平面不對稱電磁阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電磁阻尼器，具體是一種平面不對稱電磁阻尼器。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)平面電磁阻尼器阻尼力較小的問題。平面不對稱電磁阻尼器包括初級和次級；所述初級包括上層軛板、下層軛板、n個上層板狀永磁體、n+1個下層板狀永磁體；第i個上層板狀永磁體的下板面前半部與第i個下層板狀永磁體的上板面后半部正對，且第i個上層板狀永磁體的下板面與第i個下層板狀永磁體的上板面互為極性相反的磁極面；第i個上層板狀永磁體的下板面后半部與第i+1個下層板狀永磁體的上板面前半部正對，且第i個上層板狀永磁體的下板面與第i+1個下層板狀永磁體的上板面為極性相同的磁極面。本發(fā)明適用于航天、航空、軍工、槍炮、汽車、電力和建筑等領域。
【專利說明】平面不對稱電磁阻尼器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁阻尼器，具體是一種平面不對稱電磁阻尼器。

【背景技術】
[0002]目前，阻尼器按照工作原理可分為彈簧阻尼器、粘滯阻尼器、電磁阻尼器。其中，彈簧阻尼器普遍存在容易老化的問題，粘滯阻尼器普遍存在維護困難的問題。相較于彈簧阻尼器和粘滯阻尼器，電磁阻尼器不容易老化且更加便于維護，因此其應用更加廣泛。傳統(tǒng)的平面電磁阻尼器由初級和次級組成。所述初級由上層軛板1、下層軛板2、η個上層板狀永磁體3、η個下層板狀永磁體4組成。上層板狀永磁體固定于上層軛板的下板面，下層板狀永磁體固定于下層軛板的上板面。上層板狀永磁體和下層板狀永磁體共同形成上下對稱結構,且上層板狀永磁體和下層板狀永磁體的磁極對應法則為N-S-N-S對應法則。在N-S-N-S對應法則下，上層板狀永磁體和下層板狀永磁體共同產生初級磁場，初級磁場磁力線分布如圖1所示。所述次級由金屬板5 (通常為銅板或鋁板)組成。金屬板可移動地設置于上層板狀永磁體與下層板狀永磁體之間的氣隙內。工作時，金屬板在氣隙內進行運動并切割初級磁場磁力線，使得金屬板中根據楞次定律產生渦流，進而產生阻礙原磁場變化的新磁場。最終，在新磁場、渦流、金屬板運動的共同作用下，金屬板上產生阻尼力(阻尼力阻礙金屬板的運動，且阻尼力的方向與金屬板的運動方向相反)。阻尼力的計算公式如下:
^i d(I);
式(I)中:df為金屬板中渦流元所受的阻尼力；dB為金屬板所在位置的磁通密度；i為金屬板中渦流元的電流強度；dl為金屬板中渦流元的流通路徑的單位長度。
[0003]根據式(I)可知，決定金屬板上產生的阻尼力大小的因素為金屬板所在位置的磁通密度和金屬板中渦流元的電流強度。而金屬板中渦流元的電流強度的計算公式如下:
I ?Ψ
I = ——.——(2)；
R ck
式(2)中:i為金屬板中渦流元的電流強度；R為金屬板中渦流流經的電阻為金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率。
[0004]根據式(2)可知，決定金屬板中渦流元的電流強度的因素為金屬板中渦流流經的電阻和金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率。由于金屬板通常采用低電阻率的銅板或鋁板，金屬板中渦流流經的電阻通常是恒定的。因此，在不改變金屬板的材料、形狀、運動速度的前提下，若要增大金屬板上產生的阻尼力，勢必需要改變初級磁場的分布特性，以提高金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率。
