发明名称 主动式混成电磁铁避震器及其避震方法
摘要 本发明系提供一种主动式混成电磁铁避震器其避震方法,其中该避震器包括:运动端的混成电磁铁组;载台端的混成电磁铁组;两个磁通路套筒;滑动套筒;间距感测器;转速计;伺服电流驱动器;避震控制器;电流感测电路;以及省电控制器,其藉由高强力永久磁铁与电磁铁所组成的混成磁铁,与另一运动端的混成磁铁,产生相互排斥力,以悬吊载台;同时,利用载台震动感测器测知的震动讯号,速度感测器量测避震器套筒的相对线性速度讯号,及间距感测器量测两混成电磁铁组之相对间隙位移,回授到避震控制器,与输入指令比较,送到伺服电流驱动器,产生控制电流,流经线圈引发磁场,改变两组混成磁铁之间作用力,以达隔震、阻尼与间隙高程调控的功能。此外本案亦揭露一种省能控制机制及其方法。
申请公布号 TWI231843 申请公布日期 2005.05.01
申请号 TW092127420 申请日期 2003.10.03
申请人 中华技术学院 发明人 宋真坦
分类号 F16F15/03 主分类号 F16F15/03
代理机构 代理人 罗炳荣 台北市大安区罗斯福路2段49号12楼
主权项 1.一种主动式混成电磁铁避震器,其包括:一运动端的混成电磁铁组,系由一高强力永久磁铁与一电磁铁所组成;一载台端的混成电磁铁组,亦由该高强力永久磁铁与该电磁铁所组成;一两个磁通路套筒,其系呈中空状且由铁质材料所构成,用以分别将该运动端的混成电磁铁组及该载台端的混成电磁铁组固装于该磁通路套筒里,一方面可固定该永久磁铁与电磁铁,另一方面可以经由外围铁质材料构成磁场回路,建立有效磁通路;一滑动套筒,亦呈中空状且其外径大于该两磁通路套筒,用以给予该运动端的混成电磁铁组及该载台端的混成电磁铁组一致的运动方向,且藉由磁力作用力推动该运动端的混成电磁铁组及该载台端的混成电磁铁组在筒内作线性运动;一间距感测器,系置于该滑动套筒之一侧,用以量测该运动端的混成电磁铁组与该载台端的混成电磁铁组相对位移间距,作为定位控制回授之用;一转速计与一转动臂,系置于该滑动套筒之另一侧,用以量测该载台的混成电磁铁组与该运动端的混成电磁铁组的相对线性速度;一伺服电流驱动器,系耦接至该载台端的混成电磁铁组,用以提供足够的功率电流,以流过该电磁线圈而产生磁场,它随着调控命令成比例输出,成伺服状态;一避震控制器,耦接至该伺服电流驱动器、该间距输入指令及后述之省电控制器,为该避震器的中枢神经,它接受位移、速度与加速度等回授讯息,再与输入指令比较,计算出最佳的调控命令,完成避震隔离的性能;一电流感测电路,系耦接至该伺服电流驱动器,用以量测该伺服电流驱动器之输出电流値,并加以滤波处理,以电压型态送出;以及一省电控制器,系耦接至该电流感测电路及该避震控制器,用以控制间隙距离,自动找到适当间隙位置,让该载台之负荷由该永久磁铁之排斥力支撑,此时,电磁铁控制电流会趋近于零。2.如申请专利范围第1项所述之主动式混成电磁铁避震器,其中该运动端的混成电磁铁组及该载台端的混成电磁铁组系由一高强力永久磁铁及一电磁铁所组成,而该电磁铁则系由一矽钢片与一线圈所组成,该高强力永久磁铁之一端连接至该电磁铁,另一间隙端的磁力极性为N极,以控制电流流经该线圈而引发磁场,在该矽钢片之两端产生磁力,与该永久磁铁之磁力滙合,以产生总磁力调变作用。3.如申请专利范围第1项所述之主动式混成电磁铁避震器,其中该载台端的混成电磁铁组于靠近该运动端之混成电磁铁组处之该永久磁铁的磁力极性为N极,以便形成强大的排斥力,使其功能如同一空间弹簧一般。4.如申请专利范围第1项所述之主动式混成电磁铁避震器,其中该间距感测器系为一非接触式间距感测器。5.如申请专利范围第1项所述之主动式混成电磁铁避震器,其中该转速计与该磁通路套筒及该滑动套筒之间分别具有一转动臂,用以将线性运动转换成一角运动,其输出讯号回授到该避震控制器,以控制避震器的阻尼値,改变动态特性。6.如申请专利范围第1项所述之主动式混成电磁铁避震器,其中该避震控制器进一步包括:一微处理器、一记忆单元、一数位/类比转换(D/A)、一类比/数位转换(A/D)、一键盘控制、一显示控制及输入/输出等数位化元件。7.