CN110118235B - 一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，包括运动轴组件和磁场源组件，运动轴组件与磁场源组件同轴设置，运动轴组件包括第一端轴、第二端轴、导体筒和铁芯，导体筒穿过磁场源组件设置，第一端轴和第二端轴分别与导体筒的两端固定连接，铁芯穿过导体筒且铁芯的两端分别位于第一端轴和第二端轴内；磁场源组件包括外筒、定位部件和多个永磁体，导体筒穿过外筒，定位部件用于实现导体筒的径向和周向定位，外筒内设置有多列通槽，多个永磁体位于多列通槽内且多个永磁体的充磁方向按照Halbach阵列排列。本发明结构设计合理、简单可靠，易于加工制造，便于安装拆卸，且通过Halbach永磁阵列能产生较高的阻尼力与阻尼质量比。

Description

一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器

技术领域

本发明属于电磁制动技术领域，尤其涉及一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器。

背景技术

由电磁感应定律，导体材料与磁场发生相对运动时会在导体中感生出涡流，并且该涡流会激发一个感应磁场，该感应磁场的作用是阻碍导体与主磁场的相对运动，即对导体材料施加一个阻尼力(制动力)。又导体材料存在电阻，涡流将以热能形式耗散掉。电涡流阻尼器就是基于上述原理的感应式耗能装置，主要应用于电磁制动，振动抑制领域。

一些导轨装置、活塞类装置承受冲击载荷，高速载荷，需要较强的制动力，例如火炮的后座制退器，高空防坠装置等，往往体积质量较大，安装拆卸较为不便。用于直线制动的永磁式电磁阻尼器的按结构一般可分为平板式与圆筒式，平板式大致结构及原理一般通过为附在背板上的永磁体阵列与导体平板的相对运动来产生阻尼力，但体积一般较大，安装定位较困难。圆筒式阻尼器一般采用环形永磁体阵列，永磁体串接于运动轴上与同轴的导体筒相对运动产生阻尼，其永磁体利用率较高，但往往运动轴及外筒质量较大且散热性较差。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，包括运动轴组件和磁场源组件，所述运动轴组件与磁场源组件同轴设置，所述运动轴组件包括第一端轴、第二端轴、导体筒和铁芯，所述导体筒穿过所述磁场源组件设置，第一端轴和第二端轴分别与所述导体筒的两端固定连接，所述铁芯穿过所述导体筒且铁芯的两端分别位于第一端轴和第二端轴内；

所述磁场源组件包括外筒、定位部件和多个永磁体，所述导体筒穿过所述外筒，所述定位部件用于实现所述导体筒的径向和周向定位，所述外筒内设置有多列通槽，所述多个永磁体位于所述多列通槽内且所述多个永磁体的充磁方向按照Halbach阵列排列。

进一步地，所述第一端轴和第二端轴分别与所述导体筒的两端螺纹连接，铁芯的两端分别与第一端轴和第二端轴螺纹连接。

进一步地，所述定位部件包括第一直线轴承、第二直线轴承、第一轴承端盖、第二轴承端盖、第一轴承定位盖、第二轴承定位盖，第一直线轴承轴向两端分别被第一轴承端盖和第一轴承定位盖定位，第二直线轴承轴向两端分别被第二轴承端盖和第二轴承定位盖定位，所述导体筒的外壁面与第一直线轴承、第二直线轴承配合。

进一步地，所述第一轴承端盖和第二轴承端盖分别固定于所述外筒的两端，所述第一轴承定位盖和第二轴承定位盖固定于所述外筒两端的内部。

进一步地，所述第一轴承端盖和第二轴承端盖的外端面处分别固定连接有第一缓冲弹簧和第二缓冲弹簧，第一缓冲弹簧和第二缓冲弹簧的中心轴均与所述导体筒的中心轴平行。

进一步地，所述阻尼器还包括位于所述外筒内的对所述多个永磁体轴向定位的压紧装置。

进一步地，所述压紧装置包括环形螺栓板和多个定位螺栓，所述环形螺栓板与所述外筒固定连接，所述环形螺栓板的周向开设有多个螺栓孔，所述定位螺栓穿过所述螺栓孔并实现对多个永磁体的压紧。

