CN107959367A - 一种双定子混合励磁涡流阻尼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双定子混合励磁涡流阻尼装置，该装置呈中空结构，包括外定子、转子与内定子；外定子固定在外支撑座上，包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第一永磁体密封；内定子固定在内支撑座上，包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第二永磁体密封。该涡流阻尼装置质量轻，气隙磁场由励磁绕组和永磁体共同产生，因此能提供的气隙磁场幅值大、可调节、效率高。当转子优选采用铜‑钢‑铜结构排布时，能够进一步提高径向气隙磁密和电导率，产生更大的阻尼转矩。
Description
技术领域
本发明属于涡流阻尼技术领域，具体涉及一种双定子混合励磁涡流阻尼装置。
背景技术
发生在旋转或直线运动中的机械振动会影响或限制系统的正常运行，电磁阻尼器被应用于旋转或直线运动系统中，以实现机械振动的主动控制。电磁阻尼器在产生制动力过程中，初级和次级导体没有接触，所以具有无机械摩擦、噪声小、系统寿命长、工作原理和结构简单，可靠性高等优点，被广泛应用于各做运动工程领域。
电磁阻尼器根据初级激励源的不同，可以分为电励磁、永磁式、混合励磁电磁阻尼器三种类型。电励磁电磁阻尼器可以随意调节气隙磁密幅值的大小，但其能达到的最大气隙磁密较小；另外，电励磁电磁阻尼器各种结构种类繁多(如有无背铁、导体和磁极形状多样、初级铁心有槽或无槽等等)，但是其工作原理大同小异。永磁式电磁阻尼器不需要额外的电源和励磁绕组，所以节约材料、节约能源、效率高，但是不能调节气隙磁场的大小；另外，永磁材料易受温度的影响。混合励磁兼具前两种激励源的优点，气隙磁场由励磁绕组和永磁体共同产生，所以能提供的气隙磁场幅值大、可调节、效率高，但其也存在着结构复杂、体积大等问题。
发明内容
鉴于上述电磁阻尼装置的技术现状，本发明旨在提供一种电磁阻尼装置，该装置体积小、涡流密度大、产生的阻尼转矩大。
为了实现上述技术目的，本发明将电磁阻尼装置设计为中空双定子结构，不仅减小了质量，而且提高了阻尼转矩密度；并且，在外定子与内定子的相邻铁芯齿之间的槽口采用永磁体密封，不仅起到了定子永磁激励源的作用，使气隙磁场由励磁绕组和处于铁芯槽口处的永磁体共同产生，实现混合励磁涡流阻尼，同时也起到了槽楔的功能，防止绕组漏出槽外，另外，由于该永磁体位于槽口位置，并没有因为增加永磁体而增加体积。
即，本发明的技术方案为：一种双定子混合励磁涡流阻尼装置，呈中空结构，包括外定子、转子以及内定子；转子存间隙地同轴套接在内定子表面，外定子存间隙地同轴套接在转子表面；
外定子固定在外支撑座上；外定子包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组；
内定子固定在内支撑座上；内定子包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组；
即，径向由内向外，依次为内定子支撑座、内定子、转子、外定子和外定子支撑座；
并且，所述外定子中，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第一永磁体密封；所述内定子中，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第二永磁体密封。
所述第一永磁体材料不限，可以是钕铁硼、也可以是铁氧体等永磁材料。
所述第二永磁体材料不限，可以是钕铁硼、也可以是铁氧体等永磁材料。
作为优选，所述外定子槽口数为6m，m为正整数；所述内定子槽口数为6n，n为正整数。
作为优选，所述的第一永磁体为平行充磁，沿着圆周方向，相邻永磁体之间充磁方向相反。
作为优选，所述的第二永磁体为平行充磁，沿着圆周方向，相邻永磁体之间充磁方向相反。
作为优选，所述外定子中，励磁绕组为集中绕组，外定子铁芯各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反。
作为优选，所述内定子中，励磁绕组为集中绕组，内定子铁芯各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反。
所述转子的支撑结构不限，可以是单边轴承支撑结构，也可以是双边轴承支撑结构。
作为优选，双定子混合励磁涡流阻尼装置还包括端盖，沿着轴向，所述外定子的一端和/或内定子的一端固定着端盖。
另外，关于转子结构，本发明人发现，由于阻尼力与导电率呈正比，并且与磁感应密度的平方成正比。而常规的铜转子具有良好的导电能力，但是其导磁能力弱。与铜相比，铁具有良好的导磁性，但是导电能力较弱。因此，本发明人设计在转子中将二者结合，并且考虑到涡流处于转子表面，因此将铜设置在铁的表层，有利于利用铜高导电率的特点提高阻尼；将铁设置为中间层，铁层不仅作为双铜之间的导磁材料，同时也作为转子的支架，有利于增加永磁体与铁之间的磁场，获得高磁感应密度，从而进一步提高阻尼力。
即，本发明中，优选将转子设计为铜-钢-铜的三层结构，即沿着径向由内向外，所述转子依次是外表面铜层、中间钢层、内表面铜层。与常规的铜转子相比，这种转子结构能够进一步提高本发明的阻尼装置的气隙磁密和涡流密度，从而获得更好的阻尼转矩密度。
附图说明
图1是本发明实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置的轴向切面示意图；
图2是本发明实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置的径向切面示意图；
图3是本发明实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置的外定子磁钢和内定子磁钢充磁方向示意图；
图4是本发明实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置与对比实施例1中的普通铜转子电励磁阻尼器的径向气隙磁密比较示意图；
图5是本发明实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置与对比实施例1中的普通铜转子电励磁阻尼器的转矩-电流关系比较示意图；
