配困难、精度难以保证。大行程振动校准台中，长中心磁轭需采用合理的方式以两端支撑方式固定，为保证磁通的连续性和完整性，磁通密集的关键部位应尽量避免加工通孔/螺纹孔等安装结构；大尺寸永磁体的烧结、加工与装配均十分困难，成品率很低，永磁体为脆性材料且价格昂贵，装配方法及结构不合理容易导致损坏，一般不宜在永磁体上加工通孔等形式的安装结构；同时要获得较大的电磁驱动力，一般采用NdFeB等材料的强磁永磁体，强磁永磁体零件装配过程中需要克服巨大的磁吸力，是本技术领域的一个难题。
[0012]此外，涡流损耗也是影响振动校准台精度与性能的一个难题。在振动校准台工作时，工作线圈中通入的是交变驱动电流，电流幅值最大可达几十安培，线圈在长气隙中沿轴线方向以正弦规律往复运动，根据电磁场理论，交变电流及线圈运动产生的交变磁场会在磁轭表面，尤其是与气隙相邻的磁轭表面会产生电涡流，引起涡流损耗。涡流损耗一方面会产生功率最高可达几百瓦的热损耗，发热量惊人，进而带来一系列的热扰动与热变形问题；另一方面交变磁场及电涡流引起的瞬态场问题，会使实际的性能指标相对按传统设计理论、分析方法得到的结果产生较大偏差，严重影响设计精度与效果。涡流损耗是振动校准台设计中的一个难题，目前国内外尚未找到有效的解决办法。
[0013]综上，受上述问题制约，采用现有技术方案产生的标准低频振动在波形失真度等指标上难有进一步突破，难以满足低频/超低频振动的高精度校准，尤其是下一代具有甚低频和超精密特征的振动校准的需求。因此，如何通过方法、结构、材料和优化设计等环节的创新，提出具有超大行程、超低工作频率和超高精度的振动校准台技术方案，对于振动计量技术的发展具有重要的意义。上述问题中的一项或几项获得解决，均会使大行程振动校准台的性能获得显著提升，使低频/超低频振动校准技术获得实质性突破。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是针对现有技术方案存在的问题，提供一种四磁路对称励磁的矩形开放磁场式低频振动校准台技术方案，本发明中关键零部件结构简单，容易保证加工与装配精度，通过电磁设计与结构设计的创新及电磁驱动技术与静压气浮导向技术的有效融合，能够兼顾大行程、大推力、线性电磁驱动力特性和高运动导向精度，可有效解决现有技术方案存在的问题与不足，为低频/超低频振动校准提供一种高精度、大行程的超低频振动校准台。
[0015]本发明的技术解决方案是:
[0016]一种四磁路对称励磁的矩形开放磁场式低频振动校准台，由基座、电磁驱动结构、静压气浮导轨和工作台构成，电磁驱动结构和静压气浮导轨以轴线平行的方式安装在基座上，工作台安装在静压气浮导轨中滑套的上表面，所述基座由底板、下过渡板、框架、上盖板和导轨支撑件自下而上层叠安装构成，电磁驱动结构安装在下过渡板的上表面、框架的内部，下过渡板的中间部位设有矩形开口，矩形开口的长度大于电磁驱动结构中线圈骨架的运动范围，静压气浮导轨通过两个导轨支撑件以两端支撑的方式安装在框架上；静压气浮导轨由导轨、滑套和滑套连接件构成，滑套可滑动地套装在导轨上且与导轨通过静压气浮作用相互润滑与支撑，滑套与电磁驱动结构中的线圈骨架通过滑套连接件刚性连接，滑套连接件穿过上盖板的两条狭缝，狭缝的长度大于线圈骨架的运动范围；电磁驱动结构由矩形截面的永磁体、中心磁轭、内磁轭、外磁轭、端磁轭和口字形截面的线圈骨架构成，整体成轴对称结构，四个永磁体对称安装在两个外磁轭的两端和两个端磁轭之间，同一个外磁轭两端的两个永磁体的同磁极相对布置，两个外磁轭同一端的两个永磁体的磁极方向相同，每个永磁体的两个端面分别与外磁轭、端磁轭对应的端面紧密接触，两个外磁轭、四个永磁体与两个端磁轭构成口字形结构，中心磁轭安装在口字形结构的长轴线上，中心磁轭两端分别与两个端磁轭刚性连接，内磁轭的长度小于外磁轭的长度，两个内磁轭对称安装在两个外磁轭相对的两个表面上、与中心磁轭之间通过两条等宽度的气隙分隔开，线圈骨架可滑动地套装在中心磁轭上，线圈骨架上绕有工作线圈，工作线圈中通以精密可控的驱动电流，与气隙相邻的中心磁轭、内磁轭的表面设有深沟槽形式的阵列式微结构，深沟槽沿气隙的长度方向周期性布置。
