一種三維磁場電磁阻尼裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種三維磁場電磁阻尼裝置及阻尼方法，該裝置包括U型鐵心、磁多極子和阻尼鋁片，其中，所述磁多極子對稱緊貼于所述U型鐵心的相對兩面，每面由多塊永磁體N、S交錯相接構成，所述阻尼鋁片位于所述U型鐵心的氣隙中，該阻尼鋁片與待阻尼機構固定連接。本發明采用若干塊永磁體N、S交錯分布構成空間三維磁場，既滿足了磁場不均勻的要求，又滿足磁場各個方向都比較大的要求，實現了阻尼鋁片在各個方向上運動時都有比較好的阻尼效果。同時，非接觸的結構和不導磁的阻尼鋁片保證了電磁阻尼不會產生任何附加的力，保證了測量精度，可應用于精密電磁天平或者其他需消除機械振動等領域。
【專利說明】一種三維磁場電磁阻尼裝置及方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種阻尼器及阻尼方法，具體涉及一種無接觸式三維磁場電磁阻尼裝置及阻尼方法。
【背景技術】
[0002]質量測量是物理中基本測量之一，物理實驗中最常用的測量質量的工具是天平。精密天平一般通過刀口來解耦懸掛的砝碼與天平橫梁，當懸掛的砝碼在晃蕩時會造成質量測量的誤差，所以一般天平都會加上阻尼器以使懸掛物體盡快靜止下來。普通天平的阻尼器，要使天平在不到一分鐘的時間內靜止下來，而精密天平的阻尼器，則應使天平在擺動1-2個周期內完全靜止，并且不能影響到質量的測量。
[0003]一般天平采用空氣阻尼，空氣阻尼由內阻尼筒和外阻尼筒構成，內外阻尼筒相隔很小的氣隙，內阻尼筒晃動時在外阻尼筒內造成空氣流動，產生阻尼力。空氣阻尼的優點是結構簡單，絕對無接觸。但是它的缺點也很明顯:阻尼力太小，較重的物體阻尼效果不明顯，往往需要比較長的時間才能阻尼住；而且內外阻尼筒的間隙必須要很小，很容易造成碰擦，引起測量誤差。另外，也有天平采用油阻尼，懸掛物體在油中運動的時候會使得油流動從而形成阻尼力。油阻尼相對空氣阻尼來講阻尼力要大得多，很快就能阻尼住。但是它也有很多缺點:油會產生浮力；油與懸掛物體必須接觸，從而會沿著接觸桿不斷往上滲析；在懸掛物體晃蕩時，會造成接觸桿上沾附上油而造成質·量變化。
[0004]不光是天平，任何機械結構受到載荷作用的時候都會產生振動。在高、精、尖等【技術領域】，機械振動會造成結構破壞失效、精度下降、壽命縮短以及出現傷亡事故。例如，火箭發射時，沖擊載荷會造成的結構破壞、發射精度降低；汽車行駛時，路面的粗糙不平使其舒適性降低；儀器儀表受到振動時，會導致其測量精度下降等等。實踐中，為克服機械結構載荷所產生的振動，采用了設置阻尼器的方法，在一定程度上增加機械結構的阻尼系數，使得結構快速穩定，所以，阻尼效果好、結構簡單、安裝方便的阻尼器將廣泛應用于各種機械結構中。
【發明內容】
[0005]本發明為了克服上述機械結構阻尼器的各種缺點，設計了一種三維磁場電磁阻尼裝置及阻尼方法。
[0006]根據本發明的具體實施例，揭示了一種三維磁場電磁阻尼裝置，該裝置包括U型鐵心、磁多極子和阻尼鋁片，其中，所述磁多極子對稱緊貼于U型鐵心的相對兩面，每面由多塊永磁體N、S交錯相接構成；所述阻尼鋁片位于U型鐵心的氣隙中，該阻尼鋁片與待阻尼機構固定連接。
[0007]優選地，所述U型鐵心采用硅鋼片疊裝構成。
[0008]優選地，所述U型鐵心相對兩面各分布所述磁多極子的四塊永磁體，每塊永磁體相對、相鄰的均為反極。[0009]優選地，所述U型鐵心的氣隙寬度為16mm，阻尼鋁片的寬度為10mm。
[0010]根據本發明提供的另外實施例，揭示了一種三維磁場電磁阻尼方法，包括將多個永磁體相鄰、相對互為反極地固定，在所述多個永磁體的氣隙中形成一個三維磁場；將阻尼鋁片和待阻尼機構固定連接，并將該阻尼鋁片置于所述多個永磁體的氣隙中，利用氣隙磁場中的渦流形成阻尼效應。
[0011]優選地，所述多個永磁體固定于U型鐵心的相對兩面，該多個永磁體為相鄰、相對位置均互為反極地交錯對稱結構。