图6是本发明实施例2中的双定子混合励磁涡流阻尼装置的轴向切面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的双定子混合励磁涡流阻尼装置进行进一步详细说明。需要说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1至图6的附图标记为：外支撑座1、前端盖2、外定子铁芯3、外定子绕组4、外定子磁钢5、转子铜板6、转子钢板7、转子铜板8、内定子磁钢9、后端盖10、轴承11、内定子绕组12、内定子铁芯13、内支撑座14，轴承6-1。
实施例1：
如图1所示，双定子混合励磁涡流阻尼装置呈中空结构，包括外支撑座1、前端盖2、外定子、转子、内定子、后端盖10、轴承11、内支撑座14。转子存间隙地同轴套接在内定子表面，外定子存间隙地同轴套接在转子表面。
外定子固定在外支撑座1上。外定子由数个外定子铁芯齿3，以及绕行在各铁芯齿3上的外定子绕组4组成。并且，彼此相邻的铁芯齿3之间的槽口由外定子磁钢5密封。
内定子固定在内支撑座14上。内定子由数个内定子铁芯齿13，以及绕行在各铁芯齿13上的内定子绕组12组成。并且，彼此相邻的铁芯齿13之间的槽口由外定子磁钢9密封。
转子为铜-钢-铜的三层结构，即沿着径向由内向外，转子依次由转子铜板6、转子钢板7、转子铜板8组成。转子通过转子钢板7、轴承11和后端盖10单边固定。
如图3所示，外定子磁钢5和内定子磁钢9的充磁方向均是平行充磁、沿着圆周方向，相邻永磁体之间充磁方向极性相反。外定子磁钢5和内定子磁钢9不仅起到了定子激励源的作用，同时也起到了槽楔的功能，防止绕组漏出槽外。
外定子铁芯3各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反，在绕组下线时只需使相邻齿上的励磁绕组绕向相反即可。同样，内定子铁芯13各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反，在绕组下线时只需使相邻齿上的励磁绕组绕向相反即可。
转子钢板7与运动部件连接产生阻尼转矩。
对比实施例1：
本实施例是上述实施例1的对比实施例。
本实施例中，电磁阻尼装置为双定子电励磁涡流阻尼装置。其结构与实施例基本相同，所不同的是转子并非铜-钢-铜的三层结构，而是由转子铜板构成；另外，彼此相邻的外定子铁芯齿3之间的槽口并非由外定子磁钢5密封，而是由环氧树脂或其他绝缘件密封，彼此相邻的内定子铁芯齿13之间的槽口并非由内定子磁钢9密封，而是由环氧树脂或其他绝缘件密封。
测量实施例1的双定子混合励磁涡流阻尼装置与对比实施例1的双定子电励磁涡流阻尼装置的径向气隙磁密，在其他条件相同的情况下，比较结果如图4所示，显示较对比实施例1中的普通的铜转子结构的双定子电励磁涡流阻尼装置，实施例1中的具有铜-钢-铜三层结构的双定子混合励磁涡流阻尼装置具有更高的气隙磁密和更大的涡流密度，产生的气隙磁密较普通的铜结构高了54％。
测量实施例1中的双定子混合励磁涡流阻尼装置与对比实施例1中的双定子电励磁涡流阻尼装置的输出特性，其阻尼转矩与电流关系曲线如图5所示。图5为阻尼转矩与电流的平方成正比，随着电流的增加，铜-钢-铜转子混合励磁阻尼转矩增加将更明显。
实施例2：
本实施例中，双定子混合励磁涡流阻尼装置结构与实施例1中的结构基本相同，所不同的是：实施例1中，双定子混合励磁涡流阻尼装置由单边轴承支撑；本实施例中，双定子混合励磁涡流阻尼装置由双边轴承支撑。
如图6所示，转子一边通过转子钢板7和轴承6-1由前端盖2支撑，另一边通过转子钢板7和轴承11由后端盖10支撑。内定子固定在内支撑座14上，内支撑座14通过前端盖2固定。转子钢板7与运动部件连接，产生阻尼转矩。
使用双边轴承支撑较单边轴承支撑能承受更大的转子重量及更小的径向跳动。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双定子混合励磁涡流阻尼装置，呈中空结构，包括外定子、转子以及内定子；转子存间隙地同轴套接在内定子表面，外定子存间隙地同轴套接在转子表面；
外定子固定在外支撑座上；外定子包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组；
内定子固定在内支撑座上；内定子包括数个铁芯齿以及绕行在各铁芯齿上的励磁绕组；
其特征是：所述外定子中，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第一永磁体密封；所述内定子中，彼此相邻的铁芯齿之间的槽口由第二永磁体密封。
2.如权利要求1所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征是：所述外定子槽口数为6m，m为正整数；所述内定子槽口数为6n，n为正整数。
3.如权利要求1所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征是：所述的第一永磁体为平行充磁，且沿着圆周方向，相邻永磁体之间充磁方向相反；所述的第二永磁体为平行充磁，且沿着圆周方向，相邻永磁体之间充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征在于：所述外定子中，励磁绕组为集中绕组，外定子铁芯各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反；
所述内定子中，励磁绕组为集中绕组，内定子铁芯各齿上的励磁绕组依次相连，且相邻两个齿的励磁绕组电流方向相反。
5.根据权利要求1所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征在于：所述转子是单边轴承支撑结构，或者是双边轴承支撑结构。
6.根据权利要求1所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征在于：还包括端盖，沿着轴向，所述外定子的一端和/或内定子的一端固定着端盖。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的双定子混合励磁涡流阻尼装置，其特征是：所述转子采用铜-钢-铜的三层结构，即沿着径向由内向外，依次是外表面铜层，中间钢层，以及内表面铜层。
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