一种隔离避震之控制机制,系用于隔离一运动端对一载台端的动态影响,其包括:一避震控制器,系为该隔离避震控制机制的中枢神经,它接受位移、速度与加速度等回授讯息,再与输入指令比较,计算出最佳的调控命令,完成避震隔离的性能;一第一输入/输出介面,耦接至该避震控制器,提供该避震控制器与后述元件之介面;一伺服电流驱动器,耦接至该避震控制器,用以提供足够的功率电流,以流过电磁线圈而产生磁场,它随着调控命令成比例输出,成伺服状态;一混合电磁铁模组,耦接至该伺服电流驱动器,用以输出一控制力;一载台与运动端之动态模组,耦接至该混合电磁铁模组,接受该控制力之控制,以抵销或抑制该运动端传来之作用力,其具有一加速度、一速度及一位移之输出;一震动加速仪,耦接至该载台与运动端之动态模组,接收该加速度之输出,用以量测该载台之震动加速度;一转速计与一转动臂,耦接至该载台与运动端之动态模组,用以量测该载台的相对线性速度;一间距感测器,耦接至该载台与运动端之动态模组,用以量测该运动端与该载台端的相对位移间距,作为定位控制回授之用;一电流感测回路,系耦接至该伺服电流驱动器,用以量测该伺服电流驱动器之输出电流値,并加以滤波处理,以电压型态送出;以及一省电控制器,系耦接至该电流感测电路及该避震控制器,用以控制间隙距离,自动找到适当间隙位置,让该载台之负荷由该永久磁铁之排斥力支撑。8.如申请专利范围第7项所述之隔离避震之控制机制,其中该避震控制器进一步包括:一微处理器,系为该避震控制器的核心,其根据该位移、速度与加速度等回授讯息,再与输入指令比较,计算出最佳的调控命令,完成避震隔离的性能;一第二输入/输出介面,位于该微处理器及该伺服电流驱动器之间,用以提供其间之介面;一第三输入/输出介面,位于该微处理器及该省电控制器之间,用以提供其间之介面;一位移回授增益调节器,耦接至该微处理器及该第一输入/输出介面,接受该间距感测器所测得之相对位移间距,以调控位置的控制劲度,以改变滤波频宽;一速度回授增益调节器,耦接至该微处理器及该第一输入/输出介面,接受该转速器所测得之相对速度,以调控该避震控制器的阻尼系数,以改变暂态反应;以及一加速度回授增益调节器,耦接至该微处理器及该第一输入/输出介面,接受该震动加速器所测得之载台之震动加速度,以调控控制出力,以改善滤波效果。9.如申请专利范围第7项所述之隔离避震之控制机制,其中该混合电磁铁模组进一步包括一运动端的混成电磁铁组及一载台端的混成电磁铁组,皆系由一高强力永久磁铁及一电磁铁所组成,而该电磁铁则系由一矽钢片与一线圈所组成,该高强力永久磁铁之一端连接至该电磁铁,另一端的磁力极性为N极,以控制电流流经该线圈而引发磁场,在该矽钢片之两端产生磁力,与该永久磁铁之磁力滙合,以产生总磁力调变作用。10.如申请专利范围第9项所述之隔离避震之控制机制,其中该载台端的混成电磁铁组于靠近该运动端之混成电磁铁组处之该永久磁铁的磁力极性为N极,以便形成强大的排斥力,使其功能如同一空间弹簧一般,且该运动端的混成电磁铁组与该载台端的混成电磁铁组在间隙地方之永磁极性应相同,以产生强力排斥力。11.如申请专利范围第7项所述之隔离避震之控制机制,其中该间距感测器系为一非接触式间距感测器。12.一种隔离避震之控制方法,系用于隔离一运动端对一载台端的动态影响,其包括下列步骤:提供一避震控制器,其具有一位移回授增益调节器、一速度回授增益调节器与一加速度回授增益调节器等旋钮以操作调整,且该避震控制器具有一微处理器;经由一控制面板之按键输入希望避震之等级、载台重量估计値等参数;以及藉由该微处理器自动计算出最佳之该位移回授增益调节器之位移、该速度回授增益调节器之速度及该加速度回授增益调节器之加速度等数値,以完成避震隔离的性能。13.一种省能控制机制,系置于一避震控制器及一伺服电流驱动器之间,其藉由外接之两组永久磁铁之排斥力与一载台负荷会在某一间隙位置达到平衡状态时,伺服电流会趋近于零,以达到省能源目的,其包括:一省能控制器,当其侦测到该伺服电流驱动器的输出电流大小与极性,并计算出当时的电流变化率,决定调整间隙的方向,送到该避震控制器之输入端,并藉由该避震控制器调整间隙位置,直到该伺服电流驱动器之输出电流为零止,此时,该载台的负荷全由两组永久磁铁之排斥力支撑,不需要长久的持续电流,最多就是控制用的运作电流。14.一种省能控制方法,系用以控制置于一避震控制器及一伺服电流驱动器间之一省能控制机制之运作,其藉由外接之两组永久磁铁之排斥力与一载台负荷会在某一间隙位置达到平衡状态时,伺服电流会趋近于零,以达到省能源目的,其至少包括下列步骤:侦测一控制电流,当该控制电流大于或等于零时,令一间隙输入电压递减;当控制电流趋近于零时,使该间隙输入电压递减至零;当控制电流小于或等于零时,令一间隙输入电压递增;以及当控制电流趋近于零时,递增该间隙输入电压直至零为止。15.一种高程调控的机制,用以隔离一运动端及一平台,其包括:一平台;一水平感测器,系置于该平台上,用以感测该平台之水平与否;一第一主动式避震控制回路软硬体,系置于该平台下方之一侧,用以提供该平台避震与高程调控效果,其内部包含一第一转速计与一第一间距感测器,耦接至该运动端及该第一主动式避震控制回路软硬体,用以测量该运动端之速度与间隙位移,并输出至该第一主动式避震控制回路软硬体;一第一转轴与第一支柱,耦接至该运动端及该第一主动式避震控制回路软硬体,用以提供该运动端与第一主动式避震控制回路软硬体之倾斜转动空间;一第二主动式避震控制回路软硬体,系置于该平台下方之另一侧,用以提供该平台避震与高程调控效果,其内部包含第二转速计第二间距感测器,耦接至该运动端及该第二主动式避震控制回路软硬体,用以测量该运动端之速度与间隙位移,并输出至该第二主动式避震控制回路;一第二转轴与第二支柱,耦接至该运动端及该第二主动式避震控制回路软硬体,用以提供该运动端与第二主动式避震控制回路软硬体之倾斜转动空间;以及一水平控制器,系置于该第一主动式避震控制回路及该第二主动式避震控制回路间且耦接至该第一主动式避震控制回路、该第二主动式避震控制回路及该水平感测器,根据该水平感测器所感测之水平度,以控制该第一主动式避震控制回路及该第二主动式避震控制回路之间隙变化,使该平台保持水平状态。16.如申请专利范围第15项所述之高程调控的机制,其中该第一转速计与该运动端之间进一步具有一转动臂,用以将线性运动转换成一角运动,其输出讯号回授到该第一主动式避震控制回路,以控制避震器的阻尼値,改变动态特性。17.如申请专利范围第15项所述之高程调控的机制,其中该第二转速计与该运动端之间进一步具有一转动臂,用以将线性运动转换成一角运动,其输出讯号回授到该第二主动式避震控制回路,以控制避震器的阻尼値,改变动态特性。18.一种高程调控的方法,用以隔离一运动端及一平台,其包括下列步骤:提供一平台;将一水平感测器置于该平台上,用以感测该平台之水平与否;将一第一主动式避震控制回路软硬体置于该平台下方之一侧,用以提供该平台避震与高程调控效果,其内部包含一第一转速计与一第一间距感测器,耦接至该运动端及该第一主动式避震控制回路软硬体,用以测量该运动端之速度与间隙位移,并输出至该第一主动式避震控制回路;提供第一转轴与第一支柱,耦接至该运动端及该第一主动式避震控制回路软硬体,用以提供该运动端与第一主动式避震控制回路软硬体之倾斜转动空间;在该平台下方之另一侧提供一第二主动式避震控制回路软硬体,用以提供该平台避震与高程调控效果,其内部包含一第二转速计及一第二间距感测器,耦接至该运动端及该第二主动式避震控制回路软硬体,用以测量该运动端之速度与间隙位移,并输出至该第二主动式避震控制回路软硬体;提供第二转轴与第二支柱,耦接至该运动端及该第二主动式避震控制回路软硬体,用以提供该运动端与第二主动式避震控制回路软硬体之倾斜转动空间;以及将一水平控制器置于该第一主动式避震控制回路软硬体及该第二主动式避震控制回路软硬体间且耦接至该第一主动式避震控制回路软硬体、该第二主动式避震控制回路软硬体及该水平感测器,并根据该水平感测器所感测之水平度,以控制该第一主动式避震控制回路软硬体及该第二主动式避震控制回路软硬体之间隙变化,使该平台保持水平状态。19.如申请专利范围第18项所述之方法,其中该第一转速计与该运动端之间进一步具有一转动臂,用以将线性运动转换成一角运动,其输出讯号回授到该第一主动式避震控制回路软硬体,以控制避震器的阻尼値,改变动态特性。20.如申请专利范围第18项所述之方法,其中该第二转速计与该运动端之间进一步具有一转动臂,用以将线性运动转换成一角运动,其输出讯号回授到该第二主动式避震控制回路软硬体,以控制避震器的阻尼値,改变动态特性。图式简单说明:图1是一示意图,其绘示习知一被动式避震器机构之结构示意图;图2是一示意图,其绘示习知一半主动式避震器结构之结构示意图;图3是一示意图,其绘示习知一主动式避震器机构之结构示意图;图4是一示意图,其绘示根据本发明之主动式混成电磁铁避震器之方块示意图;图5是一示意图,其绘示根据本发明之另一实施例之隔离避震之控制机制之示意图;以及图6是一示意图,其绘示根据本发明之又一实施例之高程调控机制之方块示意图。
地址 台北市南港区研究院路3段245号
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