[0005]實踐表明，傳統(tǒng)的平面電磁阻尼器由于自身結構所限，存在如下問題:其一，由于初級采用上下對稱結構，且初級的磁極對應法則采用N-S-N-S對應法則，導致初級磁場磁力線較為均勻地穿過金屬板所在的氣隙，如圖1所示。其二，由于次級采用單一的金屬板組成，金屬板遭遇到的初級磁場變化率僅與金屬板本身運動的位置有關，導致金屬板上產生的阻尼力完全是被動產生的。而上述兩種原因均導致金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率較小，由此導致金屬板中產生的渦流較小，從而導致金屬板上產生的阻尼力較小。基于此，有必要發(fā)明一種全新的電磁阻尼器，以解決傳統(tǒng)平面電磁阻尼器阻尼力較小的問題。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)平面電磁阻尼器阻尼力較小的問題，提供了一種平面不對稱電磁阻尼器。
[0007]本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的:平面不對稱電磁阻尼器，包括初級和次級；所述初級包括上層軛板、下層軛板、η個上層板狀永磁體、η+1個下層板狀永磁體；所述次級包括金屬板、薄板狀永磁體；其中，下層軛板與上層軛板相互平行，且下層軛板的上板面與上層軛板的下板面相互正對；上層板狀永磁體的上板面和下板面互為極性相反的磁極面；下層板狀永磁體的上板面和下板面互為極性相反的磁極面；η個上層板狀永磁體的上板面均與上層軛板的下板面固定，且η個上層板狀永磁體由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個上層板狀永磁體的上板面互為極性相反的磁極面；η+1個下層板狀永磁體的下板面均與下層軛板的上板面固定，且η+1個下層板狀永磁體由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個下層板狀永磁體的下板面互為極性相反的磁極面；第i個上層板狀永磁體的下板面前半部與第i個下層板狀永磁體的上板面后半部正對，且第i個上層板狀永磁體的下板面與第i個下層板狀永磁體的上板面互為極性相反的磁極面；第i個上層板狀永磁體的下板面后半部與第i+Ι個下層板狀永磁體的上板面前半部正對，且第i個上層板狀永磁體的下板面與第i+1個下層板狀永磁體的上板面為極性相同的磁極面；n個上層板狀永磁體的下板面均齊平，且η個上層板狀永磁體的下板面共同構成第一平面；η+1個下層板狀永磁體的上板面均齊平，且η+1個下層板狀永磁體的上板面共同構成第二平面；第二平面與第一平面之間設有氣隙；金屬板與上層軛板相互平行，且金屬板可移動地設置于氣隙內；薄板狀永磁體的后板面與金屬板的前端面固定；η為正整數(shù)；i為正整數(shù)，且I < i < η。
[0008]工作時，η個上層板狀永磁體和η+1個下層板狀永磁體共同形成上下不對稱結構，且η個上層板狀永磁體和η+1個下層板狀永磁體的磁極對應法則為SN-SS-NS-NN對應法貝1J。在SN-SS-NS-NN對應法則下，η個上層板狀永磁體和η+1個下層板狀永磁體共同產生初級磁場，初級磁場磁力線分布如圖3所示。具體工作過程如下:金屬板和薄板狀永磁體在氣隙內進行運動并切割初級磁場磁力線，使得金屬板中形成渦流，由此使得金屬板上產生阻尼力?；谏鲜鲞^程，與傳統(tǒng)平面電磁阻尼器相比，本發(fā)明所述的平面不對稱電磁阻尼器具有如下優(yōu)點:其一，本發(fā)明所述的平面不對稱電磁阻尼器的初級采用上下不對稱結構，且初級的磁極對應法則采用SN-SS-NS-NN對應法則。在SN-SS-NS-NN對應法則下，初級磁場磁力線不再像傳統(tǒng)平面電磁阻尼器的初級磁場磁力線一樣均勻地穿過氣隙，而是在同極性位置(即SS位置和NN位置)由于磁極極性相同而相互排斥到金屬板運動方向。