Электромагнитный вибратор Советский патент 1990 года по МПК H02K33/02 B06B1/04 

Изобретение касается виброзащиты и вибровозбуждения и может быть использовано в активных виброзащитных системах, а также в системах пространственного возбуждения конструкций с независимым управлением их колебаний (возбуждающих сил) по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возбуждения сил по трем взаимно перпендикулярным направлениям с независимым регулированием их параметров.

На фиг.1 изображена конструктивная схема электромагнитного вибратора, выполненного на основе электродинамических преобразователей; на фиг. 2 - то же с преобразователями электромагнитного типа, вид сверху; а на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2.

Электромагнитный вибратор (силовоз- будитель) содержит размещенные в корпусе 1 по трем взаимно перпендикулярным направлениям три электромеханических преобразователя 2х, 2у, 2z, каждый из которых, например 2z, включает два магиитопровода 3iz, 32z с элементами 4iz. 42z (обмотками) подмагничивания, размещенными соосно с разных сторон общей для всех преобразователей реактивной части, включающей груз 5 со встроенными в него магнитопроводами

3lx, 32х, 3ly, 32у и 3lz, 32z.

В кольцевых пазах магнитопроводов 3ix, 32х, 3iy, 32у, и 3iz, 32z размещены силовые катушки Six, б2х, 6iy и б2у, 6iz62z, (скрепленные каждая с узлом соединения соответствующих пар неравножестких упругих элементов 7ix,

8lx, 72х, 82х, 7ly, 8ly, 72у, 82у, и 71Z, 8lz, 72z, 82z,

при этом внешние концы неравножестких

ю

00

о

о

упругих элементов 1ц, 72j(v j XiViz) с максимальной поперечной жесткостью и упругих элементов 8ij, 82j с максимальной продольной жесткостью скреплены соответственно с реактивной частью смловозбу- дйтеля и его корпусом 1. Первые из них выполнены в виде кольцевых мембран, внешняя кромка которых скреплена с реактивной частью, а к их центральной части прикреплены силовые катушки электродинамических преобразователей, вторые - в виде двух плоских кольцевых металластико- вых элементов 8ij, 82, установленных с разных сторон корпуса 1 силовозбудителя. Поджатие металластиковых элементов 8i, 82) к корпусу 1 силовозбудителя осуществлено с помощью устройств поджатия, включающих.накладки 9ij, 92J-, болты 10i, 102J и гайки 111, 112J.

Вибратор работает следующим образом.

Благодаря тому, что упругая подвеска реактивной части силовозбудителя выполнена в виде шести пар последовательно установленных неравножестких упругих элементов 7ij, 8ij и 72j, 82 продольная жесткость одного из упругих элементов каждой пары меньше, а поперечная больше соответствующих жесткостей другого упругого элемента этой же пары, реактивная часть силовозбудителя по каждому из трех взаимно перпендикулярных направлений силового электродинамического взаимодействия оказывается в упругих направляющих, обеспечивающих ее колебания по каждому из этих направлений только от сил взаимодействия между магнитопроводами и силовыми катушками этого направления,

При этом осуществляется практически езависимое силовое возбуждение корпуса иловозбудителя (а следовательно, и присодиненной к нему конструкции) по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Эта важная для пространственного возбуждения возможность в предлагаемом сило- возбудителе реализуется в зарезонансной области частот, в которой реактивная часть силовозбудителя может считаться динамически не связанной с корпусом. Благодаря тому, что по каждому из направления силового взаимодействия между магнитопроводами и силовыми катушками жесткость упругой подвески реактивной части силовозбудителя выбрана в несколько раз меньше ее поперечной жесткости,.собственные частоты реактивной части по этим направлениям оказываются в несколько раз меньше собственных частот по другим типам колебаний реактивной части силовозбуди;

теля. В частотных интервалах первой и второй собственными частотами упруго закрепленной частоты силовозбудителя по кахедому из трех взаимно перпендикуляр- ных направлений развиваемые силовозбу- дителем силы при этом равны силам электродинамического взаимодействия между магнитопроводами и силовыми катушками, которые определяют только пара- 0 метры управляющих токов в силовых катушках, т.е. возбуждаемые силовозбуди- телем силы оказываются взаимно независи- мыми. Действительно, амплитуда FJ развиваемых силовозбудителем сил по j-му 5 направлению равна

Fj 2BojlkjrBj,

где Ibj, Boj, Ikj - амплитуда возбуждающего тока, магнитная индукция в кольцевых зазорах магнитопроводов, длина провода сило- 0 вых катушек электродинамических преобразователей по j-му направлению соответственно.