进一步地，所述环形螺栓板的周向还开设有多个螺栓板定位孔，多个螺栓板安装螺钉穿过螺栓板定位孔与所述外筒固定连接。

进一步地，第一直线轴承和第二直线轴承上开设有周向定位孔，第一轴承定位盖和第二轴承定位盖上开设有与周向定位孔配合的周向定位槽。

进一步地，所述永磁体为与所述通槽相配合的梯形体结构。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

(1)结构设计合理、简单可靠，易于加工制造，便于安装拆卸，且通过Halbach永磁阵列能产生较高的阻尼力与阻尼质量比；

(2)以永磁体产生电涡流所需磁场，无需外界能源，永磁体阵列排布方式灵活，可依需求阻尼效果灵活变换。其工作磁场汇聚于外筒腔内，外部磁场非常小，周围其他元件不受其磁场影响；

(3)产生涡流的部分位于运动轴上的导体筒外表面，随运动行程与外界相接触，较于传统的圆筒永磁式电涡流阻尼器产生电涡流的导体表面封闭于筒内部，其散热条件得到良好地改善。

附图说明

图1为本发明内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器剖视图。

图2为图1中外筒左侧局部放大图。

图3为图1中外筒右侧局部放大图。

图4为外筒剖视图。

图5为外筒左视图。

图6为螺栓板结构示意图。

图7为轴承定位盖主视图。

图8为轴承定位盖立体结构图。

图9为直线轴承立体结构图。

图10为直线轴承主视图。

图11为梯形体永磁体主视图。

图12为梯形体永磁体仰视图。

图13为永磁体纵向单列排列示意图。

图14为永磁体环向单层排列示意图。

图15为永磁体二维排列示意图。

具体实施方式

下面结合附体和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1-3所示，一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于，包括运动轴组件和磁场源组件，所述运动轴组件与磁场源组件同轴设置，所述运动轴组件包括第一端轴1、第二端轴18、导体筒16和铁芯17，所述导体筒16穿过所述磁场源组件设置，第一端轴1和第二端轴18分别与所述导体筒16的两端固定连接，所述铁芯17穿过所述导体筒16且铁芯17的两端分别位于第一端轴1和第二端轴18内，导体筒16内串有铁芯17，其作用一是增加磁路导磁，提供更优的阻尼效果，二是增加结构强度，铁芯17不宜过粗或过细，随空腔截面面积增大而相应增大，控制铁芯到永磁体壁面距离在10mm左右；

所述磁场源组件包括外筒19、定位部件和多个永磁体10，所述导体筒16穿过所述外筒19，所述定位部件用于实现所述导体筒16的径向和周向定位，所述外筒19内设置有多列通槽，所述多个永磁体10位于所述多列通槽内且所述多个永磁体10的充磁方向按照Halbach阵列排列。

进一步地，所述第一端轴1和第二端轴18分别与所述导体筒16的两端螺纹连接，铁芯17的两端分别与第一端轴1和第二端轴18螺纹连接。

进一步地，所述定位部件包括第一直线轴承4、第二直线轴承13、第一轴承端盖3、第二轴承端盖14、第一轴承定位盖5、第二轴承定位盖12，第一直线轴承4轴向两端分别被第一轴承端盖3和第一轴承定位盖5定位，第二直线轴承13轴向两端分别被第二轴承端盖14和第二轴承定位盖12定位，所述导体筒16的外壁面与第一直线轴承4、第二直线轴承13配合。

进一步地，所述第一轴承端盖3和第二轴承端盖14分别固定于所述外筒19的两端，所述第一轴承定位盖5和第二轴承定位盖12固定于所述外筒19两端的内部。

进一步地，所述第一轴承端盖3和第二轴承端盖14的外端面处分别固定连接有第一缓冲弹簧2和第二缓冲弹簧15，第一缓冲弹簧2和第二缓冲弹簧15的中心轴均与所述导体筒16的中心轴平行，端轴1、18上应有限制行程装置例如凸块，当凸块与缓冲弹簧触碰时起到缓冲和运动限位的效果。

