CN112943852A - 一种阵列式电涡流阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阵列式电涡流阻尼器，包括上法兰、中轴、上缓冲垫、磁屏蔽端盖、连接杆、电涡流板、第一永磁体、第二永磁体、磁屏蔽侧板、弹簧侧板、下缓冲垫、磁屏蔽底壳和下法兰，上法兰和下法兰通过弹簧侧板连接，初始为压缩状态；上法兰和中轴顶端相连接，中轴穿过磁屏蔽端盖的中心孔；中轴底端与连接杆固定，电涡流板通过连接杆和中轴组成整体，形成阻尼系统；第一永磁体和第二永磁体两端固定在磁屏蔽侧板上，通过磁屏蔽端盖、磁屏蔽侧板及磁屏蔽底壳形成封闭的空间。本发明采用永磁体来提供现成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可以实现较大的阻尼比，从而避免给航天器系统带来额外的能源负担。

Description

一种阵列式电涡流阻尼器
技术领域
本发明涉及一种阵列式电涡流阻尼器，属于航天器在轨微振技术领域。
背景技术
卫星在轨运行时，各种活动部件、例如风机、控制力矩陀螺等在工作时不可避免的会产生振动干扰，这种微小振动对卫星结构不至于造成损害，但对于对地光学成像相机、对地测绘相机、测绘雷达等精度要求极高的载荷却会造成影响，必须采用措施进行减振和隔振。采用阻尼器，利用阻尼耗能原理消耗结构振动能量，降低载荷的振动响应是一种常用的技术。这种方式具有可靠性高，易于实现、寿命较长的优点。
与地面使用的阻尼器相比，航天器用阻尼器工作环境恶劣，维护不便。因此，阻尼器需要具有高可靠、长寿命，同时能够耐受空间热交变、高真空的环境等。另外，航天器对产品重量高度敏感，单位重量内能够输出更高的阻尼是航天器用阻尼器的重要指标。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种阵列式电涡流阻尼器，利用电磁感应原理产生阻尼，通过特定的阵列式磁极布置，提升通过电涡流板的磁场密度，提升阻尼输出效率。
本发明解决技术的方案是：
一种阵列式电涡流阻尼器，包括上法兰、中轴、上缓冲垫、磁屏蔽端盖、连接杆、电涡流板、第一永磁体、第二永磁体、磁屏蔽侧板、弹簧侧板、下缓冲垫、磁屏蔽底壳和下法兰，
上法兰固定在卫星的舱板上，下法兰固定在相机或太阳翼根部的铰链上；
上法兰和下法兰通过弹簧侧板连接，初始为压缩状态；
上法兰和中轴顶端相连接，中轴穿过磁屏蔽端盖的中心孔；中轴底端与连接杆固定，电涡流板通过连接杆和中轴组成整体，形成阻尼系统；
第一永磁体和第二永磁体两端固定在磁屏蔽侧板上，磁屏蔽侧板上下两端通过磁屏蔽端盖和磁屏蔽底壳封闭，通过磁屏蔽端盖、磁屏蔽侧板及磁屏蔽底壳形成封闭的空间，将第一永磁体和第二永磁体形成的磁场封闭在腔体内，阻止阻尼器磁场向外扩散；
上缓冲垫和下缓冲垫分别固定在中轴和磁屏蔽底壳上，其中，上缓冲垫位于中轴和磁屏蔽端盖之间，下缓冲垫位于电涡流板与磁屏蔽底壳之间，实现阻尼器缓冲；
中轴运动到最大轴向行程时，上缓冲垫和下缓冲垫限制阻尼器轴向行程。
进一步的，外界的振动载荷通过下法兰传入时，在沿阻尼器轴向的振动载荷作用下，设备发生轴向往复振动，从而带动阻尼器内的上法兰相对于下法兰沿轴向往复运动，从而压缩或拉伸弹簧侧板往复运动。
进一步的，上法兰上下往复运动时，相对下法兰产生沿轴向的往复运动，同时驱动中轴上下往复运动，通过连接杆带动电涡流板上下往复运动，使得电涡流板相对多组第一永磁体和第二永磁体形成的磁场产生运动。
进一步的，当电涡流板上下运动时，所处的磁场在其运动方向上交替变化时，在其内部形成相应数量的电涡流，继而输出阻尼力。
进一步的，调整弹簧侧板的片簧厚度、间隔距离，以调整阻尼器输出的刚度。
进一步的，调整多组第一永磁体、第二永磁体厚度和磁密度、电涡流板厚度，以调整阻尼器输出的阻尼。
进一步的，根据设备重量、振动输入大小和频率，设计阻尼器输出刚度和阻尼，以调整减隔振。
进一步的，磁屏蔽筒和磁屏蔽端盖均由磁钢制成。
进一步的，弹簧侧板至少三块，且周向布置于上法兰和下法兰之间。
进一步的，第一永磁体和第二永磁体数量相等，极性相反为一组设置在磁屏蔽侧板上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用永磁体来提供现成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可以实现较大的阻尼比，从而避免给航天器系统带来额外的能源负担；
(2)本发明通过阵列排布的永磁体组合形成高密度磁场，具有高磁场利用率，高阻尼力与阻尼器整体质量比值；
