RU2343491C2

RU2343491C2 - Magnetic damper

Info

Publication number: RU2343491C2
Application number: RU2006137399/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Колесников (RU); Сергей Васильевич Колесников; Владимир Петрович Нохрин (RU); Владимир Петрович Нохрин; нин Виталий Григорьевич Соб (RU); Виталий Григорьевич Собянин; Александр Васильевич Санников (RU); Александр Васильевич Санников; Павел Федорович Сивогривов (RU); Павел Федорович Сивогривов
Original assignee: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2006137399A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is attributed to electric engineering in particular to damping devices of inductive type working on the principle of eddy-current braking and can be used for movement damping for instance for vibrations in mechanical systems. Magnetic damper comprises at least one pair of magnet poles and electric conducting element located in magnetic field. Specified elements are installed with possibility of their relative movement. Electric conducting element is made with at least one projection protruding beyond pole dimensions in such a way that it is located in maximum proximity to at least one pole and is interfused throughout the height by its fringing magnetic fluxes. Protrusion area in any of its sections perpendicular to movement direction is selected from condition of providing minimal electric resistance for eddy-currents inducted in electric conducting element.

EFFECT: mass-dimensional parameters decrease, damping factor increase and electric conducting element rigidity increase.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к демпфирующим устройствам индукционного типа (работающим на принципе торможения вихревыми токами), и может быть использовано для демпфирования движения (например, колебаний в механических системах).The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to induction-type damping devices (operating on the principle of eddy current braking), and can be used to dampen motion (for example, vibrations in mechanical systems).

В инерционном демпфере, описанном в авторском свидетельстве СССР №1642559, МКИ5 Н02К 49/04, опубл. в Бюл. №14 15.04.91. и выбранном в качестве аналога, задача увеличения степени демпфирования решается применением дополнительных электропроводящих дисков (роторов) и дополнительных статоров с постоянными магнитами, что, по сути, эквивалентно размещению на одном валу нескольких инерционных демпферов и, как следствие, приводит к увеличению массогабаритных характеристик устройства из-за тиражирования дополнительных пассивных конструктивных элементов, не создающих эффекта индукционного торможения.In the inertial damper described in the USSR author's certificate No. 1642559, MKI5 H2O 49/04, publ. in bull. No. 14 04/15/91. and selected as an analog, the problem of increasing the degree of damping is solved by using additional electrically conductive disks (rotors) and additional stators with permanent magnets, which, in essence, is equivalent to placing several inertial dampers on one shaft and, as a result, leads to an increase in the mass-dimensional characteristics of the device from -for the replication of additional passive structural elements that do not create the effect of induction braking.

В демпфирующем устройстве, описанном в патенте Великобритании №2103023, МКИ3 Н02К 49/00 и выбранном в качестве прототипа, магнитоиндукционный демпфер содержит вращающийся электропроводящий элемент (ЭЭ) в виде дискового ротора постоянной толщины, размещенный в магнитном поле постоянных магнитов.In the damping device described in British Patent No. 2103023, MKI3 H2K 49/00 and selected as a prototype, the magneto-induction damper comprises a rotating electrically conductive element (EE) in the form of a constant-thickness disk rotor located in a magnetic field of permanent magnets.

Недостаток известного устройства заключается в том, что наружный диаметр ротора значительно выступает за наружные поверхности полюсных наконечников, обеспечивая при этом минимально возможное электрическое сопротивление ротора для индуцируемых вихревых токов. Поэтому корпус приведенного демпфера, внутри которого вращается ротор, должен иметь габаритный размер не менее наружного диаметра ротора. Следовательно, величина наружного диаметра ротора напрямую влияет на один из габаритных размеров демпфера.A disadvantage of the known device is that the outer diameter of the rotor protrudes significantly beyond the outer surfaces of the pole pieces, while providing the minimum possible electrical resistance of the rotor for induced eddy currents. Therefore, the housing of the reduced damper, inside which the rotor rotates, must have an overall dimension of at least the outer diameter of the rotor. Therefore, the outer diameter of the rotor directly affects one of the overall dimensions of the damper.