Из (1) видно, что по каждому направлению j xiyiz величина развиваемых силовоз- 5 будителем сил определяется при постоянных параметрах электродинамических преобразователей только параметрами управляющего тока ibj rbjCOs(Ujz + lj). Это означает, что при подаче управляющего 0 (возбуждающего) тока в силовые катушки 6ij, 62j электродинамического преобразователя j-ro направления предлагаемый сило- возбудитель развивает силы только в этом направлении. Если уравновешивающие то- 5 ки подаются в силовые катушки двух или трех электродинамических преобразователей, предлагаемый силовозбудитель создает плоскопараллельные пространственные силы, причем параметры составляющих 0 этих сил могут независимо регулироваться изменением параметров соответствующих управляющих (возбуждающих) токов. При этом функциональные возможности силовозбудителя существенно возрастают. 45Предлагаемый силовозбудитель, выполненный на основе управляемых электромагнитов (фиг.2), содержит размещенные в корпусе 1 по трем взаимно перпендикулярным направлениям три управляемых элект- 50 ромагнита 2jO xiyiz) в дифференциальном исполнении, каждый из которых, например 2z, включает два магнитных сердечника 3iz, 32z с обмотками подмагничивания 4iz, 42z и возбуждения 5iz, 52z и два якоря 6iz, 62z. 55 Магнитные сердечники 3iz. 32z выполнены кольцевыми с осевым отверстием для размещения в нем стержневых элементов 8iz, 82z упругой системы и имеют.радиальную шихтовку, а каждый из магнитных сердечников 3ix. 32х и 3iy, 32у является частью, кольцевой статорной системы, набранной мэ тонких кольцевых пластин с четырьмя узкими и четырьмя широкими выступами. Вокруг последних в пазах магнитных сердечников 3ix, 32х и 3iy, 32у размещены подмагничивающие 4ix, 42х, 4iy, 42у и возбуждающие 5ix, 52Х, 5iy, 52у обмотки. Общий для управляемых электромагнитов 2х, 2у укорь 6 набран из тонких (0,05-0,2) кольцевых пластин, размещенных с внешней стороны корпуса 7 управляемого электромагнита 1г. Набор кольцевых пластин якоря 6х,у стянут элементами 8iz, 82г . поджатия, выполненными в виде прижимных колец, навинчивающихся на цилиндрический ко рпус 7 управляемого электромагнита 1г.

Магнитные сердечники 3iz, 32z скреплены с якорем 6 управляемых электромагнитов 2у, 2х (реактивная часть заявляемого силовозбудителя), прикреплены к корпусу 1 силовозбудителя с помощью двух пар последовательно соединенных неравножест- ких элементов 9iz, 92z и lOiz, 102z, выпол1-;енных в виде кольцевых мембран и круглых стержней. Продольная жесткость кольцевых мембран 9iz, 92z и радиальная жесткость круглых стержней lOiz, lOaz вь4- браны так, что собственные частоты упруго закрепленной части силовозбудителя близки по величине и расположены ниже рабочего диапазона частот, в котором величина развиваемых силовозбудителем сил постоянна.

Работа силовозбудителя (фиг.2), выполненного на основе управляемых электромагнитов, отличается от рассмотренного только принципом формирования силовых воздействий, з основе которого лежит принцип электромагнитного преобразования. При подключении подмагничивающих обмоток 4ij и 42) к источнику подмагничиваю- щего тока (на фиг. 2 не показан) в магнитопроводах управляемых электромагнитов 3ij, 32j образуется магнитный поток, величина которого постоянна и определяется из условия обеспечения максимальной линейности преобразования. Обычно ток подмагничивания 1о выбирают в пределах В(1о) 0,2-0,5 Вн (Вн - индукция насыщения материала магнитопровода). При равенстве рабочих зазоров между магнитными сердечниками 3ij, 32J и якорями 6ij, 62 управляемого электромагнита появляются равные по величине силы притяжения, которые не вызывают перемещения реактивной части силовозбудителя.

