一种直线电机驱动船模强迫横摇装置

2026/01/28

　　1.一种直线电机驱动船模强迫横摇装置，其特征在于：包括主体外壳(1)、主体底板

　　(2)、定子(3)、两个滑轨(4)、滑轨链接卡扣(5)、动子盒(6)、动子(7)、载重滑块(8)、主体盖

　　所述强迫船模横摇装置主体外壳(1)为长方体，最上面做凹槽，在凹槽底层布置长方形

　　所述两个工字形的滑轨(4)沿主体底板(2)的两侧长边固定在主体底板(2)上，并紧靠

　　所述定子(3)纵向固定在两个滑轨(4)中间的主体底板(2)上，定子(3)宽度小于两条滑

　　所述主体盖板(9)与主体外壳(1)通过组装螺栓(14)连接，并通过载重滑块(8)的过隙

　　所述动子盒(6)固定在载重滑块(8)下面，动子(7)固定在动子盒(6)下面，动子(7)与定

　　子(3)之间有空隙；动子盒(6)通过主体外壳(1)与主体盖板(9)之间的空隙与电源(13)链

　　接，动子盒(6)再为动子(7)供电，动子(7)与定子(3)之间的空隙产生磁场，在动子(7)与定

　　所述砝码(10)通过砝码固定槽固定在砝码盒内，砝码盒固定在载重滑块(8)上方。

　　2.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动船模强迫横摇装置，其特征在于：所述滑轨

　　3.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动船模强迫横摇装置，其特征在于：所述载重

　　验，往往需要在拖曳水池通过造浪设备产生特定波浪并与产生船模相互作用，借此通过模

　　型试验来验证实船的性能。然而，此类试验对于硬件仍有局限性。首先，很多拖曳水池没有

　　斜向造浪功能。在模拟船模受斜浪的工况下，只能由拖车携船模斜航迎浪，在试验中会减小

　　船模的有效航段。对于大尺度船模，由于受到水池宽度的限制，池壁效应明显增强，导致试

　　验结果的准确性也会受到影响。而且，采用拖车纵向运动和桁车横向运动来模拟船舶在斜

　　浪中运动的试验方法存在缺陷，其表现在，当拖车和桁车刹车时，由于其对船模存在两个方

　　向的力，在两个不同方向的力作用下会产生扭矩，给拖车与船模之间的连接结构及试验装

　　置带来损害。其次，研究中小尺度船模的波浪运动响应时，当进行船模耐波性和稳性试验，

　　频繁使用造波机则会增加试验成本。随着试验需求的不断增在，能在现有水池条件下，以更

　　简便低成本、更多样准确的方法进行船模耐波性、稳性测试试验是更具工程应用前景和经

　　构，这种方法的缺点是结构复杂，且传统电机的精度并不能得到保证，在迫使横摇运动的往

　　一种直线电机驱动船模强迫横摇装置，包括主体外壳、主体底板、定子、两个滑轨、

　　隙；动子盒通过主体外壳与主体盖板之间的空隙与电源链接，动子盒再为动子供电，动子与

　　定子之间的空隙产生磁场，在动子与定子的磁力作用下实现载重滑块在滑轨上的往复运

　　1.本发明直线电机驱动船模强迫横摇装置主体紧凑，形状简洁，直线电机模组、滑

　　块都集成到长方体外壳。设备尺存小，提供力矩大，适用于各种尺度的水池的中小型船模试

　　验的方法，在迎浪条件下，实现斜浪船模运动模拟，同时弥补了水池无法斜向造浪的问题。

　　3.本发明直线电机驱动船模强迫横摇装置实现了对于小尺度船模耐波性、稳性试验更简便

　　的试验方法，减小了试验对于造波机的需求，降低试验成本，具有良好的工程应用前景和经

　　际应用价值，相比传统的伺服电机驱动皮带带动滑块的方式具有以下优势：滑块运动更准

　　确；滑块速度快；操纵力矩更大；可靠性好；动子盒置于盖板下具有防溅水能力。

　　根据图1至图4，本发明直线电机驱动船模强迫横摇装置主要包括横摇装置主体以

　　及上位机系统，具体包括：主体外壳1、主体底板2、定子3、滑轨4、滑轨连接卡扣5、动子盒6、

　　动子7、载重滑块8、主体盖板9、砝码10、控制盒11、上位计算机12、电源13、组装螺栓14、过隙

　　本发明直线电机驱动船模强迫横摇装置的原理是通过电源供电，其中定子3、动子

　　过控制系统控制载重滑块8的速度产生力矩。实验过程中，首先通过上位计算机12机设定载

　　重滑块8运动的波形(周期和位移)，导入Excel波形数据进入软件、调整波形倍率、调整运行

　　时程、发送波形到控制盒11、载重滑块8归零(载重滑块将置于装置主体的纵向中点)。再将

　　装置置于船模上，随着载重滑块8的往复运动，装置对船模施加随着设定波形变化的力矩，

　　根据图1，展示了直线电机驱动船模强迫横摇装置的结构示意图，本发明的上位计

　　算机12操纵软件要求使用Windows7以上的系统版本，软件有QT编译完成，并安装CH340接口

　　电机SDG7S系统，其中控制盒11整合了USB串口转485串口模块、STM32控制器、直线电机驱动

