一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，包括外殼、工作臺(tái)面、帶動(dòng)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)的主軸、動(dòng)圈組件、磁路組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；主軸與動(dòng)圈組件固定連接，動(dòng)圈組件包括動(dòng)圈基體和線(xiàn)圈，動(dòng)圈基體與主軸固定；磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，且導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極同軸，磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間，磁鋼吸附于中心磁極上；動(dòng)圈組件位于磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)之間，動(dòng)圈組件與導(dǎo)磁環(huán)同軸；磁路組件固定于磁路支撐件上，磁路支撐件固定于底座，磁路支撐件有環(huán)形槽，動(dòng)圈組件伸入環(huán)形槽，動(dòng)圈組件與環(huán)形槽的槽壁之間有間隙。本實(shí)用新型具有輸出波形失真度低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，特別是一種用于角振動(dòng)傳感器標(biāo)定的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)。
技術(shù)背景
[0002]角振動(dòng)臺(tái)不僅廣泛地用于標(biāo)定各式角振動(dòng)(角位移、角速度、角加速度)傳感器的動(dòng)態(tài)特性，還可用于對(duì)各種產(chǎn)品進(jìn)行角振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)。
[0003]目前，角振動(dòng)臺(tái)一般采用基于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。彭軍，何群，薛景鋒和孫浩于2005年第25卷第6期的《計(jì)測(cè)技術(shù)》雜志中發(fā)表了名為低頻標(biāo)準(zhǔn)角振動(dòng)臺(tái)的論文。低頻角振動(dòng)臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)主要由主軸、臺(tái)面、空氣軸承、光柵和電機(jī)組成。被校傳感器安裝于臺(tái)面，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)元件，空氣軸承利用氣膜產(chǎn)生的均化效應(yīng)，達(dá)到提高回轉(zhuǎn)精度，降低摩擦力的目的?？刂葡到y(tǒng)主要由力矩電機(jī)，控制器，放大電路組成。在控制器中設(shè)有電流回路、轉(zhuǎn)換回路、速度回路和位置回路來(lái)提高控制性能。利用計(jì)算機(jī)控制DAC產(chǎn)生不同頻率和幅值的電壓信號(hào)送給控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生一定頻率和振幅的正弦角運(yùn)動(dòng)。測(cè)量系統(tǒng)以圓光柵測(cè)量的角運(yùn)動(dòng)量作為進(jìn)行控制的反饋量，使用多通道數(shù)據(jù)采集模塊用于采集光柵和被校傳感器的電信號(hào)。最后信號(hào)處理系統(tǒng)根據(jù)圓光柵測(cè)量的角運(yùn)動(dòng)量計(jì)算獲得被校傳感器的靈敏度和相移。
[0004]這種低頻角振動(dòng)臺(tái)的缺點(diǎn)在于:這種角振動(dòng)臺(tái)由于受電機(jī)本身齒槽效應(yīng)的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，即使采用無(wú)刷直流力矩電機(jī)也會(huì)對(duì)角振動(dòng)臺(tái)的輸出波形產(chǎn)生不利影響。若采用有刷直流力矩電機(jī)，加上電機(jī)本身摩擦力的影響，將更加惡化角振動(dòng)臺(tái)輸出的波形。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了克服現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)輸出波形失真大的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種輸出波形失真度低的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)。
[0006]—種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，包括外殼、工作臺(tái)面、帶動(dòng)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)的主軸、動(dòng)圈組件、磁路組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；
[0007]其特征在于:主軸與動(dòng)圈組件固定連接，動(dòng)圈組件包括與主軸連接的動(dòng)圈基體和纏繞在動(dòng)圈基體上的線(xiàn)圈，動(dòng)圈基體與主軸固定連接；