[0017]所述永磁体的安装方式是采用四个口字形截面、不导磁材料的永磁体安装框，将永磁体粘接装配在永磁体安装框内部，通过固定永磁体安装框将永磁体固定；所述中心磁轭的安装方式是采用两个口字形截面、不导磁材料的磁轭安装框，将两个磁轭安装框套装在中心磁轭两端且与中心磁轭刚性连接，将磁轭安装框穿过下过渡板上的矩形开口固定在底板的上表面，从而将中心磁轭以两端支撑的方式固定。
[0018]所述永磁体是采用多个小块永磁体以粘接方式拼接构成。
[0019]所述线圈骨架的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或硬质塑料。
[0020]所述永磁体安装框和磁轭安装框的材料为陶瓷、花岗岩、玻璃钢或铝合金。
[0021]本发明的技术创新性及产生的良好效果在于:
[0022](I)本发明提出一种矩形开放磁场式电磁驱动结构设计，永磁体和磁轭零件截面均为矩形，结构简单，加工与装配方便，易于保证加工与装配精度；永磁体可以先充磁后进行装配，因此可采用NdFeB等材料的高性能永磁体，从而获得高气隙磁感应强度与大电磁驱动力；解决了现有技术方案存在的长尺寸圆筒形磁轭难以加工，关键零部件加工和装配精度难以保证，强磁永磁体装配困难等问题，可在长气隙内获得较高的主磁路磁感应强度分布的均匀性指标。这是本发明区别于现有技术的创新点之一。
[0023](2)本发明的电磁驱动结构中，永磁体不直接面对气隙，不承受工作线圈通电后产生附加磁场的强制充、去磁作用；工作线圈通电时，线圈一侧的磁通增大、另一侧磁通减少，磁通增大和减小的作用相互抵消，使线圈所在位置的平均磁感应强度基本保持不变；解决了现有技术方案中永磁体直接面对气隙，工作线圈中工作电流较大时容易产生不可逆退磁，输出电磁驱动力的线性度差等问题:实现较高的输出电磁驱动力的线性度指标。这是本发明区别于现有技术的创新点之二。
[0024](3)本发明采用磁轭安装框将中心磁轭以两端支撑方式可靠安装固定；采用永磁体安装框对永磁体进行安装固定，在将永磁体粘接装配在永磁体安装框内部后，可以整体地从中心磁轭与端磁轭之间的空隙推向指定安装位置，在磁吸力沿轴向分力的作用下，永磁体与永磁体安装框组件会平稳地滑入安装位置，装配过程简单可靠，大大降低了永磁体的装配难度:解决了长中心磁轭和大尺寸脆性材料永磁体零件可靠安装固定、以及强磁永磁体零件装配过程需克服巨大磁吸力的难题。这是本发明区别于现有技术的创新点之三。
[0025](4)本发明在与气隙相邻的中心磁轭和内磁轭的表面、沿气隙的长度方向周期性布置深沟槽形式的阵列式微结构，理论与仿真分析及实验均表明，该方法可有效抑制电涡流的产生，大大降低涡流损耗的影响，既有效解决了涡流损耗带来的热扰动和热变形问题，又使电磁驱动结构的实际性能指标与理论设计结果具有较高一致性，实现较高的设计精度:解决了涡流损耗这一振动校准台设计中的难题。这是本发明区别于现有技术的创新点之四。
[0026](5)本发明将电磁驱动技术与静压气浮导向技术有效融合，利用静压气浮导轨无摩擦、无磨损、高运动导向精度等特性，可同时获得突出的电磁驱动力学特性和高运动导向精度，进一步保证了振动校准台输出标准振动波形的失真度指标。这是本发明区别现有技术的创新点之五。
[0027](6)本发明中矩形截面的大尺寸永磁体可采用小块永磁体先拼接后充磁的方式构成，可大大降低大尺寸永磁体的烧结、加工和充磁难度，解决了现有技术方案存在的大尺寸永磁体烧结、加工和充磁困难的问题。这是本发明区别现有技术的创新点之六。
【附图说明】
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