Кроме того, к недостаткам описываемого в указанном патенте демпфера относится то, что краевые магнитные потоки рассеяния, также участвующие в образовании вихревых токов, прежде чем пересечь ротор, значительную часть своего пути проходят через воздух, который имеет большое магнитное сопротивление. Чем дальше от магнита часть ротора, пронизываемая магнитным потоком, тем меньше будет напряженность магнитного поля в этом месте и тем меньшей силы будет индуцируемый вихревой ток и соответственно меньше развиваемый коэффициент демпфирования.In addition, the disadvantages of the damper described in this patent include the fact that the edge magnetic scattering fluxes, which are also involved in the formation of eddy currents, pass through the air, which has a high magnetic resistance, before crossing the rotor. The farther away from the magnet the part of the rotor penetrated by the magnetic flux, the lower the magnetic field strength at this place and the less the induced eddy current and, accordingly, the less developed damping coefficient.

Недостаток известного устройства заключается также в том, что приведенная конструкция ротора обладает малой жесткостью, так как ротор имеет незначительную постоянную толщину по отношению к своему наружному диаметру. В зависимости от области применения, в прототипе - это космическое судостроение, демпфер может эксплуатироваться при больших механических нагрузках, а в этом случае предпочтительней иметь конструкцию ротора с повышенным запасом по жесткости.A disadvantage of the known device is that the rotor design shown has low rigidity, since the rotor has an insignificant constant thickness with respect to its outer diameter. Depending on the application, the prototype is space shipbuilding, the damper can be operated at high mechanical loads, and in this case it is preferable to have a rotor design with a high margin of rigidity.

Технические результаты, получаемые при реализации данного изобретения, состоят в уменьшении массогабаритных характеристик магнитоиндукционного демпфера, увеличении коэффициента демпфирования демпфера и повышении жесткости ЭЭ.The technical results obtained by the implementation of this invention consist in reducing the overall dimensions of the magneto-induction damper, increasing the damping coefficient of the damper and increasing the stiffness of the EE.

Это достигается тем, что в магнитоиндукционном демпфере, содержащем, по крайней мере, одну пару магнитных полюсов и ЭЭ, размещенный в их магнитном поле, причем указанные элементы установлены с возможностью их относительного перемещения, новым является то, что ЭЭ выполнен, по крайней мере, с одним выступом, выступающим за габариты магнитных полюсов так, что он максимально приближен, по меньшей мере, к одному магнитному полюсу и пронизывается по высоте его краевыми магнитными потоками рассеяния, при этом площадь выступа в любом сечении, перпендикулярном направлению перемещения, выбрана из условия обеспечения минимально возможного электрического сопротивления для индуцируемых в ЭЭ вихревых токов.This is achieved by the fact that in the magneto-induction damper containing at least one pair of magnetic poles and EE located in their magnetic field, and these elements are installed with the possibility of their relative movement, it is new that the EE is made at least with one protrusion protruding beyond the dimensions of the magnetic poles so that it is as close as possible to at least one magnetic pole and is pierced in height by its edge magnetic fluxes of scattering, while the protrusion area in any section, perp in the direction of displacement, selected from the condition of providing the lowest possible electrical resistance for eddy currents induced in the EE.

Выполнение ЭЭ, по крайней мере, с одним выступом вдоль направления перемещения позволяет уменьшить массогабаритные характеристики демпфера, т.к. при этом фактически происходит перераспределение части материала ЭЭ, выступающего за габариты магнитных полюсов, что приводит к уменьшению одного из размеров ЭЭ.The performance of the EE with at least one protrusion along the direction of movement allows to reduce the weight and size characteristics of the damper, because in this case, a redistribution of a part of the EE material protruding beyond the dimensions of the magnetic poles actually occurs, which leads to a decrease in one of the EE sizes.

