CN111946763A - 一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置及阻尼系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于振动控制领域,具体涉及一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置及阻尼系统，其中，电涡流阻尼装置包括至少一级增速齿轮组，还包括相互转动配合的导体管和沿环形方向交错布置的磁体，所述增速齿轮组的输出端与所述导体管相连接，所述增速齿轮组能够驱动所述导体管相对所述沿环形方向交错布置的磁体转动。本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，能大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
Description
技术领域
本发明属于振动控制领域,具体涉及一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置及阻尼系统。
背景技术
目前，电涡流阻尼产生的基本原理是：当处于磁场中的导体板切割磁力线时会在导体板中产生电涡流，电涡流又会产生与原磁场方向相反的新磁场，从而在原磁场和导体之间形成阻碍二者相对运动的阻尼力，同时导体板的电阻效应将导体板获得的动能通过电涡流转换为热能耗散出去。如果将导体板与振动结构相连接，就可以产生结构减振与耗能的作用，成为电涡流阻尼器。
与振动控制领域常用的一些阻尼装置相比，电涡流阻尼器不依靠机械摩擦耗能，没有工作流体也就不存在漏液和密封的问题，具有可靠性高、耐久性好和构造相对简单等优点，因此特别适合用在要求疲劳寿命长且不易维护的工作环境。
在土木工程、机械工程等领域中，存在不少扭转振动的问题，需要安装扭转阻尼器。但是，电涡流阻尼自身存在一个缺点，就是耗能密度较低，无法适应高耗能密度的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在电涡流阻尼耗能密度较低，无法适应高耗能密度的需求的问题，提供一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置及阻尼系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，包括至少一级增速齿轮组，还包括相互转动配合的导体管和沿环形方向交错布置的磁体，所述增速齿轮组的输出端与所述导体管相连接，所述增速齿轮组能够驱动所述导体管相对所述沿环形方向交错布置的磁体转动。
本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，导体管在沿环形方向交错布置的磁体的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体相对运动，产生电磁感应，导体管内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，以达到阻尼的目的，同时，所述增速齿轮组的输出端与所述导体管相连接，电涡流阻尼扭矩再通过行星轮机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
优选地，所述导体管套设于所述沿环形方向交错布置的磁体外侧，所述导体管与所述沿环形方向交错布置的磁体之间具有间隙。
优选地，所述沿环形方向交错布置的磁体呈环状设置。
优选地，所述增速齿轮组为行星齿轮机构，所述增速齿轮组包括行星架、行星轮、太阳轮和内齿轮，所述沿环形方向交错布置的磁体与所述内齿轮相连接，所述导体管与所述太阳轮相连接。
当外部结构体由于振动或冲击产生扭转运动时，能够将扭转运动传递给行星架，通过行星齿轮机构的增速作用，使得太阳轮会加速旋转，进而增加导体管相对于沿环形方向交错布置的磁体旋转的速率，提高耗能密度，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
优选地，所述导体管与所述太阳轮通过连接部件固定连接，所述连接部件包括套设连接于所述导体管外侧的导磁管和连接于所述导磁管的一端的盖板，所述盖板与所述太阳轮相连接。
优选地，所述沿环形方向交错布置的磁体包括至少两个磁体单元，所有所述磁体单元沿所述内齿轮的周向分布。
优选地，所有所述磁体单元周向分布于所述内齿轮的外表面。
优选地，相邻所述磁体单元的磁极方向相反。
优选地，所述导体管与所述沿环形方向交错布置的磁体之间通过轴承转动配合。来保证导体管与沿环形方向交错布置的磁体之间能够顺畅转动。
本发明还公开了一种阻尼系统，包括待振动结构和如本申请所述的高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置,所述行星架与所述待振动结构相连接，所述内齿轮与所述待振动结构相连接。
当待振动结构由于振动或冲击产生扭转运动时，能够将扭转运动传递给行星架，通过行星齿轮机构的增速作用，使得太阳轮会加速旋转，进而增加导体管相对于沿环形方向交错布置的磁体旋转的速率，导体管在沿环形方向交错布置的磁体的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体相对运动，产生电磁感应，导体管内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，电涡流阻尼扭矩通过行星轮机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
优选地，所述行星架与所述待振动结构通过花键相连接。
优选地，所述内齿轮与所述待振动结构通过安装法兰相连接，所述安装法兰包括套设于所述导体管外侧的护板，所述护板一端与所述内齿轮的同侧端相连接，所述护板的另一端连接有用于与所述待振动结构相连接的连接部。
通过护板能够保护所述导体管不被外界挤压，破坏，从而保证导体管与沿环形方向交错布置的磁体之间的顺畅转动。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，导体管在沿环形方向交错布置的磁体的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体相对运动，产生电磁感应，导体管内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，以达到阻尼的目的，同时，所述增速齿轮组的输出端与所述导体管相连接，电涡流阻尼扭矩再通过行星轮机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