(3)本发明通过周向布置的弹簧侧板实现无接触轴向往复运动，运动时无摩擦磨损，寿命长可靠性高；
(4)本发明全部由金属材料制成，与流体阻尼器和粘弹性橡胶材料的阻尼器相比，本发明对空间热交变环境不敏感，对真空环境不敏感，能够在大范围温度变化、高真空度的太空环境中使用；
(5)本发明采用封闭电磁屏蔽壳，可以有效地屏蔽永磁体产生的磁场，防止其影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性；
(6)本发明通过磁屏蔽端盖、磁屏蔽侧板、磁屏蔽底壳形成封闭的空间，将第一永磁体和第二永磁体形成的磁场封闭在腔体内，避免阻尼器磁场向外扩散影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明一种阵列式电涡流阻尼器外形图示；
图3为本发明一种阵列式电涡流阻尼器结构图示；
图4为本发明一种阵列式电涡流阻尼器和安装底座的安装接口图示。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
如图2、3、4所示，一种用于航天器减隔振的阵列式电涡流阻尼器，包括上法兰1、中轴2、上缓冲垫3、磁屏蔽端盖4、连接杆5、电涡流板6、第一永磁体7、第二永磁体8、磁屏蔽侧板9、弹簧侧板10、下缓冲垫11、磁屏蔽底壳12、下法兰13组成。
本发明内部结构和连接关系如下：上法兰1和下法兰13通过4块弹簧侧板10连接。上法兰1和中轴2顶端相连接，中轴2穿过磁屏蔽端盖4的中心孔；中轴2底端用于连接杆5固定，3块电涡流板6通过连接杆5和中轴2组成整体。
16块第一永磁体7和16块第二永磁体8两端固定在磁屏蔽侧板9上，磁屏蔽侧板9上下两端用磁屏蔽端盖4和磁屏蔽底壳12封闭，由磁屏蔽端盖4、磁屏蔽侧板9、磁屏蔽底壳12形成封闭的空间能够将第一永磁体7和第二永磁体8形成的磁场封闭在腔体内，避免阻尼器磁场向外扩散影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性。
在上述连接关系下，上法兰1上下往复运动时，相对下法兰13产生沿轴向的往复运动，从而压缩或拉伸弹簧侧板10；同时驱动中轴2上下往复运动，通过连接杆5带动电涡流板6上下往复运动，使得电涡流板6相对多组第一永磁体7和第二永磁体8形成的磁场产生运动，按照图1所示的工作原理，当电涡流板6上下运动时，所处的磁场在其运动方向上交替变化时，在其内部会形成相应数量的电涡流，继而输出阻尼力。
上缓冲垫3和下缓冲垫11分别固定在中轴2和磁屏蔽底壳12上。其中，上缓冲垫3位于中轴2和磁屏蔽端盖4之间，下缓冲垫11位于电涡流板6与磁屏蔽底壳12之间。中轴2运动到最大轴向行程时，上缓冲垫3和下缓冲垫11起到限制阻尼器轴向行程，同时保护阻尼器内部运动部件的作用。
如图1所示，为了提高阻尼系数，多个永磁体按照磁极交替布置排列，形成多个涡流磁场，当金属板上下运动时，穿过电涡流板的磁场在其运动方向上交替变化时，在其内部会形成相应数量的涡流电，磁场便会对载流金属板产生力的作用，阻止金属板的运动，即产生了阻尼力。金属板内产生的涡电流以热能的形式通过阻尼器耗散到周围的介质中。于是电涡流阻尼器不断地将振源传过来的动能转化为金属板单元中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的。与单个永磁体形成的磁场相比，阵列排布的永磁体形成的磁涡流多，从而会产生更大的电涡流，继而输出更大的阻尼力，具备较好的阻尼性能。
本发明工作原理如下：上法兰1提供阻尼器与被隔振设备的安装接口，下法兰13提供与设备安装面的接口，如图4所示。外界的振动载荷通过下法兰13传入时，在沿阻尼器轴向的振动载荷作用下，将使得设备发生轴向往复振动，从而带动阻尼器内的上法兰1相对于下法兰1沿轴向往复运动，根据上文所述的电涡流阻尼器内部结构，将驱动弹簧侧板10往复运动，产生阻尼器输出的刚度，驱动电涡流板6相对于与多组第一永磁体7和第二永磁体8往复运动产生阻尼器输出的阻尼。调整弹簧侧板10的片簧厚度、间隔距离等可以调整阻尼器输出的刚度；调整多组第一永磁体7和第二永磁体8厚度和磁密度、电涡流板6厚度等参数可以调整阻尼器输出的阻尼。根据设备重量、振动输入大小和频率等设计合适的阻尼器输出刚度和阻尼，就可以起到减隔振的效果。
本发明采用永磁体来提供现成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可以实现较大的阻尼比，从而避免给航天器系统带来额外的能源负担；
本发明通过阵列排布的永磁体组合形成高密度磁场，具有高磁场利用率，高阻尼力与阻尼器整体质量比值；