[0008]磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，且導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極同軸，磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間,磁鋼吸附于中心磁極上；動(dòng)圈組件位于磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)之間,動(dòng)圈組件與導(dǎo)磁環(huán)同軸；
[0009]磁路組件固定于磁路支撐件上，磁路支撐件固定于底座上，磁路支撐件上設(shè)有環(huán)形槽，動(dòng)圈組件伸入環(huán)形槽內(nèi)，動(dòng)圈組件與環(huán)形槽的槽壁之間有間隙，動(dòng)圈組件能夠在環(huán)形槽內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]角振動(dòng)臺(tái)工作時(shí)，向線(xiàn)圈內(nèi)通入交變電流，線(xiàn)圈在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生安培力，從而使動(dòng)圈組件在磁場(chǎng)的作用下繞平衡位置來(lái)回振動(dòng)。工作臺(tái)面輸出的角位移量(峰峰值)與動(dòng)圈有效導(dǎo)線(xiàn)所占角度之和小于或等于磁鋼扇形角，有效導(dǎo)線(xiàn)指的是在磁場(chǎng)中能夠產(chǎn)生安培力的導(dǎo)線(xiàn)段。
[0011]角振動(dòng)臺(tái)的電粘彈性反饋組件包括角位移傳感器、反饋單元、信號(hào)發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動(dòng)臺(tái)；角位移傳感器由讀數(shù)頭和圓光柵兩部分組成，圓光柵安裝在工作臺(tái)面上，讀數(shù)頭通過(guò)安裝架固定在空氣軸承的軸承座上。
[0012]角位移傳感器用于檢測(cè)動(dòng)圈組件和工作臺(tái)面輸出的角位移信號(hào)，該角位移信號(hào)輸入到反饋單元，反饋單元將輸入的信號(hào)放大獲得第一輸出信號(hào)、并將輸入的信號(hào)先微分處理后再放大獲得第二輸出信號(hào)、再將第一輸出信號(hào)與第二輸出信號(hào)疊加獲得反饋單元輸出信號(hào)；反饋單元輸出信號(hào)與信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)減法器求差，得到偏差信號(hào)，接著偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)角振動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的電粘彈性反饋控制。電粘彈性反饋組件作為角振動(dòng)臺(tái)的彈性部件，替代了現(xiàn)有振動(dòng)臺(tái)的機(jī)械彈簧，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的自動(dòng)回復(fù)零位功能。
[0013]由于機(jī)械彈簧在大角位移時(shí)，存在非線(xiàn)性問(wèn)題，嚴(yán)重影響了角振動(dòng)臺(tái)輸出的角運(yùn)動(dòng)量波形的失真度，而電粘彈性反饋控制組件相當(dāng)于一個(gè)剛度和阻尼系數(shù)線(xiàn)性可調(diào)節(jié)的彈簧，因此能改善和降低角振動(dòng)臺(tái)輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度。
[0014]進(jìn)一步，空氣軸承包括軸承座和軸承本體，主軸套接于軸承本體內(nèi)，軸承本體套接于軸承座內(nèi)，軸承座與軸承本體固定，主軸底部設(shè)有與軸承本體配合的臺(tái)階；
[0015]軸承本體的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進(jìn)氣凹槽，軸承座上設(shè)有與進(jìn)氣凹槽連通的進(jìn)氣孔，軸承本體上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體與主軸之間的徑向?qū)饪?，將氣體導(dǎo)向軸承本體與工作臺(tái)面之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體與主軸的臺(tái)階之間的下軸向?qū)饪?，徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔，且沿圓周方向均勻分布。
[0016]進(jìn)氣孔、進(jìn)氣凹槽、徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪捉M成進(jìn)氣通道，進(jìn)氣孔與高壓氣源連接。
[0017]上軸向?qū)饪着c第一徑向?qū)饪走B通形成上T型氣道，下軸向?qū)饪着c第二徑向?qū)饪走B通形成下T型氣道，上T型氣道和下T型氣道對(duì)稱(chēng)設(shè)置，第一徑向?qū)饪缀偷诙较驅(qū)饪着c進(jìn)氣凹槽連通。
[0018]軸承本體的上端面與工作臺(tái)面的下端面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為上止推部氣膜；軸承本體的下端面與主軸的臺(tái)階的上端面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為下止推部氣膜；軸承本體的內(nèi)表面與主軸的外表面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為軸頸部氣膜；上止推部氣膜，下止推部氣膜和軸頸部氣膜使主軸與軸承本體之間不直接接觸，從而降低了摩擦力，降低了輸出波形的失真度。
[0019]為了優(yōu)化空氣軸承的排氣性能，保持氣膜的均勻穩(wěn)定，進(jìn)一步限定:主軸中空形成排氣腔，主軸的上端設(shè)有將軸承本體與工作臺(tái)面之間的氣體引入排氣腔的第一排氣通道，軸承本體上設(shè)有將主軸與軸承本體之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸的臺(tái)階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體上，第二排氣通道與進(jìn)氣凹槽相互隔離。
[0020]第一排氣通道包括設(shè)置于主軸上端面的圓周槽，將軸承本體與工作臺(tái)面之間的氣體排入圓周槽的毛細(xì)孔和將圓周槽內(nèi)的氣體排入排氣腔的軸向孔；毛細(xì)孔有多個(gè)，毛細(xì)孔沿圓周槽均勻分布；軸向孔有多個(gè)，軸向孔沿圓周槽均勻分布；毛細(xì)孔沿主軸上端面的徑向開(kāi)設(shè)，軸向孔沿主軸軸向開(kāi)設(shè)。
[0021]第二排氣通道包括徑向排氣孔和軸向排氣孔，徑向排氣孔一端與軸承本體和主軸之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔連通；軸向排氣孔的出氣口作為第二排氣通道的排氣口 ；徑向排氣孔將軸頸部氣膜的氣體引入軸向排氣孔，再由軸向排氣孔將氣體向外排出。
[0022]徑向排氣孔貫穿軸承本體，徑向排氣孔與進(jìn)氣凹槽連通的一端設(shè)有堵頭，從而避免第二排氣通道的氣體進(jìn)入進(jìn)氣凹槽內(nèi)，使第二排氣通道與進(jìn)氣凹槽相互獨(dú)立，且方便徑向排氣孔的加工。
[0023]進(jìn)一步，外殼包括與底座固定的筒體和與空氣軸承的軸承座固定的減震塊；排氣腔和動(dòng)圈組件與中心磁極、磁鋼之間的空間連通，第二排氣通道和減震塊與動(dòng)圈組件之間的空間連通；第一排氣通道將上止推部氣膜的氣體排入排氣腔內(nèi)，排氣腔將氣體排入中心磁極、磁鋼和動(dòng)圈組件之間，起到冷卻動(dòng)圈組件的作用；第二排氣通道將軸頸部氣膜的氣體排入動(dòng)圈組件與減震塊之間，也起到冷卻動(dòng)圈組件的作用；第一排氣通道和第二排氣通道的氣體除了流經(jīng)動(dòng)圈組件外，最后通過(guò)中心磁極、磁路支撐件、底座的中心孔以及底座底面上的排氣槽組成的排氣通道將氣體排入大氣中。
[0024]進(jìn)一步，動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈覆蓋于動(dòng)圈基體的外側(cè)面，線(xiàn)圈包括線(xiàn)圈繞組和絕緣層，線(xiàn)圈繞組和絕緣層間隔設(shè)置，線(xiàn)圈繞組至少具有一層，絕緣層由環(huán)氧樹(shù)脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線(xiàn)圈繞組；
[0025]每個(gè)線(xiàn)圈繞組包括第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈，第一線(xiàn)圈逆時(shí)針從內(nèi)向外繞線(xiàn)，第二線(xiàn)圈順時(shí)針從外向內(nèi)繞線(xiàn)，第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈處于同一層，第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線(xiàn)段和連接導(dǎo)線(xiàn)段組成，通電的有效導(dǎo)線(xiàn)段在磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線(xiàn)段在磁場(chǎng)外；
[0026]等間隔分布的有效導(dǎo)線(xiàn)段組成一個(gè)安培力發(fā)生部，安培力發(fā)生部的數(shù)量是線(xiàn)圈繞組個(gè)數(shù)的兩倍，各個(gè)安培力發(fā)生部包含的有效導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量相同，線(xiàn)圈繞組的每匝導(dǎo)線(xiàn)之間填充有環(huán)氧樹(shù)脂膠，線(xiàn)圈繞組之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0027]制作線(xiàn)圈繞組時(shí)，先制作能恰好包圍動(dòng)圈基體外側(cè)面的平面銅板，再在平面銅板上用線(xiàn)切割或者雕刻的方式加工出線(xiàn)圈繞組的走線(xiàn)形狀和走線(xiàn)方式，然后將平面銅板線(xiàn)圈纏繞固定在動(dòng)圈基體的外側(cè)面上，同時(shí)在線(xiàn)圈繞組的外側(cè)面和中間挖空區(qū)域纏繞玻璃布，并灌注環(huán)氧樹(shù)脂膠，一邊纏繞，一邊灌注，等環(huán)氧固化后，采用車(chē)削工藝加工使得當(dāng)前層的線(xiàn)圈繞組與動(dòng)圈基體形成新的光滑平整的圓柱動(dòng)圈基體。制作下一層線(xiàn)圈繞組時(shí)，以新的動(dòng)圈基體的外側(cè)面為參照制備平面銅板，新增加層的線(xiàn)圈繞組與第一層線(xiàn)圈繞組的纏繞方式相同，并確保每個(gè)線(xiàn)圈繞組的安培力發(fā)生部位置相互對(duì)齊重疊，制作其他層線(xiàn)圈繞組時(shí)，規(guī)律依次類(lèi)推。
[0028]線(xiàn)圈繞組中的有效導(dǎo)線(xiàn)段和連接導(dǎo)線(xiàn)段的拐角處通過(guò)圓角過(guò)渡，避免線(xiàn)圈繞組加工和固定時(shí)應(yīng)力集中和損傷。
[0029]由于繞制動(dòng)圈時(shí)相鄰安培力發(fā)生部導(dǎo)線(xiàn)的電流方向相反，為了能使安培力相疊加，對(duì)磁鋼做以下限定:磁鋼沿中心磁極的圓周均勻分布；磁鋼的充磁方向?yàn)閺较?，相鄰的磁鋼充磁方向相?磁鋼固定于中心磁極上。
[0030]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0031]1、本實(shí)用新型采用永磁式磁路結(jié)構(gòu)，省去了勵(lì)磁線(xiàn)圈，減小勵(lì)磁系統(tǒng)的損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)行可靠。
[0032]2、動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈繞組通過(guò)線(xiàn)切割或雕刻形成，布線(xiàn)均勻，受力均勻，同時(shí)降低了線(xiàn)圈繞組的繞線(xiàn)難度，簡(jiǎn)化繞線(xiàn)工藝。
[0033]3、本實(shí)用新型采用空氣軸承支撐，形成的上止推部氣膜、下止推部氣膜、軸頸部氣膜完成對(duì)動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸向和徑向支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止零件通過(guò)氣膜實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸支撐，無(wú)摩擦或摩擦力小，運(yùn)行平穩(wěn)，提高轉(zhuǎn)動(dòng)部件的回轉(zhuǎn)精度，改善角振動(dòng)臺(tái)輸出波形失真度以及減小橫向擺動(dòng)量的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]4、本實(shí)用新型采用電粘彈簧反饋控制轉(zhuǎn)動(dòng)部件的平衡位置，傳統(tǒng)的機(jī)械彈簧具有非線(xiàn)性、時(shí)變、遲滯等缺陷，影響角振動(dòng)臺(tái)輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度，而電粘彈簧反饋控制可控性好，具有線(xiàn)性、非時(shí)變、無(wú)遲滯的優(yōu)點(diǎn)，降低輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是角振動(dòng)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是磁路組件的示意圖。
[0037]圖3是電粘彈性反饋控制組件的原理圖。
[0038]圖4是空氣軸承的示意圖。
[0039]圖5是動(dòng)圈組件的立體示意圖。
[0040]圖6是線(xiàn)圈繞組和絕緣層的分布示意圖。
[0041]圖7是線(xiàn)圈繞組的二維繞線(xiàn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]實(shí)施例1
[0043]如圖1所示,一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，包括外殼、工作臺(tái)面B-1、帶動(dòng)工作臺(tái)面B-1旋轉(zhuǎn)的主軸B-2、動(dòng)圈組件、磁路組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器；
[0044]主軸B-2與動(dòng)圈組件固定連接，動(dòng)圈組件包括與主軸B-2連接的動(dòng)圈基體B_3和纏繞在動(dòng)圈基體B-3上的線(xiàn)圈B-4，動(dòng)圈基體B-3與主軸B-2固定連接；
[0045]如圖2所示，磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)E-1、中心磁極E-2及磁鋼E_3，并由導(dǎo)磁環(huán)E_1、中心磁極E-2、磁鋼E-3和氣隙形成的閉合磁回路；中心磁極E-2位于導(dǎo)磁環(huán)E-1內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)E-1與中心磁極E-2同軸，磁鋼E-3位于導(dǎo)磁環(huán)E-1與中心磁極E-2之間，磁鋼E-3吸附于中心磁極E-2上；動(dòng)圈組件位于磁鋼E-3和導(dǎo)磁環(huán)E-1之間，動(dòng)圈組件與導(dǎo)磁環(huán)E-1同軸；動(dòng)圈組件能在磁鋼E-3和導(dǎo)磁環(huán)E-1之間的區(qū)域內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)向動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈內(nèi)通入交變電流時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下，動(dòng)圈組件將繞平衡位置來(lái)回振動(dòng)。