2、本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，当外部结构体由于振动或冲击产生扭转运动时，能够将扭转运动传递给行星架，通过行星齿轮机构的增速作用，使得太阳轮会加速旋转，进而增加导体管相对于沿环形方向交错布置的磁体旋转的速率，提高耗能密度，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
3、本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，整个装置为纯金属结构，无工作流体，无密封装置，在使用过程中不存在漏液、密封件老化等问题，使用寿命更长，耐久性更好。
4、本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，可以通过增大导体管和沿环形方向交错布置的磁体的直径、增加沿环形方向交错布置的磁体的数量、增大导体管的厚度、增大行星轮机构的传动比、增设多级行星轮等多种方式来增大阻尼系数，适合制造大中小各类阻尼装置。
5、本发明所述的一种阻尼系统，当待振动结构由于振动或冲击产生扭转运动时，能够将扭转运动传递给行星架，通过行星齿轮机构的增速作用，使得太阳轮会加速旋转，进而增加导体管相对于沿环形方向交错布置的磁体旋转的速率，导体管在沿环形方向交错布置的磁体的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体相对运动，产生电磁感应，导体管内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，电涡流阻尼扭矩通过行星轮机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
附图说明
图1为本发明的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置的剖视图。
图2为本发明的附图1中剖切面的截面图。
图3为本发明的磁体单元与内齿轮的装配示意图。
图4为本发明的一种阻尼系统的截面图。
图标:1-太阳轮，2-行星轮，3-内齿轮，4-行星架，5-导磁管，6-导体管，7-沿环形方向交错布置的磁体，8-轴承，9-花键，10-安装法兰，11-增速齿轮组，12-连接部件，13-盖板；14-待振动结构；15-护板；16-连接部；17-磁体单元。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-3所示，本实施例所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，包括至少一级增速齿轮组11，还包括相互转动配合的导体管6和沿环形方向交错布置的磁体7，所述增速齿轮组11的输出端与所述导体管6相连接，所述增速齿轮组11能够驱动所述导体管6相对所述沿环形方向交错布置的磁体7转动。所述导体管6套设于所述沿环形方向交错布置的磁体7外侧，所述导体管6与所述沿环形方向交错布置的磁体7之间具有间隙。
具体地，所述增速齿轮组11为行星齿轮机构，所述增速齿轮组11包括行星架4、行星轮2、太阳轮1和内齿轮3，所述沿环形方向交错布置的磁体7与所述内齿轮3相连接，所述导体管6与所述太阳轮1相连接。
所有所述行星轮2通过行星架4相连，再通过花键9与外部结构的一端相连，传递旋转运动和扭矩；所述行星轮2、太阳轮1、内齿轮3共同构成一组行星轮2增速机构；所述太阳轮1与导磁管5相连，导磁管5再与导体管6相连，构成阻尼扭矩部件的转子；所述内齿轮3与安装法兰10相连，并与外部结构的另一端固定；所述沿环形方向交错布置的磁体7通过螺栓或胶水安装在内齿轮3上，共同构成阻尼扭矩部件的定子；所述导磁管5与内齿轮3之间安装有深沟球轴承8。
所述导磁管5与导体管6构成的阻尼扭矩部件转子，与行星轮2增速机构的太阳轮1相连。
所述沿环形方向交错布置的磁体7与内齿轮3构成的阻尼扭矩部件定子，与外部结构相固定。
所述沿环形方向交错布置的磁体7沿内齿轮3的一周均匀布置在内齿轮3的外表面，相邻沿环形方向交错布置的磁体7的磁极方向相反。
所述导磁管5与内齿轮3之间安装有深沟球轴承8，用以保证导体管6和沿环形方向交错布置的磁体7之间的间隙，并保证转子能够平滑转动。
所述沿环形方向交错布置的磁体7可以是永沿环形方向交错布置的磁体7或电磁铁。
当外部结构体由于振动或冲击产生扭转运动时，这一运动将通过花键9传递给行星架4，通过行星轮2机构的增速作用，太阳轮1将会加速旋转，进而带动导体管6旋转，由于导体管6在沿环形方向交错布置的磁体7的磁场中运动，产生电磁感应，导体管6内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体7本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩。这一扭矩再通过行星轮2机构进行放大，提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，作用到外部结构，抑制结构振动。
所述导体管6通常可由铁、铜、铜合金、铝、铝合金等导电材料制成。
设太阳轮1、内齿轮3和行星架4的转速分别为n1、n2、n3，齿数分别为z1、z2、z3。行星轮2机构各构件的齿数满足方程：
z2＝z1+2 z3
可以证明，当主动件为行星轮2，从动件为太阳轮1时，传动比为：
设沿环形方向交错布置的磁体7和导体管6自身的扭转阻尼系数为C，可以证明，经过行星轮2机构的增速与放大作用，最终输出到外部结构的扭转阻尼系数Ce为：
Ce＝η2C
由于内齿轮3的齿数z2远大于太阳轮1的齿数z1，因此传动比η一般较大，一级传动通常可以做到2～8，这样电涡流阻尼系数可以放大到4～64倍。
在上述基础上，进一步优选的方式，增速齿轮组11如果设置多级传动，则传动比可以指数增加，这样电涡流阻尼系数就可以放大成百上千倍。
在上述基础上，进一步优选的方式，阻尼系数的调节，可以通过改变定子和转子的直径、改变沿环形方向交错布置的磁体7的数量、改变导体管6的厚度、改变行星轮2机构的传动比、使用多级行星轮2等多种方式来实现。
