[发明专利]基于弹性装置的动铁式电-机械转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于弹性装置的动铁式电-机械转换器。

背景技术

电-机械转换器作为机电系统的核心部件，其频响是决定机电系统整体效率的关键因素之一，输出线性好、带载能力强的高频动铁式电-机械转换器一直是机电系统研究的重点之一。目前用于提高电-机械转换器频响的方法主要有三种。

其一，新型功能材料的应用。如采用压电陶瓷(PZT)、超磁致伸缩材料(GMM)等研制电-机械转换器。压电陶瓷(PZT)、超磁致伸缩材料(GMM)具有工作频率高、输出力大的性能优点，但压电陶瓷(PZT)存在零漂、滞回以及高压击穿等问题，超磁致伸缩材料(GMM)在应用中需要解决热补偿的问题，而且功能材料普遍存在输出位移偏小的不足。

其二，新结构的研究及结构参数优化。如以游丝为弹性支承的动铁式光学振镜电机的频响较高，但由于游丝的弹性后效等因素，其开环精度较差；Peter Selverstone等人发明的动铁式振动马达以扭转轴为刚性支撑，提高了频响，但在提高扭转轴刚度的同时也导致扭转轴的转动惯量增大，给频响的进一步提高带来困难；MOOG公司开发并应用于直动式电液伺服阀的高频线性力马达，其工作频率只达到几百赫兹；韩国Jinho Kim等人以永久磁钢代替钢制衔铁，提高了汽车发动机用螺线管电磁铁的响应速度，但该方法一般仅适用于开关型电-机械转换器；瑞士MDC Daetwyler公司发明的电-机械转换器，以两根高刚度的钢丝作为衔铁的支撑，钢丝同时起到高刚度弹簧的作用，有助于提高电-机械转换器的频响，但以钢丝为支撑，其输出线性不好。

此外，一些新的驱动方式或控制策略被提出并用于提高电-机械转换器的动态响应性能，如Lawrence Mianzo等人提出的预测控制法，Yang Li等人提出的动态非线性控制法等。但这些控制方法只是对电-机械转换器的动态性能进行了补偿，并不能从根本上改善其动态特性，而且在某些场合下并不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种频响高、精度高、输出线性好的基于弹性装置的动铁式电-机械转换器

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于弹性装置的动铁式电-机械转换器，它主要包括：上弹性装置、下弹性装置、衔铁、转轴、永久磁钢、左导磁体、右导磁体、左导磁块、右导磁块、左控制线圈、右控制线圈和壳体，所述的衔铁固定在转轴上，转轴的上、下两端分别由结构相同的上弹性装置和下弹性装置支撑，上弹性装置和下弹性装置分别固定在壳体上，共同形成电-机械转换器的高刚度弹簧；左控制线圈、右控制线圈分别固定在左导磁体和右导磁体上；左导磁体与衔铁共同形成气隙δ₁、δ₃，右导磁体与衔铁共同形成气隙δ₂、δ₄。永久磁钢产生极化磁场，使衔铁处于最佳工作状态，经调整，使衔铁在两个控制线圈未输入电流时处于中位和相对平衡状态，各气隙的长度一致。当左控制线圈和右控制线圈分别输入一定极性的电流时，产生控制磁场，控制磁场与极化磁场差动叠加，气隙δ₁、δ₄的磁场增强，而δ₂、δ₃的减弱，衔铁受力不再平衡，在电磁力矩的作用下，克服上弹性装置、下弹性装置的弹力矩和负载力矩，向磁场增强方向转动一个角度，直至电磁力矩与上弹性装置、下弹性装置的弹力矩和负载力矩达到平衡为止；当输入电流极性相反时，衔铁向另一方向转动。

所述的上弹性装置和下弹性装置分别包括：多片高刚度弹簧钢片、内圈、外圈和支座；高刚度弹簧钢片均经过热处理，其一端固定于内圈上，另一端固定于外圈上，且呈轮辐状对称布置，外圈固定于支座上；电-机械转换器装配时，将上弹性装置和下弹性装置的内圈分别固定于转轴上，支座固定于电-机械转换器的壳体上，上弹性装置和下弹性装置共同为转轴提供高刚度弹性支撑，形成电-机械转换器的高刚度弹簧。

所述的衔铁由多片菱形结构的软磁材料薄片叠合而成，并固定在转轴上，与由轻质材料加工而成的转轴共同组成电-机械转换器的衔铁组件。

所述的左导磁体和右导磁体分别由多片U形软磁材料薄片叠合而成。

所述的左控制线圈和右控制线圈分别由耐高温漆包线绕制而成。

本发明具有如下的有益技术效果：