平面不对称电磁阻尼器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及电磁阻尼器，具体是一种平面不对称电磁阻尼器。本发明解决了传统平面电磁阻尼器阻尼力较小的问题。平面不对称电磁阻尼器包括初级和次级；所述初级包括上层轭板、下层轭板、n个上层板状永磁体、n+1个下层板状永磁体；第i个上层板状永磁体的下板面前半部与第i个下层板状永磁体的上板面后半部正对，且第i个上层板状永磁体的下板面与第i个下层板状永磁体的上板面互为极性相反的磁极面；第i个上层板状永磁体的下板面后半部与第i+1个下层板状永磁体的上板面前半部正对，且第i个上层板状永磁体的下板面与第i+1个下层板状永磁体的上板面为极性相同的磁极面。本发明适用于航天、航空、军工、枪炮、汽车、电力和建筑等领域。
【专利说明】平面不对称电磁阻尼器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁阻尼器，具体是一种平面不对称电磁阻尼器。
【背景技术】
[0002]目前，阻尼器按照工作原理可分为弹簧阻尼器、粘滞阻尼器、电磁阻尼器。其中，弹簧阻尼器普遍存在容易老化的问题，粘滞阻尼器普遍存在维护困难的问题。相较于弹簧阻尼器和粘滞阻尼器，电磁阻尼器不容易老化且更加便于维护，因此其应用更加广泛。传统的平面电磁阻尼器由初级和次级组成。所述初级由上层轭板1、下层轭板2、η个上层板状永磁体3、η个下层板状永磁体4组成。上层板状永磁体固定于上层轭板的下板面，下层板状永磁体固定于下层轭板的上板面。上层板状永磁体和下层板状永磁体共同形成上下对称结构,且上层板状永磁体和下层板状永磁体的磁极对应法则为N-S-N-S对应法则。在N-S-N-S对应法则下，上层板状永磁体和下层板状永磁体共同产生初级磁场，初级磁场磁力线分布如图1所示。所述次级由金属板5 (通常为铜板或铝板)组成。金属板可移动地设置于上层板状永磁体与下层板状永磁体之间的气隙内。工作时，金属板在气隙内进行运动并切割初级磁场磁力线，使得金属板中根据楞次定律产生涡流，进而产生阻碍原磁场变化的新磁场。最终，在新磁场、涡流、金属板运动的共同作用下，金属板上产生阻尼力(阻尼力阻碍金属板的运动，且阻尼力的方向与金属板的运动方向相反)。阻尼力的计算公式如下:
^i d(I);
式(I)中:df为金属板中涡流元所受的阻尼力；dB为金属板所在位置的磁通密度；i为金属板中涡流元的电流强度；dl为金属板中涡流元的流通路径的单位长度。
[0003]根据式(I)可知，决定金属板上产生的阻尼力大小的因素为金属板所在位置的磁通密度和金属板中涡流元的电流强度。而金属板中涡流元的电流强度的计算公式如下:
I ?Ψ
I = ——.——(2)；
R ck
式(2)中:i为金属板中涡流元的电流强度；R为金属板中涡流流经的电阻为金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率。
[0004]根据式(2)可知，决定金属板中涡流元的电流强度的因素为金属板中涡流流经的电阻和金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率。由于金属板通常采用低电阻率的铜板或铝板，金属板中涡流流经的电阻通常是恒定的。因此，在不改变金属板的材料、形状、运动速度的前提下，若要增大金属板上产生的阻尼力，势必需要改变初级磁场的分布特性，以提高金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率。
[0005]实践表明，传统的平面电磁阻尼器由于自身结构所限，存在如下问题:其一，由于初级采用上下对称结构，且初级的磁极对应法则采用N-S-N-S对应法则，导致初级磁场磁力线较为均匀地穿过金属板所在的气隙，如图1所示。其二，由于次级采用单一的金属板组成，金属板遭遇到的初级磁场变化率仅与金属板本身运动的位置有关，导致金属板上产生的阻尼力完全是被动产生的。而上述两种原因均导致金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率较小，由此导致金属板中产生的涡流较小，从而导致金属板上产生的阻尼力较小。基于此，有必要发明一种全新的电磁阻尼器，以解决传统平面电磁阻尼器阻尼力较小的问题。
【发明内容】
[0006]本发明为了解决传统平面电磁阻尼器阻尼力较小的问题，提供了一种平面不对称电磁阻尼器。
