[发明专利]一种针对直线振荡电机的直线力加载负载模拟装置

说明书

本发明公开一种针对直线振荡电机的直线力加载负载模拟装置，为直线振荡电机提供多种形式、负载力大小可变的带载环境，从而为评估直线振荡电机动态性能提供测试基础。在结构上，该负载模拟装置采用音圈电机作为负载力来源，通过设计的检测机构将音圈电机与直线振荡电机动子固连，通过改变音圈电机输入电流大小来调节负载力，从而实现多模式、可控的负载力加载；在控制策略上，为实现精确的多模式力加载，系统对直线振荡电机的速度、加速度信号进行实时采集、滤波、重构，根据负载力形式得到音圈电机的控制输入信号，从而可实现对弹簧负载、阻尼负载、液压负载等多种负载模式的精确力加载，为直线振荡电机性能评估提供有力支撑。

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，涉及一种针对直线振荡电机的直线力加载负载模拟装置，主要应用在直线振荡电机带载动态性能测试系统中。

背景技术

直线振荡电机是一种无需运动转换机构直接输出直线运动的电磁驱动设备，广泛应用于直线泵、空气压缩机、电锤等工业产品中。相比传统旋转电机配合运动转换机构(如曲柄连杆、齿轮齿条等)输出直线运动的装置，其具有效率高、寿命长的优势，尤其适合高速往复运动场合。

1840年惠斯特(Wheatstone)开始提出和制作的略具雏形但并不成功的直线电机。1917年出现了第一台圆筒型直线电动机，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。1962年，West和Jayawant设计了作为铁磁谐振器的单相直线电动机。到1965年以后，随着控制技术和材料性能的显著提高，应用直线电机的实用设备被逐步开发出来。目前关于直线振荡电机的研究大多围绕电机本身输出特性展开。J.Wang围绕单极磁路结构展开了详细分析，通过电磁建模比较了多种磁极阵列(径向、轴向、哈尔巴赫阵列)在输出性能上的差异，并进行了关键尺寸优化设计，提高了电机单位体积内输出力密度。I.I.Abdalla通过对比电机结构和静态性能，分析电机磁通密度、磁感应强度、反电动势和输出推力，提出了多种电机设计方法。C.Pompermaier在电机建模理论方面有创新性研究。虽然国内外对直线电机磁路设计、建模分析等方面进行了深入研究，但是针对直线电机输出性能测试还缺乏有效手段。特别是针对高频直线振荡电机这一具有小行程高频往复运动特性的特种电机，目前还缺乏深入研究，已经严重制约直线电机的发展和应用。因此，针对高频往复运动特性，发明一种直线振荡电机加载装置是必要的。直线振荡电机加载按照加载方式可以分为三类：机械动力加载、气缸或液压缸加载和电机加载。其中，机械动力加载包括重物加载、弹簧加载和摩擦力加载等，机械加载虽然结构简单，但是加载力大小受到限制，不能进行随变载荷加载，而且加载操作过程复杂。气缸或液压缸加载，虽然加载结构简单，工作可靠性高，但是整个加载系统包括动力部件、控制部件和辅助部件，总体质量大且系统和控制较为复杂，还有气动系统和液压系统频率响应相对于电机较低，气缸或液压缸加载在高频很难匹配。电机加载包括直线电机和旋转电机-滚珠丝杠加载，旋转电机-滚珠丝杠加载频率响应能力不足。直线电机加载分为音圈加载电机和动磁式电机，动磁式电机输出力稳定性相比于音圈加载电机较差，音圈加载电机在设计行程内输出力较为稳定。

发明内容

本发明针对直线振荡电机加载问题，提出了一种针对直线振荡电机的直线力加载负载模拟装置，采用音圈加载电机作为负载模拟加载电机，能够对直线振荡电机进行小行程大载荷加载，可测试被测直线振动电机在定载荷和变载荷情况下的动态性能，能够用于研究被测直线振动电机相应的快速性、稳定性和准确性以及被测直线振荡电机的控制鲁棒性；本发明会进一步推动我国直线电机研究发展，促进直线电机的推广和应用，不断推进电机优化设计和控制研究。

本发明针对直线振荡电机的直线力加载负载模拟装置，包括由前至后依次设置的被测直线振荡电机、检测机构与加载电机。

所述检测机构中具有力传感器与位移传感器；通过力传感器将被测直线振荡电机与加载电机的输出轴间连接，检测被测直线振荡电机与加载电机相互之间的作用力；位移传感器连接被测直线振荡电机的输出轴，检测被测直线振荡电机的输出位移。