阅读说明：本技术 模块化的海尔贝克型电磁作动器 (Modular Halbach type electromagnetic actuator ) 是由 张跃 符栋梁 李国平 胡航 马振来 周璞 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种模块化的海尔贝克型电磁作动器,外壳由顶板侧板和底板通过紧固件连接而成；外壳内设有导柱,导柱的上、下端分别与顶板和底板固定连接,且导柱的上、下部分别通过直线轴承连接顶部压板和底部压板；顶部压板与底部压板之间连接粘接在永磁体基板上的海尔贝克永磁阵列,海尔贝克永磁阵列只可沿垂直方向自由运动；底部压板通过隔振器固定在底板上,为海尔贝克永磁阵列提供支撑刚度；顶板与底板之间固定连接绕组支撑架,绕组支撑架的槽楔中嵌入绕组线圈,底板两侧分别设有绕组线圈的出线端子。本发明作为执行元件,可以广泛应用于振动主动控制系统中,轻量化、模块化的设计可以允许使用者采用不同的组合配比满足不同量级激励力的输出需求。(The present invention relates to a kind of modular Halbach type electromagnetic actuator, shell is formed by connecting by top plate side plate and bottom plate by fastener；Guide post is equipped in shell, the upper and lower end of guide post is fixedly connected with top plate and bottom plate respectively, and the upper and lower part of guide post connects top platen and bottom platen by linear bearing respectively；The Halbach permanent magnet array being bonded on permanent magnetism structure base board, the only vertically free movement of Halbach permanent magnet array are connected between top platen and bottom platen；Bottom platen is fixed on bottom plate by vibration isolator, provides support stiffness for Halbach permanent magnet array；It is fixedly connected with winding support frame between top plate and bottom plate, winding coil is embedded in the slot wedge of winding support frame, bottom plate two sides are respectively equipped with the outlet terminal of winding coil.The present invention can be widely applied in vibration active control system as executive component, and lightweight, modular design can permit the output demand that user meets different magnitude exciting forces using different combination matchings.)

模块化的海尔贝克型电磁作动器

技术领域

本发明涉及一种振动噪声控制的作动器，尤其是一种模块化的电磁作动器。

背景技术

主动控制技术作为抑制低频线谱振动最有效的措施之一，近年来被广泛研究。作动器是整个主动控制系统的执行元件，是系统中最重要的部件之一。通过相关文献及专利查询，目前常用的作动器形式有气动式、液压式、电磁式及磁致伸缩式等。电磁式作动器由于结构相对紧凑、反应灵敏、适用频带宽、出力线性度较好，被越来越多的人采用。

然而，传统的电磁式作动器如CN206416898U所示，由于采用电磁铁形式，受输出力要求及铁芯尺寸限值，作动器的尺寸往往较大，难以胜任高功率密度及小体积大出力的需求。CN102873017A、CN204933923U、CN205371441U等专利采用永磁体作为励磁模块，通过合理构建导磁回路及减小气隙尺寸实现了装置体积的降低及输出力的提高。但恰恰由于气隙尺寸较小，这几型作动器的定子线圈及线圈骨架在装置工作时需要承受较大的局部应力，容易造成局部工作失效，且由于动子工作时完全依赖簧片或弹性元件提供横向支撑力，动子定子间容易发生偏心摩擦，严重影响了主动控制装置的可靠性。

另一方面，现有的作动器通常采用圆形外壳设计，当实际所需的控制力过大时往往需要重新设计或者单独增加一个作动器及一路功率输出通道，修改起来费时费力且占用空间。

发明内容

本发明是要提供一种模块化的海尔贝克型电磁作动器，旨在解决现有电磁作动器暴露出来的下列问题：

①单位出力体积较大；

②工作时，定子线圈及线圈骨架局部应力较大；

③工作时，动子定子间容易发生偏心摩擦；

④作动器难以满足不同量级激励力的输出需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种模块化海尔贝克型电磁作动器，具有一个外壳，所述外壳由顶板侧板和底板通过紧固件连接而成；所述外壳内设有导柱，导柱的上、下端分别与顶板和底板固定连接，且导柱的上、下部分别通过直线轴承连接顶部压板和底部压板；所述顶部压板与底部压板之间连接粘接在永磁体基板上的海尔贝克永磁阵列，海尔贝克永磁阵列只可沿垂直方向***；所述底部压板通过隔振器固定在底板上，为海尔贝克永磁阵列提供支撑刚度；所述顶板与底板之间固定连接绕组支撑架，所述绕组支撑架的槽楔中嵌入绕组线圈，所述底板两侧分别设有绕组线圈的出线端子。