這樣，在同極性位置的初級磁場磁力線加密，磁通密度大大加強，金屬板在氣隙內運動時將遭遇到變化率更高的初級磁場。同時，在SN-SS-NS-NN對應法則下，各個板狀永磁體(即η個上層板狀永磁體和η+1個下層板狀永磁體)在金屬板的運動方向上形成了交變頻率更高的移行磁場(傳統(tǒng)平面電磁阻尼器初級永磁體陣列每個單元的移行磁場的交變頻率為NS-SN交變I次，該移行磁場的交變頻率為SN-SS-NS-NN交變3次)。因此，通過采用上下不對稱結構的磁極分布和SN-SS-NS-NN對應法則，使得金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率大幅增大，由此使得金屬板中產生的渦流大幅增大，從而使得金屬板上產生的阻尼力大幅增大。其二，本發(fā)明所述的平面不對稱電磁阻尼器的次級采用金屬板和薄板狀永磁體組合而成。薄板狀永磁體非常薄，且其磁性與各個板狀永磁體相比非常弱。因此，薄板狀永磁體在運動過程中的主要作用是主動收集初級磁場磁力線，由此提高位于薄板狀永磁體后方的金屬板遭遇到的初級磁場變化率。通過增設薄板狀永磁體，使得初級磁場磁力線在金屬板的前端快速聚集，由此使得金屬板遭遇到的初級磁場變化率不僅僅與金屬板本身運動的位置有關，從而使得金屬板在氣隙內運動時遭遇到的初級磁場變化率加速增大，進而使得金屬板中產生的渦流進一步增大，最終使得金屬板上產生的阻尼力進一步增大。試驗表明，本發(fā)明所述的平面不對稱電磁阻尼器產生的阻尼力是傳統(tǒng)的電磁阻尼器產生的阻尼力的5倍以上。綜上所述，本發(fā)明所述的平面不對稱電磁阻尼器通過采用全新結構，有效解決了傳統(tǒng)平面電磁阻尼器阻尼力較小的問題。
[0009]本發(fā)明結構合理、設計巧妙，有效解決了傳統(tǒng)平面電磁阻尼器阻尼力較小的問題，適用于航天、航空、軍工、槍炮、汽車、電力和建筑等領域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是傳統(tǒng)平面電磁阻尼器的初級磁場磁力線分布示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的結構示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的初級磁場磁力線分布示意圖。
[0013]圖中:1_上層軛板,2-下層軛板,3-上層板狀永磁體,4-下層板狀永磁體,5-金屬板，6-薄板狀永磁體,7-氣隙。

【具體實施方式】
[0014]平面不對稱電磁阻尼器，包括初級和次級；
所述初級包括上層軛板1、下層軛板2、η個上層板狀永磁體3、η+1個下層板狀永磁體4 ;所述次級包括金屬板5、薄板狀永磁體6 ；
其中，下層軛板2與上層軛板I相互平行，且下層軛板2的上板面與上層軛板I的下板面相互正對；
上層板狀永磁體3的上板面和下板面互為極性相反的磁極面；
下層板狀永磁體4的上板面和下板面互為極性相反的磁極面；η個上層板狀永磁體3的上板面均與上層軛板I的下板面固定，且η個上層板狀永磁體3由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個上層板狀永磁體3的上板面互為極性相反的磁極面；η+1個下層板狀永磁體4的下板面均與下層軛板2的上板面固定，且η+1個下層板狀永磁體4由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個下層板狀永磁體4的下板面互為極性相反的磁極面；
第i個上層板狀永磁體3的下板面前半部與第i個下層板狀永磁體4的上板面后半部正對，且第i個上層板狀永磁體3的下板面與第i個下層板狀永磁體4的上板面互為極性相反的磁極面；