本发明通过周向布置的弹簧侧板实现无接触轴向往复运动，运动时无摩擦磨损，寿命长可靠性高；
本发明全部由金属材料制成，与流体阻尼器和粘弹性橡胶材料的阻尼器相比，本发明对空间热交变环境不敏感，对真空环境不敏感，能够在大范围温度变化、高真空度的太空环境中使用；
本发明采用封闭电磁屏蔽壳，可以有效地屏蔽永磁体产生的磁场，防止其影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性；
本发明通过磁屏蔽端盖、磁屏蔽侧板、磁屏蔽底壳形成封闭的空间，将第一永磁体和第二永磁体形成的磁场封闭在腔体内，避免阻尼器磁场向外扩散影响周围其它元器件，具备良好的电磁兼容特性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，包括上法兰(1)、中轴(2)、上缓冲垫(3)、磁屏蔽端盖(4)、连接杆(5)、电涡流板(6)、第一永磁体(7)、第二永磁体(8)、磁屏蔽侧板(9)、弹簧侧板(10)、下缓冲垫(11)、磁屏蔽底壳(12)和下法兰(13)，
上法兰(1)固定在卫星的舱板上，下法兰(13)固定在相机或太阳翼根部的铰链上；
上法兰(1)和下法兰(13)通过弹簧侧板(10)连接，初始为压缩状态；
上法兰(1)和中轴(2)顶端相连接，中轴(2)穿过磁屏蔽端盖(4)的中心孔；中轴(2)底端与连接杆(5)固定，电涡流板(6)通过连接杆(5)和中轴(2)组成整体，形成阻尼系统；
第一永磁体(7)和第二永磁体(8)两端固定在磁屏蔽侧板(9)上，磁屏蔽侧板(9)上下两端通过磁屏蔽端盖(4)和磁屏蔽底壳(12)封闭，通过磁屏蔽端盖(4)、磁屏蔽侧板(9)及磁屏蔽底壳(12)形成封闭的空间，将第一永磁体(7)和第二永磁体(8)形成的磁场封闭在腔体内，阻止阻尼器磁场向外扩散；
上缓冲垫(3)和下缓冲垫(11)分别固定在中轴(2)和磁屏蔽底壳(12)上，其中，上缓冲垫(3)位于中轴(2)和磁屏蔽端盖(4)之间，下缓冲垫(11)位于电涡流板(6)与磁屏蔽底壳(12)之间，实现阻尼器缓冲；
中轴(2)运动到最大轴向行程时，上缓冲垫(3)和下缓冲垫(11)限制阻尼器轴向行程。
2.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，外界的振动载荷通过下法兰(13)传入时，在沿阻尼器轴向的振动载荷作用下，设备发生轴向往复振动，从而带动阻尼器内的上法兰(1)相对于下法兰(13)沿轴向往复运动，从而压缩或拉伸弹簧侧板(10)往复运动。
3.根据权利要求2所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，上法兰(1)上下往复运动时，相对下法兰(13)产生沿轴向的往复运动，同时驱动中轴(2)上下往复运动，通过连接杆(5)带动电涡流板(6)上下往复运动，使得电涡流板(6)相对多组第一永磁体(7)和第二永磁体(8)形成的磁场产生运动。
4.根据权利要求3所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，当电涡流板(6)上下运动时，所处的磁场在其运动方向上交替变化时，在其内部形成相应数量的电涡流，继而输出阻尼力。
5.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，调整弹簧侧板(10)的片簧厚度、间隔距离，以调整阻尼器输出的刚度。
6.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，调整多组第一永磁体(7)、第二永磁体(8)厚度和磁密度、电涡流板(6)厚度，以调整阻尼器输出的阻尼。
7.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，根据设备重量、振动输入大小和频率，设计阻尼器输出刚度和阻尼，以调整减隔振。
8.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，磁屏蔽筒和磁屏蔽端盖均由磁钢制成。
9.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，弹簧侧板(10)至少三块，且周向布置于上法兰(1)和下法兰(13)之间。
10.根据权利要求1所述的一种阵列式电涡流阻尼器，其特征在于，第一永磁体(7)和第二永磁体(8)数量相等，极性相反为一组呈阵列排布在磁屏蔽侧板(9)上。
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