本实施例的有益效果：本发明所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，导体管6在沿环形方向交错布置的磁体7的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体7相对运动，产生电磁感应，导体管6内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体7本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，以达到阻尼的目的，同时，所述增速齿轮组11的输出端与所述导体管6相连接，电涡流阻尼扭矩再通过行星轮2机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
实施例2
如图1-4所示，本实施例所述的一种阻尼系统，包括待振动结构14和如实施例1所述的高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，所述行星架4与所述待振动结构14相连接，所述内齿轮3与所述待振动结构14相连接。
当待振动结构14由于振动或冲击产生扭转运动时，能够将扭转运动传递给行星架4，通过行星齿轮机构的增速作用，使得太阳轮1会加速旋转，进而增加导体管6相对于沿环形方向交错布置的磁体7旋转的速率，导体管6在沿环形方向交错布置的磁体7的磁场中与沿环形方向交错布置的磁体7相对运动，产生电磁感应，导体管6内产生电涡流，电涡流又产生与沿环形方向交错布置的磁体7本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼扭矩，电涡流阻尼扭矩通过行星轮2机构进行放大，大大提高耗能密度，产生所需要的阻尼扭矩，阻尼扭矩作用到外部结构，以适应高耗能密度的需求，达到抑制结构振动的目的。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述行星架4与所述待振动结构14通过花键9相连接。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述内齿轮3与所述待振动结构14通过安装法兰10相连接，所述安装法兰10包括套设于所述导体管6外侧的护板15，所述护板15一端与所述内齿轮3的同侧端相连接，所述护板15的另一端连接有用于与所述待振动结构14相连接的连接部16。
通过护板15能够保护所述导体管6不被外界挤压/破坏，从而保证导体管6与沿环形方向交错布置的磁体7之间的顺畅转动，发挥良好的涡流阻尼作用。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，包括至少一级增速齿轮组(11)，还包括相互转动配合的导体管(6)和沿环形方向交错布置的磁体(7)，所述增速齿轮组(11)的输出端与所述导体管(6)相连接，所述增速齿轮组(11)能够驱动所述导体管(6)相对所述沿环形方向交错布置的磁体(7)转动。
2.根据权利要求1所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，所述导体管(6)套设于所述沿环形方向交错布置的磁体(7)外侧，所述导体管(6)与所述沿环形方向交错布置的磁体(7)之间具有间隙。
3.根据权利要求2所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，所述增速齿轮组(11)为行星齿轮机构，所述增速齿轮组(11)包括行星架(4)、行星轮(2)、太阳轮(1)和内齿轮(3)，所述沿环形方向交错布置的磁体(7)与所述内齿轮(3)相连接，所述导体管(6)与所述太阳轮(1)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，所述导体管(6)与所述太阳轮(1)通过连接部件(12)固定连接，所述连接部件(12)包括套设连接于所述导体管(6)外侧的导磁管(5)和连接于所述导磁管(5)的一端的盖板(13)，所述盖板(13)与所述太阳轮(1)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，所述沿环形方向交错布置的磁体(7)包括至少两个磁体单元(17)，所有所述磁体单元(17)沿所述内齿轮(3)的周向分布。
6.根据权利要求5所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，相邻所述磁体单元(17)的磁极方向相反。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置，其特征在于，所述导体管(6)与所述沿环形方向交错布置的磁体(7)之间通过轴承(8)转动配合。
8.一种阻尼系统，其特征在于，包括待振动结构(14)和权利要求3-6任意一项所述的一种高耗能密度的扭转型电涡流阻尼装置,所述行星架(4)与所述待振动结构(14)相连接，所述内齿轮(3)与所述待振动结构(14)相连接。
9.根据权利要求8所述的一种阻尼系统，其特征在于，所述行星架(4)与所述待振动结构(14)通过花键(9)相连接。
10.根据权利要求8所述的一种阻尼系统，其特征在于，所述内齿轮(3)与所述待振动结构(14)通过安装法兰(10)相连接，所述安装法兰(10)包括套设于所述导体管(6)外侧的护板(15)，所述护板(15)一端与所述内齿轮(3)的同侧端相连接，所述护板(15)的另一端连接有用于与所述待振动结构(14)相连接的连接部(16)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210803 Address after: 410082 Yuelu District Lushan South Road Lushan Gate, Changsha City, Hunan Province Applicant after: HUNAN University Address before: 410000 Shanmen, Lushan South Road, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Applicant before: HUNAN University Applicant before: HUNAN XIAOZHEN ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |