Электромагнитный вибровозбудитель Советский патент 1988 года по МПК B06B1/04 

со

00

со

N9

00

Изобретение относится к технике вибровозбуждения и может быть использовано, например, в вибростендах с широкополосным возбуждением колеба- НИИ и в активных виброзащитных системах .

Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот.

На чертеже представлена конструк- тивная схема электромагнитного вибровозбудителя.

Электромагнитный вибровозбудитель содержит корпус 1, размещенные в нем сердечники 2 и 2 с обмотками под- магничивания 3 и 3 и возбуждения 4 и 4, подвижную часть, включающую якорь 5, установленный с зазором между сердечниками 2 и 2 и скрепленный с корпусом 1 посредством упругих зле- ментов 6 и 6 подвески, и реактивную массу 7, установленную на оси вибровозбудителя и соединенную с якорем 5 через дополнительные упругие элементы 8 и 8, жестко соединенные с якорем

5и реактивной массой 7. При этом дополнительные упругие элементы 8 и 8 могут быть выполнены в виде цилиндрических металластиковых втулок или совместно с упругими элементами

6и б подвески в виде единых кольцевых мембран, соединенных по внутренней поверхности с реактивной массой 7.

Вибровозбудитель работает следую- щим образом.

При передаче напряжения на обмотки 3 и 3 возбуждения якорь 5 возбуждается вместе с реактивной массой 7 и их колебания передаются корпусу 1.

Жесткость дополнительных упругих элементов 8 и 8 выбирается из соображений обеспечения низкочастотного участка рабочего диапазона частот вибровозбудителя. Для этого парциальнал частота Ыр,, определяемая величиной реактивной m р массы 7 и суммарной жесткостью k ,, дополнительных упругих элементов 8 и 8 , должна быть меньше или равна максимальной частоте рабочего диапазона. Обеспечение этого требования в предлагаемой схеме электромагнитного вибровозбудителя не вызьтает затруднений благодаря тому, что на его реактивную массу 7 не действуют силы электромагнитного притяжения со стороны сердечников 2 и 2 . Это позволяет реализовать первую собственную частоту u). /27

5

0

Q

5 0

электромагнитного вибровозбудителя в диапазоне 2-10 Гц, что невозможно обеспечить в известном вибровозбудителе даже при малых токах подмагни- чивания. При этом перемещение реактивной массы 7 относительно якоря 5 при наклоне возбуждаемого объекта не приводит к изменению рабочих зазоров между якорем 5 и сердечниками 2 и 2 . Эта особенность электромагнитного вибровозбудителя является очень важной при его применении в качестве исполнительного элемента активной виброзащитной системы, где требуется обеспечить стабильность коэффициентов передачи каналов управления. Жесткость упругих элементов 6 и б подвески выбирается из условия обеспечения высокочастотного участка рабочего диапазона электромагнитного вибровозбудителя. Для этого парциальная частота ы, определяемая массой якоря 5 и суммарной жесткостью упругих элементов 6 и б и дополнительных упругих элементов 8 и 8 , должна быть равна или вьше максимальной частоты рабочего диапазона. При этом частотная характеристика будет иметь два резонанса на

5

0

5 о

5

частотах ы, и

w и равномерный участок между этими частотами, что объясняется следующими особенностями предлагаемой схемы электромагнитного вибровозбудителя.

Поскольку обычно u)j, «(kj/m.)

то

+ () а

га J г

ш.

k (J k (k - суммарная жесткость упругих элементов 6 и 6). При этом в диапазоне частот О w ы часть электромагнитного вибровозбудителя, включающая магнитопроводы 2 и 2 упругие элементы 6 и 6 подвески и якорь 5, является генератором перемещений, выходным параметром которого яьляется перемещение якоря 5, равное (Fji - амплитуда силового взаимодействия между сердечниками 2 и 2 и якорем 5). При этом в диапазоне частот до первого резонанса (kQ/ra ) колебания якоря практически не создают силового возбуджения корпуса 1 вибровозбудителя и, как следствие, развиваемые им силы близки к О (интервал частот о ш Wp, ) . Физически это объясняется тем, что в этом диапазоне частот якорь 5, перемещаясь, практически не встречает сопротивления со стороны дополнительных упругих элементов 8 и 8 и присоединенной к ним реактивной массы 7 ибо в этом диапазоне частот мало инерционное сопротивление реактивной массы, равное Zp iuirap.

