CN109099107A - 用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器 - Google Patents

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游进
苏南
张鹏
张志成
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Abstract

本发明涉及一种用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，包括：刚度结构(1)；阻尼结构(2)，位于所述刚度结构(1)内部；磁密封结构(3)，位于所述刚度结构下侧及内部，用于密封所述阻尼结构(2)；所述阻尼结构(2)包括固定部分(21)和位于所述固定部分(21)外围的运动部分(22)，所述运动部分(22)与所述刚度结构(1)相连接，所述运动部分(22)包括电磁软铁套(221)。本发明的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器具有结构简单、可靠性高、灵敏度高、环境适应性好等特点。

Description

用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器
技术领域
本发明属于航天器微振动抑制技术领域，尤其涉及一种用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器。
背景技术
微振动(国外研究机构称之为jitter或micro-vibration)是指航天器在轨运行期间，主要由转动部件(如力矩控制陀螺，动量轮等高速转动部件、太阳电池驱动机构等步进部件、相机摆镜等摆动部件等)正常工作造成的航天器幅度较小的往复运动或振荡。
总体上，微振动对航天器的主要影响主要表现在以下两个方面：
微振动会降低有效载荷(尤其是敏感有效载荷)的主要性能指标，如遥感卫星图像质量、激光通信卫星的指向和对准精度等；
微振动会影响与轨道微重力环境相关的科学实验，如重力梯度测量、空间站上进行的生物和材料的试验等。
航天器的微振动抑制是一个系统工程，包括了敏感载荷性能分析、振源特性研究、微振动的仿真分析、微振动抑制技术(包含隔振器的产品研制)，微振动的测量技术。然而现有的粘性阻尼隔振器存在结构复杂、可靠性差、灵敏度低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器。
为实现上述目的，本发明提供一种用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，包括：
刚度结构；
阻尼结构，位于所述刚度结构内部；
磁密封结构，位于所述刚度结构下侧，用于密封所述阻尼结构；
所述阻尼结构包括固定部分和位于所述固定部分外围的运动部分，所述运动部分与所述刚度结构相连接，所述运动部分包括电磁软铁套。
根据本发明的一个方面，所述固定部分包括安装轴套和安装在所述安装轴套上的磁体组件。
根据本发明的一个方面，所述运动部分还包括铜套，所述铜套套设在所述磁体组件的外周壁上；
所述电磁软铁套设置在所述铜套的外周壁上。
根据本发明的一个方面，所述磁体组件包括多个永磁体，多个所述永磁体无间隙地上下紧密排列。
根据本发明的一个方面，所述刚度结构为机加弹簧。
根据本发明的一个方面，所述磁密封结构为高导磁材料制成。
根据本发明的一个方面，所述磁密封结构的材料为电磁软铁。
本发明的电涡流隔振器与传统的粘性阻尼隔振器相比，电涡流的隔振器无需粘性阻尼器中的密封结构，主要由铜套和永磁体构成，结构更为简单。
此外，由于阻力产生于非接触的相对运动，各构件间无表面磨损，同时也将结构疲劳的影响降到最低。同时，电涡流隔振器由于对工作条件，如温度、湿度的变化不敏感，即环境依赖性低，因此可长期工作在环境不稳定的条件下。
本发明的电涡流隔振器，基于电磁学理论的涡流阻尼器有着较高的分辨率。因为其用于减振的阻尼来自导体与磁场的相对运动，对于低幅振动情况也可引起有效的阻尼效果，而对于传统减振器会因自身的惯性使其无法感知低幅振动，体现不出减振效果。
本发明的电涡流隔振器，通过改变永磁体排列方式排列和在铜套外壁上设置电磁软铁套，有效增强了电涡流隔振器的阻尼，提高了相同结构尺寸阵列式电涡流隔振器的阻尼系数5倍以上，解决了以往电涡流隔振器阻尼不足的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是示意性表示根据本发明的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器的立体结构图；
图2是示意性表示根据本发明的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器的剖视图；
图3是示意性表示根据本发明的阻尼结构的结构图；
图4是示意性表示根据本发明的磁体组件的排列方式；