[0046]磁路組件固定于磁路支撐件E-4上，磁路支撐件E-4固定于底座F_2上，磁路支撐件E-4上設(shè)有環(huán)形槽E-4-1，動(dòng)圈組件伸入環(huán)形槽E-4-1內(nèi)，動(dòng)圈組件與環(huán)形槽E-4-1的槽壁之間有間隙，動(dòng)圈組件能夠在環(huán)形槽E-4-1內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0047]角振動(dòng)臺(tái)的電粘彈性反饋組件包括角位移傳感器、反饋單元、信號(hào)發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動(dòng)臺(tái)；角位移傳感器由讀數(shù)頭A-2和圓光柵A-1兩部分組成，圓光柵A-1安裝在工作臺(tái)面B-1上，讀數(shù)頭A-2通過(guò)安裝架A-3固定在空氣軸承的軸承座C-1上。
[0048]角位移傳感器用于檢測(cè)動(dòng)圈組件和工作臺(tái)面B-1輸出的角位移信號(hào)，該角位移信號(hào)輸入到反饋單元，反饋單元將輸入的信號(hào)放大獲得第一輸出信號(hào)、并將輸入的信號(hào)先微分處理后再放大獲得第二輸出信號(hào)、再將第一輸出信號(hào)與第二輸出信號(hào)疊加獲得反饋單元輸出信號(hào)；反饋單元輸出信號(hào)與信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)減法器求差，得到偏差信號(hào)，接著偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)角振動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的電粘彈性反饋控制，如圖3所示。
[0049]由于機(jī)械彈簧在大角位移時(shí)，存在非線(xiàn)性問(wèn)題，嚴(yán)重影響了角振動(dòng)臺(tái)輸出的角運(yùn)動(dòng)量波形的失真度，而電粘彈性反饋控制組件相當(dāng)于一個(gè)剛度和阻尼系數(shù)線(xiàn)性可調(diào)節(jié)的彈簧，因此能改善和降低角振動(dòng)臺(tái)輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度。
[0050]外殼包括與底座F-2固定的筒體F-3和與空氣軸承的軸承座C-1固定的減震塊F-1。
[0051]本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0052]1、本實(shí)用新型采用永磁式磁路結(jié)構(gòu)，省去了勵(lì)磁線(xiàn)圈，減小勵(lì)磁系統(tǒng)的損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)行可靠。
[0053]2、本實(shí)用新型采用電粘彈簧反饋控制轉(zhuǎn)動(dòng)部件的平衡位置，傳統(tǒng)的機(jī)械彈簧具有非線(xiàn)性、時(shí)變、遲滯等缺陷，影響角振動(dòng)臺(tái)輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度，而電粘彈簧反饋控制可控性好，具有線(xiàn)性、非時(shí)變、無(wú)遲滯的優(yōu)點(diǎn)，降低輸出運(yùn)動(dòng)量波形的失真度。
[0054]實(shí)施例2
[0055]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于空氣軸承的具體結(jié)構(gòu)，除空氣軸承以外的其他組件結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例1相同。
[0056]具體來(lái)說(shuō):如圖4所示，空氣軸承包括軸承座C-1和軸承本體C-2，主軸B-2套接于軸承本體C-2內(nèi)，軸承本體C-2套接于軸承座C-1內(nèi)，軸承座C-1與軸承本體C-2固定，主軸B-2底部設(shè)有與軸承本體C-2配合的臺(tái)階；
[0057]軸承本體C-2的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進(jìn)氣凹槽C-21，軸承座C-1上設(shè)有與進(jìn)氣凹槽C-21連通的進(jìn)氣孔C-1I，軸承本體C-2上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體C-2與主軸B-2之間的徑向?qū)饪?，將氣體導(dǎo)向軸承本體C-2與工作臺(tái)面B-1之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體C-2與主軸B-2的臺(tái)階之間的下軸向?qū)饪?，徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔C-3，且沿圓周方向均勻分布。
[0058]進(jìn)氣孔C-11、進(jìn)氣凹槽C-21、徑向?qū)饪?、上軸向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪捉M成進(jìn)氣通道，進(jìn)氣孔C-1l與高壓氣源連接。
[0059]上軸向?qū)饪着c第一徑向?qū)饪走B通形成上T型氣道C-22，下軸向?qū)饪着c第二徑向?qū)饪走B通形成下T型氣道C-23，上T型氣道C-22和下T型氣道C-23對(duì)稱(chēng)設(shè)置，第一徑向?qū)饪缀偷诙较驅(qū)饪着c進(jìn)氣凹槽C-21連通。