　　器。装置主体要求使用220V交流电供电。控制盒11接地，并由上位计算机12供电。

　　外型参数包括：主体外壳1围成长1038mm、宽200mm、高87mm的长方体，纵向壁厚

　　7mm、横向壁厚5mm。主体底板2设置在主体外壳1上表面以下34mm处、长1024mm、宽186mm、厚

　　2mm。工字形滑轨4长1024mm、最宽处10mm、高12.5mm，工字形滑轨4内槽深3mm、高4mm。动子盒

　　5mm。主体盖板9穿过载重滑块8的过隙15，主体盖板9长1024mm，宽153mm。砝码10单重1kg，高

　　性能参数包括：载重滑块8运动速度为0～0.8m/s。载重滑块8的运动幅值为412mm。

　　载重滑块8最快单步运动时间间隔0.01s(波形数据每一点最小间隔0.01s)。单步最大位移

　　为300mm(波形数据每点间隔最大300mm)。载重滑块8最多装载9个1千克的标准砝码10(额外

　　根据图3，强迫船模横摇实验装置的主体主体盖板9卸下后，可以清楚的看见里面

　　的定子3、滑轨4、滑块与滑轨连接卡扣5、动子盒6、动子7，沿主体底板2纵向通过螺栓固定两

　　条工字形滑轨4，两条滑轨4分别紧靠两边主体外壳1，并在两条滑轨4中间沿纵向布置定子

　　7，定子7宽度小于两条滑轨4之间的距离，并通过螺栓直接固定在主体底板2上。载重滑块8

　　通过滑轨连接卡扣5与滑轨4链接，滑轨连接卡扣5的金属销与工字形滑轨4凹槽啮合，同时

　　减小接触面积降低摩擦；动子盒6为动子7供电，动子7与定子3之间的空隙产生磁场，在动子

　　以下结构组成了本发明的驱动系统。定子3长1024mm、宽100mm、厚8mm，由铷铁硼磁

　　铁制成。滑轨4呈工字形界面，长1024mm、上底下底最宽处10mm、高12 .5mm，工字形内槽深

　　3mm、高4mm。动子盒6安置于主体盖板9的过隙15的下面，长100mm，宽100mm、高20mm。动子7安

　　置于动子盒6下方，动子7长40mm、宽80mm、厚3mm，由不锈钢制成，通电后产生磁性。

　　机做界面交互，数据处理；下位机做伺服运动控制，通过485串口通信相连。图六展示了本发

　　明的计算机操纵界面。上位机功能：波形数据导入(Excel表)、数据图形化显示、波形数据截

　　取及发送、波形幅度倍率调节、数据分包下发、设备归零。上位机运行环境：Windows7及以

　　AC220V0.2A、防尘防水：IP56级。上位机数据导入要求：文件类型：Excel表；格式要求：行和

　　列必须顶格，第一行为单位，第一列为时间间隔，显示方式必须为常规，不能是科学计数法

　　或其他格式，位置数据可以为常规或科学计数法，不能有其他无用的数据在表格中，否则软

　　根据图6，操纵步骤进行描述：接通信缆；插上直线电机驱动器电源；插上下位机控

　　制盒电源；电脑插上USB转485模块；打开上位机软件。点击搜索串口并找到USB转485模块的

　　串口端口(如果电脑上同时存在多个COM口，则可以打开设备管理器确定设备的端口号，如

　　果搜索不到，请检查模块是否损坏及接触是否良好及是否安装了串口驱动)。点击打开串

　　口。确定软件是否和控制器成功通信：点击“电机上电”按钮，查看直线电机模组是否推移不

　　动或发生轻微的嗡鸣声，随后再点击一次解锁查看载重滑块8是否可以推动，如果控制不成

　　功则需要检查接线和端口时候连接准确。选择文件，点击“选择文件”按钮加载数据文件，加

　　载成功后，软件左上角会显示数据，波形区会自动生成数据拟合的波形。如果需要加载下一

　　份数据，则需要先点击清除按钮，清除波形然后再点击选择文件按钮进行数据加载。设置波

　　形图坐标轴以适应波形，使能够完整查看到所有数据的波形。如果需要截取部分波形，则可

　　以设置数据的起始点和终止点，然后点击显示图形按钮进行波形预览以辅助确定合适的波

　　形数据。如需要可以通过坐标轴设定以放大缩小图形，然后再点击显示图形即可。在确定数

　　据无误后，如果是发送所有数据请点击“发送”按钮，如果只发送部分数据请点击“范围发

　　送”按钮。当点击“发送”或者“范围发送”后请耐心等待数据发送完成，如果发送的数据量比

　　较大则需要多等待一些时间，五千个数据点大概需要50s，当发送完成会弹窗提示下位机接

　　收完成，如果发送失败则会提示发送失败。当直线电机模组正常运动时，如果发现出现异常

　　情况可以点击“暂停设备”按钮，使直线电机停止运动，确保安全，但是再次运行需要进行位

　　置归零操作以校准初始位置。先点击“滑块左移”按钮把滑块移动到最左侧并和限位块碰撞

　　术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修