Указанный выступ может иметь произвольную форму сечения, перпендикулярного направлению относительного перемещения, при этом площадь упомянутого сечения выступа выполняется исходя из условия обеспечения минимально возможного электрического сопротивления для индуцируемых в ЭЭ вихревых токов. В противном случае, увеличение площади сечения дает увеличение массы, а уменьшение - падение коэффициента демпфирования, т.е. в любом случае ведет к ухудшению удельных характеристик такого демпфера. При этом величина минимально возможного электрического сопротивления определяется в зависимости от энергии магнитов и площади магнитных полюсов.The specified protrusion may have an arbitrary cross-sectional shape perpendicular to the direction of relative displacement, while the area of the said protrusion cross-section is performed on the basis of the condition for ensuring the lowest possible electrical resistance for eddy currents induced in the EE. Otherwise, an increase in the cross-sectional area gives an increase in mass, and a decrease gives a decrease in the damping coefficient, i.e. in any case, leads to a deterioration in the specific characteristics of such a damper. In this case, the minimum possible electrical resistance is determined depending on the energy of the magnets and the area of the magnetic poles.

Чем меньше необходимо выполнить габариты магнитоиндукционного демпфера, тем меньше следует выполнять воздушный зазор между магнитным полюсом и выступом ЭЭ, тоньше ширину выступа и больше его высоту.The smaller the dimensions of the magneto-induction damper need to be fulfilled, the less should be the air gap between the magnetic pole and the EE protrusion, the thinner the protrusion width and the greater its height.

Так как вихревые токи образуются в материале ЭЭ только при его поступательном или вращательном движении (или при движении магнитных полюсов), то выступ следует выполнять на всем протяжении пути перемещения.Since eddy currents are formed in the EE material only when it is translational or rotational (or when the magnetic poles move), the protrusion should be performed along the entire travel path.

Увеличение коэффициента демпфирования достигается более рациональным использованием краевых магнитных потоков рассеяния (также участвующих в индуцировании вихревых токов) за счет выполнения ЭЭ с выступом, т.к. при этом часть материала ЭЭ, которая формирует выступ, оказывается ближе, по крайней мере, к одному магнитному полюсу.An increase in the damping coefficient is achieved by a more rational use of edge magnetic fluxes of scattering (also participating in the induction of eddy currents) due to the performance of an EE with a protrusion, since while the part of the EE material that forms the protrusion is closer to at least one magnetic pole.

Чем ближе к магнитному полюсу расположен выступ, пронизываемый краевыми магнитными потоками рассеяния, тем больше будет напряженность магнитного поля в этом месте (меньше расстояние до выступа - меньше магнитное сопротивление для магнитного потока) и тем большей силы будет индуцируемый вихревой ток и соответственно больше развиваемый коэффициент демпфирования.The closer the protrusion penetrated by the edge magnetic fluxes of scattering is located to the magnetic pole, the greater will be the magnetic field strength in this place (the smaller the distance to the protrusion is less magnetic resistance for the magnetic flux) and the greater will be the induced eddy current and, accordingly, the more developed damping coefficient .

Также и в отношении высоты выступа: чем больше высота, тем больше пронизываемая магнитным потоком площадь ЭЭ, в котором индуцируются вихревые токи, тем больше развиваемый коэффициент демпфирования.Also in relation to the height of the protrusion: the higher the height, the greater the area of EE penetrated by the magnetic flux, in which eddy currents are induced, the greater the developed damping coefficient.

Повышение жесткости ЭЭ достигается непосредственно за счет самих выступов, так как они выполняют функцию ребер жесткости такой конструкции.The increase in the rigidity of the EE is achieved directly due to the protrusions themselves, since they perform the function of stiffeners of this design.