[0060]軸承本體C-2的上端面與工作臺(tái)面B-1的下端面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為上止推部氣膜；軸承本體C-2的下端面與主軸B-2的臺(tái)階的上端面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為下止推部氣膜；軸承本體C-2的內(nèi)表面與主軸B-2的外表面之間形成氣膜，該氣膜稱(chēng)為軸頸部氣膜；上止推部氣膜，下止推部氣膜和軸頸部氣膜使主軸與軸承本體之間不直接接觸，從而降低了摩擦力，降低了輸出波形的失真度。
[0061]為了優(yōu)化空氣軸承的排氣性能，保持氣膜的均勻穩(wěn)定，限定:主軸B-2中空形成排氣腔B-24，排氣腔B-24與外界連通；主軸B-2的上端設(shè)有將軸承本體C-2與工作臺(tái)面B-1之間的氣體引入排氣腔的第一排氣通道，軸承本體C-2上設(shè)有將主軸B-2與軸承本體C-2之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸B-2的臺(tái)階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體C-2上，第二排氣通道與進(jìn)氣凹槽C-21相互隔離。
[0062]第一排氣通道包括設(shè)置于主軸B-2上端面的圓周槽B-22，將軸承本體C_2與工作臺(tái)面B-1之間的氣體排入圓周槽B-22的毛細(xì)孔B-21和將圓周槽B-22內(nèi)的氣體排入排氣腔的軸向孔B-23 ;毛細(xì)孔B-21有多個(gè)，毛細(xì)孔B-21沿圓周槽B-22均勻分布；軸向孔B-23有多個(gè)，軸向孔B-23沿圓周槽B-22均勻分布；毛細(xì)孔B-21沿主軸B-2上端面的徑向開(kāi)設(shè)，軸向孔B-23沿主軸B-2軸向開(kāi)設(shè)。
[0063]第二排氣通道包括徑向排氣孔C-26和軸向排氣孔C-27，徑向排氣孔C_26 —端與軸承本體C-2和主軸B-2之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔C-27連通；軸向排氣孔C-27的出氣口作為第二排氣通道的排氣口 ；徑向排氣孔C-26將軸頸部氣膜的氣體引入軸向排氣孔C-27，再由軸向排氣孔C-27將氣體向外排出。
[0064]徑向排氣孔C-26貫穿軸承本體C-2，徑向排氣孔C_26與進(jìn)氣凹槽C_21連通的一端設(shè)有堵頭C-4，從而避免第二排氣通道的氣體進(jìn)入進(jìn)氣凹槽C-21內(nèi)，使第二排氣通道與進(jìn)氣凹槽C-21相互獨(dú)立，且方便徑向排氣孔C-26的加工。
[0065]外殼包括與底座F-2固定的筒體F-3和與空氣軸承的軸承座C_1固定的減震塊F-1 ;排氣腔B-24和動(dòng)圈組件與中心磁極E-2、磁鋼E-3之間的空間連通，第二排氣通道和減震塊F-1與動(dòng)圈組件之間的空間連通；第一排氣通道將上止推部氣膜的氣體排入排氣腔內(nèi)，排氣腔B-24將氣體排入中心磁極E-2、磁鋼E-3和動(dòng)圈組件之間，起到冷卻動(dòng)圈組件的作用；第二排氣通道將軸頸部氣膜的氣體排入動(dòng)圈組件與減震塊F-1之間，也起到冷卻動(dòng)圈組件的作用；第一排氣通道和第二排氣通道的氣體除了流經(jīng)動(dòng)圈組件外，最后通過(guò)中心磁極E-2、磁路支撐件E-4、底座F-2的中心孔以及底座F-2底面上的排氣槽F-21組成的排氣通道將氣體排入大氣中。
[0066]本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:采用空氣軸承支撐，形成的上止推部氣膜、下止推部氣膜、軸頸部氣膜完成對(duì)動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸向和徑向支撐，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止零件通過(guò)氣膜實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸支撐，無(wú)摩擦或摩擦力小，運(yùn)行平穩(wěn)，提高轉(zhuǎn)動(dòng)部件的回轉(zhuǎn)精度，改善角振動(dòng)臺(tái)輸出波形失真度以及減小橫向擺動(dòng)量的優(yōu)點(diǎn)。并且，空氣軸承的氣膜中溢出的氣體還可以起到冷卻動(dòng)圈組件的作用。
[0067]實(shí)施例3
[0068]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別之處在于動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈，除線(xiàn)圈以外的其他組件結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例1相同。
[0069]如圖5所示,動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈B-4覆蓋于動(dòng)圈基體B-3的外側(cè)面。如圖6所示,線(xiàn)圈包括線(xiàn)圈繞組B-4-1和絕緣層B-4-3，線(xiàn)圈繞組B-4-1和絕緣層B-4-3間隔設(shè)置，線(xiàn)圈繞組B-4-1至少具有一層，絕緣層B-4-3由環(huán)氧樹(shù)脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線(xiàn)圈繞組B-4-1。如圖7所示，線(xiàn)圈繞組包括第一線(xiàn)圈B-4-1-1和第二線(xiàn)圈B-4-1-2，第一線(xiàn)圈B-4-1-1逆時(shí)針從內(nèi)向外繞線(xiàn)，第二線(xiàn)圈B-4-1-2順時(shí)針從外向內(nèi)繞線(xiàn)，第一線(xiàn)圈B-4-1-1和第二線(xiàn)圈B-4-1-2處于同一層，第一線(xiàn)圈B-4-1-1和第二線(xiàn)圈B-4-1-2分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線(xiàn)段B-4-11和連接導(dǎo)線(xiàn)段B-4-12組成，通電的有效導(dǎo)線(xiàn)段B-4-11在磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線(xiàn)段B-4-12在磁場(chǎng)外；