第i個上層板狀永磁體3的下板面后半部與第i+Ι個下層板狀永磁體4的上板面前半部正對，且第i個上層板狀永磁體3的下板面與第i+Ι個下層板狀永磁體4的上板面為極性相同的磁極面；
η個上層板狀永磁體3的下板面均齊平，且η個上層板狀永磁體3的下板面共同構成第一平面；
η+1個下層板狀永磁體4的上板面均齊平，且η+1個下層板狀永磁體4的上板面共同構成第二平面；
第二平面與第一平面之間設有氣隙7 ；
金屬板5與上層軛板I相互平行，且金屬板5可移動地設置于氣隙7內；
薄板狀永磁體6的后板面與金屬板5的前端面固定； η為正整數(shù)；i為正整數(shù)，且I彡i彡η。
[0015]具體實施時，η的數(shù)值為2。第I個上層板狀永磁體的上下厚度、第2個上層板狀永磁體的上下厚度、第I個下層板狀永磁體的上下厚度、第2個下層板狀永磁體的上下厚度、第3個下層板狀永磁體的上下厚度均一致。第I個上層板狀永磁體的左右寬度、第2個上層板狀永磁體的左右寬度、第I個下層板狀永磁體的左右寬度、第2個下層板狀永磁體的左右寬度、第3個下層板狀永磁體的左右寬度均一致。第I個上層板狀永磁體的前后長度、第2個上層板狀永磁體的前后長度、第2個下層板狀永磁體的前后長度均一致。第I個下層板狀永磁體的前后長度、第3個下層板狀永磁體的前后長度均為第2個下層板狀永磁體的前后長度的1/2。金屬板采用高電導率金屬板。
【權利要求】
1.一種平面不對稱電磁阻尼器，其特征在于:包括初級和次級； 所述初級包括上層軛板(I)、下層軛板(2)、n個上層板狀永磁體(3)、n+l個下層板狀永磁體(4);所述次級包括金屬板(5)、薄板狀永磁體(6)； 其中，下層軛板(2)與上層軛板(I)相互平行，且下層軛板(2)的上板面與上層軛板(I)的下板面相互正對； 上層板狀永磁體(3)的上板面和下板面互為極性相反的磁極面； 下層板狀永磁體(4)的上板面和下板面互為極性相反的磁極面；η個上層板狀永磁體(3)的上板面均與上層軛板(I)的下板面固定，且η個上層板狀永磁體(3)由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個上層板狀永磁體(3)的上板面互為極性相反的磁極面； η+1個下層板狀永磁體(4)的下板面均與下層軛板(2)的上板面固定，且η+1個下層板狀永磁體(4)由前向后依次緊鄰排列；相鄰兩個下層板狀永磁體(4)的下板面互為極性相反的磁極面； 第i個上層板狀永磁體(3)的下板面前半部與第i個下層板狀永磁體(4)的上板面后半部正對，且第i個上層板狀永磁體(3)的下板面與第i個下層板狀永磁體(4)的上板面互為極性相反的磁極面； 第i個上層板狀永磁體(3)的下板面后半部與第i+Ι個下層板狀永磁體(4)的上板面前半部正對，且第i個上層板狀永磁體(3)的下板面與第i+Ι個下層板狀永磁體(4)的上板面為極性相同的磁極面； η個上層板狀永磁體(3)的下板面均齊平，且η個上層板狀永磁體(3)的下板面共同構成第一平面； η+1個下層板狀永磁體(4)的上板面均齊平，且η+1個下層板狀永磁體(4)的上板面共同構成第二平面； 第二平面與第一平面之間設有氣隙(7)； 金屬板(5)與上層軛板(I)相互平行，且金屬板(5)可移動地設置于氣隙(7)內； 薄板狀永磁體(6)的后板面與金屬板(5)的前端面固定； η為正整數(shù)；i為正整數(shù)，且I彡i彡η。
【文檔編號】F16F6/00GK104132086SQ201410361885
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】田俊梅, 劉民凱, 付文華, 閆愛青, 呂高, 王國枝, 韓肖寧, 張學軍 申請人:山西大學