图5是示意性表示根据本发明的不具有电磁软铁套的电涡流隔振器的工作原理图；
图6是示意性表示根据本发明的电涡流隔震气得工作原理图。
具体实施方式
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
结合图1和图2所示，本发明的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器包括刚度结构1、阻尼结构2和磁密封结构3。在本实施方式中，刚度结构1采用机加弹簧，提供隔振器所需的刚度。而具体的刚度至，可以通过机加弹簧的开槽尺寸来确定。阻尼结构2设置在刚度结构1内部，产生阻尼效果。磁密封结构3位于刚度结构1，用于将阻尼结构2的强磁场进行密封，避免内部的强磁场对外部环境造成影响。本发明的磁密封结构3由高导磁的材料组成，在本实施方式中，采用电磁软铁。
结合图2、图3和图4所示，本发明的阻尼结构2包括固定部分21和运动部分22。固定部分21包括安装轴套211和安装在安装轴套211上的磁体组件212。运动部分22设置在固定部分21的外周侧，包括铜套222和电磁软铁套221，其中铜套222设置在磁体组件212的外侧，电磁软铁套221设置在铜套222的外周壁上。本发明的运动部分22通过螺纹结构与机加弹簧上表面进行安装连接，可以实现运动部分22随着外部微小的振动进行相同规律的运动。
如图4所示，在本发明中，磁体组件212包括多个永磁体2121组成，多个永磁体2121无间隙地上下紧密堆叠排布。如此能够使得单边的磁场加强，另一边的磁场减弱，本发明的电涡流隔振器利用加强的磁场，能够形成更大的阻尼效果。
结合图5和图6所示，若不设置电磁软铁套221，根据磁路远离，永磁体2121的磁路从N机出发，分别经过空气、铜套222、铜套222外部的空气、铜套222，最终回到永磁体2121的S极。整个回路空气磁阻很大，造成了磁场能量的严重浪费。而本发明针对此种情况，进行了磁路优化，在铜套222的外周壁上设置电磁软铁套221，利用其高导磁的特性，有效减小了铜套222外部空气的磁场磁阻，提高了铜套222中产生电涡流的能力。
本发明的用于航天器微振动抑制的电涡流振动器具有以下特性：
与传统的粘性阻尼隔振器相比，电涡流的隔振器无需粘性阻尼器中的密封结构，主要由铜套和永磁体构成，结构更为简单。
此外，由于阻力产生于非接触的相对运动，各构件间无表面磨损，同时也将结构疲劳的影响降到最低。同时，电涡流隔振器由于对工作条件，如温度、湿度的变化不敏感，即环境依赖性低，因此可长期工作在环境不稳定的条件下。
本发明的电涡流隔振器，基于电磁学理论的涡流阻尼器有着较高的分辨率。因为其用于减振的阻尼来自导体与磁场的相对运动，对于低幅振动情况也可引起有效的阻尼效果，而对于传统减振器会因自身的惯性使其无法感知低幅振动，体现不出减振效果。
本发明的电涡流隔振器，通过改变永磁体2121排列方式排列和在铜套222外壁上设置电磁软铁套221，有效增强了电涡流隔振器的阻尼，提高了相同结构尺寸阵列式电涡流隔振器的阻尼系数5倍以上，解决了以往电涡流隔振器阻尼不足的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，包括：
刚度结构(1)；
阻尼结构(2)，位于所述刚度结构(1)内部；
磁密封结构(3)，位于所述刚度结构(1)下侧及内部，用于密封所述阻尼结构(2)；
所述阻尼结构(2)包括固定部分(21)和位于所述固定部分(21)外围的运动部分(22)，所述运动部分(22)与所述刚度结构(1)相连接，所述运动部分(22)包括电磁软铁套(221)。
2.根据权利要求1所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述固定部分(21)包括安装轴套(211)和安装在所述安装轴套(211)上的磁体组件(212)。
3.根据权利要求2所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述运动部分(22)还包括铜套(222)，所述铜套(222)套设在所述磁体组件(212)的外周壁上；
所述电磁软铁套(221)设置在所述铜套(222)的外周壁上。
4.根据权利要求2或3所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述磁体组件(212)包括多个永磁体(2121)，多个所述永磁体(2121)无间隙地上下紧密排列。
5.根据权利要求1所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述刚度结构(1)为机加弹簧。
6.根据权利要求1所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述磁密封结构(3)为高导磁材料制成。
7.根据权利要求6所述的用于航天器微振动抑制的电涡流隔振器，其特征在于，所述磁密封结构(3)的材料为电磁软铁。
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