Каждая пара 5ix, 62. 5iy. 52у и 5iz- 52z обмоток возбуждения управляемых электромагнитов 2х, 2у. 2z включены согласно последовательно, а пара подмагнм- чивагащих обмоток 4ix, 42х, 4iy, 42у и 4iz, ъ. - встречно-последовательно, благодаря чему наводимые в подмагничивающих обмотках

злектродвижуш.ие силы (ЭДС) взаимоиндукции от возбуждающего тока 1ь антифазны, а при одинаковых рабочих зазорах - равны. Это позволяет осуществить защиту источника подмагничивающего тока от наводимых

0 ЭДС. Это особенно важно в мощных сило- возбу,дителях, в которых подмагничиваю- щий ток составляет по меньшем мере несколько ампер, и позтому создание фильтра, обеспечивающего защиту источника

5 подглагничивающего тока, связано с существенными энергозатратами.

При подаче в одну из пар, например 5iz, 52z, обмоток возбуждения управляющего (возбуждающего) тока в магнитопроводах

0 управляемого электромагнита 2z образуются переменный магнитный поток, который в одном из магнитопроводов складывается с постоянным потоком, а в другом вычитается. В результате, наряду с постоянной со5 ставляющей силы (точнее пары сил), действующей между магнитными сердечниками 3i2, 32z и якорями 6iz, 62z, появляется переменная составляющая силы (пары сил), частота и фаза которой в рабочем диапазоне

0 частоты равна частоте и фазе возбуждающего тока, а амплитуда пропорциональная амплитуде этого тока, т.е. осуществляется линейное преобразование возбуждающего тока в силу (пару сил) электромагнитного

5 взаимодействия между якорями 6iz, 62z, скрепленными с корпусом 1 силовозбудителя, и магнитными сердечниками 3iz, 32z, яв- ляющимися реактивной частью силовозбудителя. В зарезонансной области

0 частот (рабочем диапазоне) одна из пар сил электромагнитного взаимодействия тратится на создание колебаний реактивной части, а другая, воздействуя через якори, - на корпус силовозбудителя и далее на возбуждае5 мый объект, скрепленный с корпусом силовозбудителя не показан), и является выходной силой силовозбудителя. Формула изобретения Электромагнитный вибратор, содержа0 щий корпус, в котором установлен инерци- онный груз и два расположенных перпендикулярно возбудителя колебаний, каждый из которых выполнен в виде двух электромагнитов с магнитопроводом и си5 ловой катушкой и двух упругих подвесов, связанных с корпусом и инерционным грузом и установленных с его противоположных сторон, отличающийся тем, что, с целью расширения функциона/1ьных возможностей за счет обеспечения трехстепенных пространственных колебаний с незави- сммым регулированием параметров, в него введен дополнительный возбудитель колебаний, выполненный идентично и установленный перпендикулярно первому и второму возбудителям колебаний, при этом каждый упругий подвес выполнен в виде двух установленных последовательно упругих элементов, продольная жесткость одного из которых больше, а поперечная - меньше соответствующих жесткостей другого упругого элемента, магнмтопровод каждого электромагнита выполнен в виде связанного с инерционным грузом незамкнутого магнитопровода с зазором в котором установлена дополнительно введенная подмагничивания, связанная с корпусом, причем силовые катушки соответствующего возбудителя колебаний включены последовательно согласно, а обмотки подмагнмчивания - последовательно встречно.

Изобретение может быть использовано в активных виброзащитных системах, а также в системах пространственного возбуждения конструкций с независимым управлением их колебаний по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей силовозбудителя за счет обеспечения трехкомпонентного силового воздействия на конструкцию с независимым управлением по каждой из координат. Инерционный груз 5 подвешен в корпусе 1 на шести попарно взаимно перпендикулярных упругих подвесах, состоящих из упругих элементов 7 и 8. Колебания по трем направлениям обеспечиваются тремя парами электромагнитов, каждый из которых состоит из магнитопровода 3, силовой катушки 4 и катушки 6 возбуждения. 2 ил.

8,,Щ, W,

% /г А

f UZ.I

fua.Z

fu8.J

r

rx