进一步，所述底部压板中间设有凸台及沉孔，所述凸台的凸台面与底部隔振器接触连接，并通过穿入沉孔的连接固定件固定连接，

进一步，所述绕组支撑架采用键销定位以及螺栓固定的形式与底板连接，确保作动器工作时绕组支撑架水平方向不发生滑移。

进一步，所述顶部压板、底部压板由高强度低密度的铝合金材料制成。

进一步，所述绕组支撑架采用硅钢片叠压结构，可有效减小作动器工作过程中的涡流损耗。

进一步，当作动器单个工作时，所述底板一侧的出线端子用末端封闭接口连接，另一侧安装电源输入接口，实现与功率器件的连接。

进一步，当两台或多台作动器串联工作时，所述底板一侧的出线端子用末端封闭接口连接，另一侧安装电源输入接口，作动器之间采用跨接接口连接。

本发明的有益效果是：

本发明的模块化的海尔贝克型电磁作动器中的动子采用海尔贝克永磁阵列设计，大大增强定子侧的磁场强度，显著减小作动器单位出力体积；动子支撑架等部件采用铝合金材料，绕组支撑架采用硅钢冲片叠压，有效减小作动器工作过程中的涡流损耗；通过在支撑架两侧布置直线轴承限制动子的自由度，确保动子稳定可靠运行、不偏心，且能够适应不同的安装状态；定子线圈采用传统感应电机的嵌绕式结构，通过槽楔将线圈可靠固定在定子上；通过方形外壳设计及快换型接插件设计使得作动器能够相互组合从而满足不同量级激励力的输出需求。

本发明带来的好处在于定子两侧均布置海尔贝克永磁阵列作为励磁模块，使得定子处的磁场得以充分增强，在无背铁存在时，该阵列也能在定子侧(即强侧)产生足够大的磁场，所以动子基体可采用高强度低密度的铝合金材料，这就使执行装置具有质量轻、磁阻力小等优点，更有利于执行装置的小型模块化设计。本发明作为执行元件，可以广泛应用于振动主动控制系统中，轻量化、模块化的设计可以允许使用者采用不同的组合配比满足不同量级激励力的输出需求。

附图说明

图1为本发明的模块化的海尔贝克型电磁作动器结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为本发明串联使用时的示意图；

图中：1、顶板；2、顶部压板；3、直线轴承；4、导柱；5、海尔贝克永磁阵列；6、永磁体基板；7、侧板；8、绕组线圈；9、绕组支撑架；10、底部压板；11、隔振器；12、电源输入接口；13、底板；14、连接固定件；15、末端封闭接口；16、跨接接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1至图4所示，本实施例的模块化的海尔贝克型电磁作动器，件1～15为常用组成部件，件16为串接时使用的部件。其中，顶板1、侧板7和底板13通过螺栓连接构成了作动器的外壳；海尔贝克永磁阵列5粘接在永磁体基板6上，并由布置在上下两端的顶部压板2和底部压板10可靠固定；顶部压板2、底部压板10的两端各有一个通孔用来安装直线轴承3，直线轴承3穿入导柱4，导柱4上端与顶板1固定、下端与底板13固定，限制海尔贝克永磁阵列5除垂直方向外的运动自由度；底部压板10中间有凸台及沉孔设计，凸台面与底部隔振器11接触，通过穿入沉孔的连接固定件14可靠连接；隔振器11固定在底板13上，为海尔贝克永磁阵列5提供支撑刚度；绕组线圈8嵌入绕组支撑架9中，通过槽楔固定，绕组支撑架9上下两端分别与顶板1、底板13采用键销定位以及螺栓固定的形式，确保作动器工作时绕组支撑架9水平方向不发生滑移；底板13两侧分别设计了绕组线圈8的出线端子，作动器单个工作时，一边出线端子用末端封闭接口15连接，另一边安装电源输入接口12，实现与功率器件的连接；两台或多台作动器串联工作时，一端出线端子用末端封闭接口15连接，另一端安装电源输入接口12，作动器之间采用跨接接口16连接。

本发明采用直线电机工作原理。如图2、图3所示，永磁体采用海尔贝克永磁阵列设计，并在绕组两侧均有布置，在无背铁存在时，该海尔贝克永磁阵列5也能在绕组线圈8(即强侧)产生足够大的磁场，所以顶部压板2、底部压板10等动子基体可采用高强度低密度的铝合金材料，这就使作动器具有质量轻、磁阻力小等优点，更有利于作动器的小型模块化设计；绕组支撑架采用硅钢片叠压的方式，有效减小了作动器工作过程中的涡流损耗。

绕组线圈8通电后对海尔贝克永磁阵列5产生竖直方向上的电磁作用力，由于绕组为固定件、永磁体为弹性约束件，顶部压板2、直线轴承3、海尔贝克永磁阵列5、底板压板10等部件将发生竖直方向上的运动，从而对底板13产生一定频率的作用力，对低频振动的减振效果显著。

如图2、图4所示，本发明采用方形外壳及模块化设计，单个作动器的底板13两侧均留有绕组线圈8的出线端子，通过合理地安装电源输入接口12、末端封闭接口15、跨接接口16可以实现作动器单台/多台运行；在电源功率及导线耐流足够的情况下，不需要额外布线或增加通道即可实现作动器出力的有效增加，大大节省了布线及功率器件占用的空间。