[0007]本发明是采用如下技术方案实现的:平面不对称电磁阻尼器，包括初级和次级；所述初级包括上层轭板、下层轭板、η个上层板状永磁体、η+1个下层板状永磁体；所述次级包括金属板、薄板状永磁体；其中，下层轭板与上层轭板相互平行，且下层轭板的上板面与上层轭板的下板面相互正对；上层板状永磁体的上板面和下板面互为极性相反的磁极面；下层板状永磁体的上板面和下板面互为极性相反的磁极面；η个上层板状永磁体的上板面均与上层轭板的下板面固定，且η个上层板状永磁体由前向后依次紧邻排列；相邻两个上层板状永磁体的上板面互为极性相反的磁极面；η+1个下层板状永磁体的下板面均与下层轭板的上板面固定，且η+1个下层板状永磁体由前向后依次紧邻排列；相邻两个下层板状永磁体的下板面互为极性相反的磁极面；第i个上层板状永磁体的下板面前半部与第i个下层板状永磁体的上板面后半部正对，且第i个上层板状永磁体的下板面与第i个下层板状永磁体的上板面互为极性相反的磁极面；第i个上层板状永磁体的下板面后半部与第i+Ι个下层板状永磁体的上板面前半部正对，且第i个上层板状永磁体的下板面与第i+1个下层板状永磁体的上板面为极性相同的磁极面；n个上层板状永磁体的下板面均齐平，且η个上层板状永磁体的下板面共同构成第一平面；η+1个下层板状永磁体的上板面均齐平，且η+1个下层板状永磁体的上板面共同构成第二平面；第二平面与第一平面之间设有气隙；金属板与上层轭板相互平行，且金属板可移动地设置于气隙内；薄板状永磁体的后板面与金属板的前端面固定；η为正整数；i为正整数，且I < i < η。
[0008]工作时，η个上层板状永磁体和η+1个下层板状永磁体共同形成上下不对称结构，且η个上层板状永磁体和η+1个下层板状永磁体的磁极对应法则为SN-SS-NS-NN对应法贝1J。在SN-SS-NS-NN对应法则下，η个上层板状永磁体和η+1个下层板状永磁体共同产生初级磁场，初级磁场磁力线分布如图3所示。具体工作过程如下:金属板和薄板状永磁体在气隙内进行运动并切割初级磁场磁力线，使得金属板中形成涡流，由此使得金属板上产生阻尼力。基于上述过程，与传统平面电磁阻尼器相比，本发明所述的平面不对称电磁阻尼器具有如下优点:其一，本发明所述的平面不对称电磁阻尼器的初级采用上下不对称结构，且初级的磁极对应法则采用SN-SS-NS-NN对应法则。在SN-SS-NS-NN对应法则下，初级磁场磁力线不再像传统平面电磁阻尼器的初级磁场磁力线一样均匀地穿过气隙，而是在同极性位置(即SS位置和NN位置)由于磁极极性相同而相互排斥到金属板运动方向。这样，在同极性位置的初级磁场磁力线加密，磁通密度大大加强，金属板在气隙内运动时将遭遇到变化率更高的初级磁场。同时，在SN-SS-NS-NN对应法则下，各个板状永磁体(即η个上层板状永磁体和η+1个下层板状永磁体)在金属板的运动方向上形成了交变频率更高的移行磁场(传统平面电磁阻尼器初级永磁体阵列每个单元的移行磁场的交变频率为NS-SN交变I次，该移行磁场的交变频率为SN-SS-NS-NN交变3次)。因此，通过采用上下不对称结构的磁极分布和SN-SS-NS-NN对应法则，使得金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率大幅增大，由此使得金属板中产生的涡流大幅增大，从而使得金属板上产生的阻尼力大幅增大。其二，本发明所述的平面不对称电磁阻尼器的次级采用金属板和薄板状永磁体组合而成。薄板状永磁体非常薄，且其磁性与各个板状永磁体相比非常弱。因此，薄板状永磁体在运动过程中的主要作用是主动收集初级磁场磁力线，由此提高位于薄板状永磁体后方的金属板遭遇到的初级磁场变化率。通过增设薄板状永磁体，使得初级磁场磁力线在金属板的前端快速聚集，由此使得金属板遭遇到的初级磁场变化率不仅仅与金属板本身运动的位置有关，从而使得金属板在气隙内运动时遭遇到的初级磁场变化率加速增大，进而使得金属板中产生的涡流进一步增大，最终使得金属板上产生的阻尼力进一步增大。试验表明，本发明所述的平面不对称电磁阻尼器产生的阻尼力是传统的电磁阻尼器产生的阻尼力的5倍以上。综上所述，本发明所述的平面不对称电磁阻尼器通过采用全新结构，有效解决了传统平面电磁阻尼器阻尼力较小的问题。
[0009]本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了传统平面电磁阻尼器阻尼力较小的问题，适用于航天、航空、军工、枪炮、汽车、电力和建筑等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是传统平面电磁阻尼器的初级磁场磁力线分布示意图。
[0011]图2是本发明的结构示意图。
[0012]图3是本发明的初级磁场磁力线分布示意图。
[0013]图中:1_上层轭板,2-下层轭板,3-上层板状永磁体,4-下层板状永磁体,5-金属板，6-薄板状永磁体,7-气隙。