[0070]等間隔分布的有效導(dǎo)線(xiàn)段B-4-11組成一個(gè)安培力發(fā)生部B-4-1-3，安培力發(fā)生部B-4-1-3的數(shù)量是線(xiàn)圈繞組B-4-1個(gè)數(shù)的兩倍，各個(gè)安培力發(fā)生部B-4-1-3包含的有效導(dǎo)線(xiàn)段B-4-11數(shù)量相同，線(xiàn)圈繞組B-4-1的每匝導(dǎo)線(xiàn)之間填充有環(huán)氧樹(shù)脂膠，線(xiàn)圈繞組B-4-1之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
[0071]制作線(xiàn)圈繞組B-4-1時(shí)，先制作能恰好包圍動(dòng)圈基體B-3外側(cè)面的平面銅板，再在平面銅板上用線(xiàn)切割或者雕刻的方式加工出線(xiàn)圈繞組B-4-1的如圖7的走線(xiàn)形狀和走線(xiàn)方式，然后將平面銅板線(xiàn)圈固定纏繞在動(dòng)圈基體B-3的外側(cè)面上，同時(shí)在線(xiàn)圈繞組B-4-1的外側(cè)面和中間挖空區(qū)域纏繞玻璃布，并灌注環(huán)氧樹(shù)脂膠，一邊纏繞，一邊灌注，等環(huán)氧固化后，采用車(chē)削工藝加工使得當(dāng)前層的線(xiàn)圈繞組B-4-1與動(dòng)圈基體B-3形成新的光滑平整的圓柱動(dòng)圈基體B-3。制作下一層線(xiàn)圈繞組B-4-1時(shí)，以新的動(dòng)圈基體B-3的外側(cè)面為參照制備平面銅板，新增加層的線(xiàn)圈繞組B-4-1與第一層線(xiàn)圈繞組B-4-1的纏繞方式相同，并保證每個(gè)線(xiàn)圈繞組B-4-1的安培力發(fā)生部位置相互對(duì)齊重疊，制作其他層線(xiàn)圈繞組B-4-1時(shí)，規(guī)律依次類(lèi)推。
[0072]線(xiàn)圈繞組B-4-1中的有效導(dǎo)線(xiàn)段B-4-11和連接導(dǎo)線(xiàn)段B-4-12的拐角處通過(guò)圓角過(guò)渡，避免線(xiàn)圈繞組B-4-1加工和固定時(shí)應(yīng)力集中和損傷。
[0073]由于繞制動(dòng)圈時(shí)相鄰安培力發(fā)生部導(dǎo)線(xiàn)的電流方向相反，為了能使安培力相疊力口，對(duì)磁鋼E-3做以下限定:磁鋼E-3沿中心磁極E-2的圓周均勻分布；磁鋼E-3的充磁方向?yàn)閺较?，相鄰的磁鋼E-3充磁方向相反,磁鋼E-3固定于中心磁極E-2上。
[0074]本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:線(xiàn)圈繞組通過(guò)線(xiàn)切割或雕刻形成，布線(xiàn)均勻，受力均勻，同時(shí)降低了線(xiàn)圈繞組的繞線(xiàn)難度，簡(jiǎn)化繞線(xiàn)工藝。
[0075]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái),包括外殼、工作臺(tái)面、帶動(dòng)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)的主軸、動(dòng)圈組件、磁路組件、電粘彈性反饋控制組件、空氣軸承和角位移傳感器； 其特征在于:主軸與動(dòng)圈組件固定連接，動(dòng)圈組件包括與主軸連接的動(dòng)圈基體和纏繞在動(dòng)圈基體上的線(xiàn)圈，動(dòng)圈基體與主軸固定連接； 磁路組件包括導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極以及磁鋼，導(dǎo)磁環(huán)、中心磁極、磁鋼和氣隙形成閉合磁回路；中心磁極位于導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)，導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極同軸,磁鋼位于導(dǎo)磁環(huán)與中心磁極之間，磁鋼吸附于中心磁極上；動(dòng)圈組件位于磁鋼和導(dǎo)磁環(huán)之間，動(dòng)圈組件與導(dǎo)磁環(huán)同軸； 磁路組件固定于磁路支撐件上，磁路支撐件固定于底座上，磁路支撐件上設(shè)有環(huán)形槽，動(dòng)圈組件伸入環(huán)形槽內(nèi)，動(dòng)圈組件與環(huán)形槽的槽壁之間有間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:角振動(dòng)臺(tái)的電粘彈性反饋組件包括角位移傳感器、反饋單元、信號(hào)發(fā)生器、減法器、PID控制器、功率放大器、角振動(dòng)臺(tái)；角位移傳感器由讀數(shù)頭和圓光柵兩部分組成，圓光柵安裝在工作臺(tái)面上，讀數(shù)頭通過(guò)安裝架固定在空氣軸承的軸承座上； 