进一步地，所述阻尼器还包括位于所述外筒19内的对所述多个永磁体10轴向定位的压紧装置。

进一步地，结合图6，所述压紧装置包括环形螺栓板8和多个定位螺栓9，所述环形螺栓板8与所述外筒19固定连接，所述环形螺栓板8的周向开设有多个螺栓孔25，所述定位螺栓9穿过所述螺栓孔25并实现对多个永磁体10的压紧(永磁体间有较强的斥力)，所述环形螺栓板8的周向还开设有多个螺栓板定位孔26，多个螺栓板安装螺钉穿过螺栓板定位孔26与所述外筒19固定连接。

进一步地，结合图7-10，第一直线轴承4和第二直线轴承13上开设有周向定位孔29，第一轴承定位盖5和第二轴承定位盖12上开设有与周向定位孔29配合的周向定位槽28，27为轴承定位盖安装孔。

进一步地，结合图11-12，所述永磁体10为与所述通槽相配合的梯形体结构。

结合图4-5，外筒19由非铁磁性材料制作，例如铝，树脂，塑料等，具体视结构强度而定，可拉削，铣削或铸模，阶梯筒内部沿圆周等距排布开偶数个插槽，台阶上沿圆周钻等距螺纹孔，底部以轴承定位板螺钉11连接定位在台阶处，20为轴承定位盖螺钉孔，21为螺栓板定位螺钉孔。开槽数，螺纹孔深度，直径需考虑结构强度，包括永磁体间作用力、外部载荷等，先在底部轴肩24用螺钉装上轴承定位盖12，将永磁体10按选定排列嵌入槽中，永磁体需事先标记充磁方向，例如涂色或记号。永磁体10与外筒19上的槽相配合，可为楔形或方形，方形则需先用强胶粘合。螺栓9与螺栓板8配合，用其将永磁体10压紧，用螺栓板安装螺钉7在顶部第一轴肩23处连接螺栓板8。再在顶部第二轴肩22装上轴承定位盖5、直线轴承4、13分别与轴承定位盖5、12配合，如导体筒为圆柱，则轴承可选择直接与轴承定位盖过盈配合。若导体筒为正棱柱，可定制多边形聚四氟乙烯轴承相配合，且须确保轴承与永磁体面的周向定位，可在轴承上加工周向定位孔29，轴承定位板上加工周向定位槽28，其在周向上略大于直线轴承上的周向定位孔，两者以螺栓或销钉连接，调节周向定位。

直线轴承4、13定位时，将运动轴部分插入筒中与轴承4、13配合，轴承周向定位孔29与轴承定位盖周向定位槽孔28对齐，插入螺栓或销钉，周向小幅转动调节定位。外筒19可套上磁屏蔽薄筒，亦可不用，两端用轴承端盖3、14旋合压紧。

导体筒16两端、铁芯17两端、端轴1、18小端内外均加工有螺纹，先将铁芯17与导体筒16螺纹旋入相串，两端再旋上端轴1、18压紧。

运动轴部分与外筒整体相对运动，在导体筒内产生涡流，与腔内磁场相作用产生阻尼力。运动内轴部分：导体筒用铜或铝筒制作，为正多棱柱，其尺寸与外筒配合，控制气隙在0.5mm左右，当边长较小，边数较多时可用圆柱形导体筒代替。使用圆柱形导体筒不用考虑周向定位，加工装配更加方便。

但最好满足：多边形外接圆半径与内接圆半径差在0.5mm左右，至少小于1毫米，因为磁场最强部分集中在永磁体的边角处。可用以下几何公式评估：

其中，d为多边形外接圆与内接圆半径之差，作为气隙的评估指标。a为永磁体阵列内表面构成的正多边形截面边长，n正多边形边数。当d≤1mm时，可考虑用圆柱形导体筒代替多棱柱导体筒。