На частоте и,, () сопротивление присоединенной к якорю части (реактивной массы на упругих элементах k а) максимально и равно uJj,, nip/л (А - коэффициент затухания в дополнительных упругих элементах 8 и 8 ). На этой частоте силовое воздействие на корпус 1, а следовательно, и на возбуждаемую конструкцию максимально В диапазоне частот w w,, выполняется неравенство I jum р I t)l, поэтому механической нагрузкой генератора перемещений является сопротивление Za.). При этом колебания якоря, деформируя дополнительные упругие элементы 8 и 8 , создают силовое возбуждение корпуса Fj, равное

ЭМВ

F,,( ).

(1)

Из формулы (1) видно, что в рабо- чем диапазоне частот ш (ш ш развн- заемое предлагаемым электромагнитным вибровозбудителем усилие F не зависит от частоты и тем больше, чем больше сила Fj, электромагнитного взаимодействия и отношение (). Поскольку в формуле (1) обычно отношение () - 1, то для того, чтобы расширение рабочего диапазона вибровозбудителя не сопровождалось сниже- нием величины развиваемых им сил в обмотках подмагничивания 3 и 3 и возбуждения 4 и 4 , увеличивают ток, Это оказывается возможным благодаря повышенной жесткости упругих элемен- тов 6 и 6 подвески. Это же позволяе выбрать меньшие рабочие зазоры межд якорем 5 и магнитопроводами 2 и 2 , Реализация таких параметров в предлагаемом электромагнитном вибровозбуди теле позволяет более эффективно использовать электромагнитные свойства магнитопроводов и его обмоток (работать при больших индукциях в зазорах и тем самым многократно увеличить величину развиваемой вибровозбудителем силы Fj,. Благодаря этому расии- рение рабочего диапазона и увеличени надежности предлагаемого вибровозбудителя обеспечивается практически при той же величине развиваемых сил, что и в известном вибровозбудителе.

Наличие резонанса в характеристике развиваемых вибровозбудителем сил

,

Q|5 20

25 зО ,.Q АС

50

55

на частоте ы (k+k „)/т позволяет в значительном частотном диапазоне скомпенсировать снижение величины динамических сил, обусловленное потерями на подмагничивание сердечников и токи Фуко. Важной особенностью предлагаемой схемы электромагнитного вибровозбудителя является то, что корректирующий подъем частотной характеристики развиваемых вибровозбудителем сил вблизи частоты Шд может быть изменен и перемещен по частотному диапазону путем изменения тока Подмагничивания в обмотках 3 и 3 . Для того, чтобы при меньших рабочих зазорах не увеличивались нелинейные искажения, в предлагаемом электромагнитном вибровозбудителе упругие элементы 6 и 6 подвески выполнены с жесткой упругой характеристикой. При этом влияние нелинейности тяговой и упругой характеристик на процесс преобразования тока в перемещение якоря 5 взаимокомпенсирует- ся и предлагаемый электромагнитный вибровозбудитель имеет малый коэффициент нелинейных искажений (1-3%). Последнее особенно важно при использовании электромагнитного вибровозбудителя в активных виброзащитных

системах, где линейное преобразование, управляющего сигнала в компенсирующее воздействие имеет первостепенное значение.

I

Ф ормула изобретения

1.Электромагнитный вибровозбудитель, содержащий корпус, размещенные в корпусе сердечники с обмотками подмагничивания и возбуждения, подвижную часть, включающую якорь, установленный с зазором между сердечниками и связанный с реактивной массой, установленной на оси вибровозбудителя, упругие элементы подвески, закрепленные между корпусом и подвижной частью, отличающий ся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, упругие элементы подвески прикреплены к якорю, а между якорем и реактивной массой введены дополнительные упругие элементы, жестко скрепленные с ними.

2,Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что.допол513789286

нительные упругие элементы выполненыэлементы подвески и дополнительные

в виде цилиндрических металластиковыхупругие элементы выполнены в виде

втулок.кольцевых мембран, соединенных по

3. Вибровозбудитель по п. 1, о т -внутренней поверхности с реактивной

личающийся тем, что упругиемассой.

Изобретение относится к технике вибровозбуждения. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот. Наличие резонанса в характеристике развиваемых вибровозбудителем сил позволяет в частотном диапазоне скомпенсировать снижение величины динамических сил, обусловленное потерями на подмагничивание сердечников, и токи Фуко. Корректирующий подъем ., частотной характеристики развиваемых вибровозбудителем сил м.б. изменен и перемещен по частотному диапазону путем изменения тока подмагничивания в обмотках 3,3 . Для того, чтобы при меньших рабочих зазорах не увеличивались нелинейные искажения, упругие злементы 6, 6 подвески, выполнены с жесткой упругой характеристикой. Влияние нелинейности тяговой и упругой характеристик в процессе преобразования тока в перемещение якоря 5 взаи- мокомпенсируется, и вибровозбудитель имеет малый коэффициент нелинейных искажений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л