角位移傳感器用于檢測(cè)動(dòng)圈組件和工作臺(tái)面輸出的角位移信號(hào)，該角位移信號(hào)輸入到反饋單元，反饋單元將輸入的信號(hào)放大獲得第一輸出信號(hào)、并將輸入的信號(hào)先微分處理后再放大獲得第二輸出信號(hào)、再將第一輸出信號(hào)與第二輸出信號(hào)疊加獲得反饋單元輸出信號(hào)；反饋單元輸出信號(hào)與信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)減法器求差，得到偏差信號(hào)，偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器處理后輸出給功率放大器，功率放大器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)角振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:空氣軸承包括軸承座和軸承本體，主軸套接于軸承本體內(nèi)，軸承本體套接于軸承座內(nèi)，軸承座與軸承本體固定，主軸底部設(shè)有與軸承本體配合的臺(tái)階； 軸承本體的外表面設(shè)有圓環(huán)形的進(jìn)氣凹槽，軸承座上設(shè)有與進(jìn)氣凹槽連通的進(jìn)氣孔，軸承本體上設(shè)有將氣體導(dǎo)向軸承本體與主軸之間的徑向?qū)饪?，將氣體導(dǎo)向軸承本體與工作臺(tái)面之間的上軸向?qū)饪缀蛯怏w導(dǎo)向軸承本體與主軸的臺(tái)階之間的下軸向?qū)饪祝瑥较驅(qū)饪住⑸陷S向?qū)饪缀拖螺S向?qū)饪椎某鰵舛朔謩e設(shè)有節(jié)流孔，節(jié)流孔沿圓周方向均勻分布。
4.如權(quán)利要求3所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:主軸中空形成排氣腔，主軸的上端設(shè)有將軸承本體與工作臺(tái)面之間的氣體引入排氣腔的第一排氣通道，軸承本體上設(shè)有將主軸與軸承本體之間的氣體向外排出的第二排氣通道，第二排氣通道的排氣口位于主軸的臺(tái)階之外，第二排氣通道均勻分布于軸承本體上，第二排氣通道與進(jìn)氣凹槽相互隔離。
5.如權(quán)利要求4所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:第一排氣通道包括設(shè)置于主軸上端面的圓周槽，將軸承本體與工作臺(tái)面之間的氣體排入圓周槽的毛細(xì)孔和將圓周槽內(nèi)的氣體排入排氣腔的軸向孔；毛細(xì)孔有多個(gè)，毛細(xì)孔沿圓周槽均勻分布；軸向孔有多個(gè)，軸向孔沿圓周槽均勻分布；毛細(xì)孔沿主軸上端面的徑向開(kāi)設(shè)，軸向孔沿主軸軸向開(kāi)設(shè)； 第二排氣通道包括徑向排氣孔和軸向排氣孔，徑向排氣孔一端與軸承本體和主軸之間的氣膜連通，另一端與軸向排氣孔連通；軸向排氣孔的出氣口作為第二排氣通道的排氣Π ； 徑向排氣孔貫穿軸承本體，徑向排氣孔與進(jìn)氣凹槽連通的一端設(shè)有堵頭。
6.如權(quán)利要求5所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:外殼包括與底座固定的筒體和與空氣軸承的軸承座固定的減震塊；排氣腔和動(dòng)圈組件與中心磁極、磁鋼之間的空間連通，第二排氣通道和減震塊與動(dòng)圈組件之間的空間連通。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁驅(qū)動(dòng)式角振動(dòng)臺(tái)，其特征在于:動(dòng)圈組件的線(xiàn)圈覆蓋于動(dòng)圈基體的外側(cè)面，線(xiàn)圈包括線(xiàn)圈繞組和絕緣層，線(xiàn)圈繞組和絕緣層間隔設(shè)置，線(xiàn)圈繞組至少具有一層，絕緣層由環(huán)氧樹(shù)脂膠和玻璃布制成，絕緣層完全覆蓋其內(nèi)的線(xiàn)圈繞組； 每個(gè)線(xiàn)圈繞組包括第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈，第一線(xiàn)圈逆時(shí)針從內(nèi)向外繞線(xiàn)，第二線(xiàn)圈順時(shí)針從外向內(nèi)繞線(xiàn)，第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈處于同一層，第一線(xiàn)圈和第二線(xiàn)圈分別繞制多匝，每匝分別由有效導(dǎo)線(xiàn)段和連接導(dǎo)線(xiàn)段組成，通電的有效導(dǎo)線(xiàn)段在磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生安培力，連接導(dǎo)線(xiàn)段在磁場(chǎng)外； 等間隔分布的有效導(dǎo)線(xiàn)段組成一個(gè)安培力發(fā)生部，安培力發(fā)生部的數(shù)量是線(xiàn)圈繞組個(gè)數(shù)的兩倍，各個(gè)安培力發(fā)生部包含的有效導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量相同，線(xiàn)圈繞組的每匝導(dǎo)線(xiàn)之間填充有環(huán)氧樹(shù)脂膠，線(xiàn)圈繞組之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。
【文檔編號(hào)】G01D18/00GK204007681SQ201420502142
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】何聞, 唐波, 賈叔仕, 周杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)