低了重复研发的时间和工业应用的成本。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种结构简单，体积小，便于在高速往复运动执行器末端进行组装，运行可靠性高的高速电磁阻尼器。本发明设计合理，方便实用。