【具体实施方式】
[0014]平面不对称电磁阻尼器，包括初级和次级；
所述初级包括上层轭板1、下层轭板2、η个上层板状永磁体3、η+1个下层板状永磁体4 ;所述次级包括金属板5、薄板状永磁体6 ；
其中，下层轭板2与上层轭板I相互平行，且下层轭板2的上板面与上层轭板I的下板面相互正对；
上层板状永磁体3的上板面和下板面互为极性相反的磁极面；
下层板状永磁体4的上板面和下板面互为极性相反的磁极面；η个上层板状永磁体3的上板面均与上层轭板I的下板面固定，且η个上层板状永磁体3由前向后依次紧邻排列；相邻两个上层板状永磁体3的上板面互为极性相反的磁极面；η+1个下层板状永磁体4的下板面均与下层轭板2的上板面固定，且η+1个下层板状永磁体4由前向后依次紧邻排列；相邻两个下层板状永磁体4的下板面互为极性相反的磁极面；
第i个上层板状永磁体3的下板面前半部与第i个下层板状永磁体4的上板面后半部正对，且第i个上层板状永磁体3的下板面与第i个下层板状永磁体4的上板面互为极性相反的磁极面；
第i个上层板状永磁体3的下板面后半部与第i+Ι个下层板状永磁体4的上板面前半部正对，且第i个上层板状永磁体3的下板面与第i+Ι个下层板状永磁体4的上板面为极性相同的磁极面；
η个上层板状永磁体3的下板面均齐平，且η个上层板状永磁体3的下板面共同构成第一平面；
η+1个下层板状永磁体4的上板面均齐平，且η+1个下层板状永磁体4的上板面共同构成第二平面；
第二平面与第一平面之间设有气隙7 ；
金属板5与上层轭板I相互平行，且金属板5可移动地设置于气隙7内；
薄板状永磁体6的后板面与金属板5的前端面固定； η为正整数；i为正整数，且I彡i彡η。
[0015]具体实施时，η的数值为2。第I个上层板状永磁体的上下厚度、第2个上层板状永磁体的上下厚度、第I个下层板状永磁体的上下厚度、第2个下层板状永磁体的上下厚度、第3个下层板状永磁体的上下厚度均一致。第I个上层板状永磁体的左右宽度、第2个上层板状永磁体的左右宽度、第I个下层板状永磁体的左右宽度、第2个下层板状永磁体的左右宽度、第3个下层板状永磁体的左右宽度均一致。第I个上层板状永磁体的前后长度、第2个上层板状永磁体的前后长度、第2个下层板状永磁体的前后长度均一致。第I个下层板状永磁体的前后长度、第3个下层板状永磁体的前后长度均为第2个下层板状永磁体的前后长度的1/2。金属板采用高电导率金属板。
【权利要求】
1.一种平面不对称电磁阻尼器，其特征在于:包括初级和次级； 所述初级包括上层轭板(I)、下层轭板(2)、n个上层板状永磁体(3)、n+l个下层板状永磁体(4);所述次级包括金属板(5)、薄板状永磁体(6)； 其中，下层轭板(2)与上层轭板(I)相互平行，且下层轭板(2)的上板面与上层轭板(I)的下板面相互正对； 上层板状永磁体(3)的上板面和下板面互为极性相反的磁极面； 下层板状永磁体(4)的上板面和下板面互为极性相反的磁极面；η个上层板状永磁体(3)的上板面均与上层轭板(I)的下板面固定，且η个上层板状永磁体(3)由前向后依次紧邻排列；相邻两个上层板状永磁体(3)的上板面互为极性相反的磁极面； η+1个下层板状永磁体(4)的下板面均与下层轭板(2)的上板面固定，且η+1个下层板状永磁体(4)由前向后依次紧邻排列；相邻两个下层板状永磁体(4)的下板面互为极性相反的磁极面； 第i个上层板状永磁体(3)的下板面前半部与第i个下层板状永磁体(4)的上板面后半部正对，且第i个上层板状永磁体(3)的下板面与第i个下层板状永磁体(4)的上板面互为极性相反的磁极面； 第i个上层板状永磁体(3)的下板面后半部与第i+Ι个下层板状永磁体(4)的上板面前半部正对，且第i个上层板状永磁体(3)的下板面与第i+Ι个下层板状永磁体(4)的上板面为极性相同的磁极面； η个上层板状永磁体(3)的下板面均齐平，且η个上层板状永磁体(3)的下板面共同构成第一平面； η+1个下层板状永磁体(4)的上板面均齐平，且η+1个下层板状永磁体(4)的上板面共同构成第二平面； 第二平面与第一平面之间设有气隙(7)； 金属板(5)与上层轭板(I)相互平行，且金属板(5)可移动地设置于气隙(7)内； 薄板状永磁体(6)的后板面与金属板(5)的前端面固定； η为正整数；i为正整数，且I彡i彡η。
【文档编号】F16F6/00GK104132086SQ201410361885
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】田俊梅, 刘民凯, 付文华, 闫爱青, 吕高, 王国枝, 韩肖宁, 张学军 申请人:山西大学