如图13-15所示给出了三种永磁体排列方式，图13为Halbach线周向排布，排布以纵列为单元，每一列的排布相同，磁场强侧朝向腔内，各列等周插进槽内，箭头方向为永磁体充磁方向，指向N极，点表示磁力线穿出纸面，叉表示磁力线穿入纸面。图14为Halbach环轴向排布，排布以圆环为单元，每一个环的排布相同，但轴向的每层环与环之间可相互错开。可错开90度亦可不错开或错开45度。对于其他偶数槽，可有更多角度的错开方式，其目的是使腔内轴向磁场分布近似均匀。图15为Halbach二维排布，以此形式卷成一个圆柱面且磁场强侧朝向腔内，可使用大小不同的磁体以及软铁。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于，包括运动轴组件和磁场源组件，所述运动轴组件与磁场源组件同轴设置，所述运动轴组件包括第一端轴(1)、第二端轴(18)、导体筒(16)和铁芯(17)，所述导体筒(16)穿过所述磁场源组件设置，第一端轴(1)和第二端轴(18)分别与所述导体筒(16)的两端固定连接，所述铁芯(17)穿过所述导体筒(16)且铁芯(17)的两端分别位于第一端轴(1)和第二端轴(18)内；

所述磁场源组件包括外筒(19)、定位部件和多个永磁体(10)，所述导体筒(16)穿过所述外筒(19)，所述定位部件用于实现所述导体筒(16)的径向和周向定位，所述外筒(19)内设置有多列通槽，所述多个永磁体(10)位于所述多列通槽内且所述多个永磁体(10)的充磁方向按照Halbach阵列排列；

所述定位部件包括第一直线轴承(4)、第二直线轴承(13)、第一轴承端盖(3)、第二轴承端盖(14)、第一轴承定位盖(5)、第二轴承定位盖(12)，第一直线轴承(4)轴向两端分别被第一轴承端盖(3)和第一轴承定位盖(5)定位，第二直线轴承(13)轴向两端分别被第二轴承端盖(14)和第二轴承定位盖(12)定位，所述导体筒(16)的外壁面与第一直线轴承(4)、第二直线轴承(13)配合。

2.根据权利要求1所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述第一端轴(1)和第二端轴(18)分别与所述导体筒(16)的两端螺纹连接，铁芯(17)的两端分别与第一端轴(1)和第二端轴(18)螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述第一轴承端盖(3)和第二轴承端盖(14)分别固定于所述外筒(19)的两端，所述第一轴承定位盖(5)和第二轴承定位盖(12)固定于所述外筒(19)两端的内部。

4.根据权利要求3所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述第一轴承端盖(3)和第二轴承端盖(14)的外端面处分别固定连接有第一缓冲弹簧(2)和第二缓冲弹簧(15)，第一缓冲弹簧(2)和第二缓冲弹簧(15)的中心轴均与所述导体筒(16)的中心轴平行。

5.根据权利要求3所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述阻尼器还包括位于所述外筒(19)内的对所述多个永磁体(10)轴向定位的压紧装置。

6.根据权利要求5所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述压紧装置包括环形螺栓板(8)和多个定位螺栓(9)，所述环形螺栓板(8)与所述外筒(19)固定连接，所述环形螺栓板(8)的周向开设有多个螺栓孔(25)，所述定位螺栓(9)穿过所述螺栓孔(25)并实现对多个永磁体(10)的压紧。

7.根据权利要求6所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述环形螺栓板(8)的周向还开设有多个螺栓板定位孔(26)，多个螺栓板安装螺钉穿过螺栓板定位孔(26)与所述外筒(19)固定连接。

8.根据权利要求1所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：第一直线轴承(4)和第二直线轴承(13)上开设有周向定位孔(29)，第一轴承定位盖(5)和第二轴承定位盖(12)上开设有与周向定位孔(29)配合的周向定位槽(28)。

9.根据权利要求1所述的内嵌式永磁阵列轴向电涡流阻尼器，其特征在于：所述永磁体(10)为与所述通槽相配合的梯形体结构。

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