Таким образом, определенная форма ЭЭ магнитоиндукционного демпфера позволяет улучшить его массогабаритные характеристики, повысить коэффициент демпфирования, а также жесткость ЭЭ.Thus, a certain form of EE of the magneto-induction damper can improve its weight and size characteristics, increase the damping coefficient, as well as the rigidity of the EE.

На чертеже показана схема одного из вариантов реализации заявленного магнитоиндукционного демпфера.The drawing shows a diagram of one of the embodiments of the claimed magnetic induction damper.

Здесь: 1 - пара магнитных полюсов; 2 - электропроводящий элемент (ротор); 3 - силовые линии магнитного поля (линии магнитной индукции); 4 - силовые линии краевых магнитных потоков рассеяния; А - выступы электропроводящего элемента; Б - направление вращательного движения электропроводящего элемента.Here: 1 - a pair of magnetic poles; 2 - electrically conductive element (rotor); 3 - magnetic field lines (lines of magnetic induction); 4 - field lines of edge magnetic fluxes of scattering; And - the protrusions of the electrically conductive element; B - the direction of rotational motion of the electrically conductive element.

Изобретение реализуется следующим образом. В магнитном поле пары магнитных полюсов 1 находится ротор 2, который вращается в направлении Б. На роторе 2 вдоль направления относительного перемещения выполнены выступы А, при этом площадь любого сечения (перпендикулярного направлению перемещения) каждого из выступов А выбрана из условия обеспечения минимально возможного электрического сопротивления для индуцируемых в роторе 2 вихревых токов.The invention is implemented as follows. In the magnetic field of the pair of magnetic poles 1, there is a rotor 2, which rotates in the direction B. On the rotor 2 along the direction of relative movement, protrusions A are made, and the area of any section (perpendicular to the direction of movement) of each of the protrusions A is selected from the condition of ensuring the lowest possible electrical resistance for 2 eddy currents induced in the rotor.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При вращении ротора 2 в магнитном поле магнитных полюсов 1 в роторе 2 индуцируются вихревые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнитных полюсов 1, создает тормозящий момент.The inventive device operates as follows. When the rotor 2 rotates in the magnetic field of the magnetic poles 1 in the rotor 2, eddy currents are induced whose magnetic field, interacting with the magnetic field of the magnetic poles 1, creates a braking moment.

Силовые линии магнитного поля 3, в том числе и силовые линии краевых магнитных потоков рассеяния 4, проходят через ротор 2 и его выступы А, которые с целью улучшения массогабаритных характеристик демпфера максимально приближены к магнитным полюсам 1 (что уменьшает диаметр ротора). Такое приближение выступов А ротора 2 к магнитным полюсам 1 создает прибавку коэффициента демпфирования за счет индуцирования от краевых магнитных потоков рассеяния дополнительных вихревых токов в выступах А.The lines of force of the magnetic field 3, including the lines of force of the edge magnetic fluxes of scattering 4, pass through the rotor 2 and its protrusions A, which are as close as possible to the magnetic poles 1 (which reduces the diameter of the rotor) in order to improve the overall dimensions of the damper. Such an approximation of the protrusions A of the rotor 2 to the magnetic poles 1 creates an increase in the damping coefficient due to the induction of additional eddy currents in the protrusions A.

Выступы А, фактически являясь ребрами жесткости, повышают жесткость конструкции ротора 2.The protrusions A, in fact being stiffeners, increase the rigidity of the rotor 2.

Claims

Magnetic induction damper containing at least one pair of magnetic poles and an electrically conductive element placed in their magnetic field, and these elements are installed with the possibility of their relative movement, characterized in that the electrically conductive element is made of at least one protrusion protruding beyond the dimensions of the magnetic poles so that it is as close as possible to at least one magnetic pole and is pierced in height by its edge magnetic fluxes, while the protrusion area in any section a perpendicular to the direction of movement, is selected from the condition of providing the lowest possible electrical resistance for eddy currents induced in the electrically conductive element.