[0012]優選地，所述待阻尼機構為天平。其中，所述U型鐵心的氣隙寬度為16mm，阻尼鋁片的寬度為10mm。
[0013]本發明提出的技術方案，采用若干塊永磁體N、S交錯分布構成空間三維磁場，既滿足了磁場不均勻的要求，又滿足磁場各個方向都比較大的要求，實現了阻尼鋁片在各個方向上運動時都有比較好的阻尼效果。同時，非接觸的結構和不導磁的阻尼鋁片保證了電磁阻尼不會產生任何附加的力，保證了測量精度，可應用于精密電磁天平或者其他需消除機械振動的領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，還可以根據這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0015]圖1a為本發明的三維磁場電磁阻尼裝置的立體結構圖；
[0016]圖1b為本發明的三維磁場電磁阻尼裝置的主視圖；
[0017]圖1c為本發明的三維磁場電磁阻尼裝置的俯視圖；
[0018]圖2a為本發明的磁多極子的左部永磁體分布圖；
[0019]圖2b為本發明的磁多極子的右部永磁體分布圖；
[0020]圖3為本發明的三維磁場電磁阻尼裝置的安裝示意圖；
[0021]圖4為本發明的磁力線有限元計算的俯視圖；
[0022]圖5為本發明的磁感應強度有限元計算的俯視圖；
[0023]圖6為本發明的磁力線有限元計算的主視圖；
[0024]圖7為本發明的磁感應強度有限元計算的主視圖。
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖對本發明各實施例的技術方案進行清楚、完整描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發明所保護的范圍。
[0026]圖1系列是本發明的實施例中三維磁場電磁阻尼裝置，其中，圖1a為本發明的三維磁場電磁阻尼裝置的立體結構圖，圖1b為該三維磁場電磁阻尼裝置的主視圖，圖1c為該三維磁場電磁阻尼裝置的俯視圖。如圖所示，本裝置包括U型鐵心1、多塊永磁體構成的磁多極子2和阻尼鋁片3，其中，磁多極子2分為左右兩部分，每部分別自然緊貼于U型鐵心I的相對兩面，阻尼鋁片3則位于U型鐵心I的氣隙中。本實施例中U型鐵心I采用硅鋼片疊裝而成，磁多極子2采用磁場強度較高的永磁體，阻尼鋁片3絕對不導磁。當阻尼鋁片3在U型鐵心的氣隙中運動時，會感應出渦流，渦流在磁場中產生電磁力，從而阻止阻尼鋁片3運動,產生阻尼效應。
[0027]渦流是由垂直于導體平面的時變磁場產生的，滿足麥克斯韋方程組:
【權利要求】
1.一種三維磁場電磁阻尼裝置，其特征在于，該裝置包括U型鐵心、磁多極子和阻尼鋁片，其中，所述磁多極子對稱緊貼于所述U型鐵心的相對兩面，每面由多塊永磁體N、S交錯相接構成；所述阻尼鋁片位于所述U型鐵心的氣隙中，該阻尼鋁片與待阻尼機構固定連接。
2.根據權利要求1所述的三維磁場電磁阻尼裝置，其特征在于，所述U型鐵心采用硅鋼片疊裝構成。
3.根據權利要求2所述的三維磁場電磁阻尼裝置，其特征在于，所述U型鐵心相對兩面各分布所述磁多極子的四塊永磁體，每塊永磁體相對、相鄰的均為反極。
4.根據權利要求3所述的三維磁場電磁阻尼裝置，其特征在于，所述U型鐵心的氣隙寬度為16mm,所述阻尼招片的寬度為10mm。
5.—種三維磁場電磁阻尼方法,其特征在于，將多個永磁體相鄰、相對互為反極地固定，在所述多個永磁體的氣隙中形成一個三維磁場；將阻尼鋁片和待阻尼機構固定連接，并將該阻尼鋁片置于所述多個永磁體的氣隙中，利用氣隙磁場中的渦流形成阻尼效應。
6.根據權利要求5所述的三維磁場電磁阻尼方法，其特征在于，所述多個永磁體固定于U型鐵心的相對兩面，該多個永磁體為相鄰、相對均互為反極地交錯對稱固定。
7.根據權利要求6所述的三維磁場電磁阻尼方法，其特征在于，所述待阻尼機構為天平。
8.根據權利要求7所述的三維磁場電磁阻尼方法，其特征在于，所述U型鐵心的氣隙寬度為16mm,所述阻尼招片的寬度為10mm。
【文檔編號】G01G23/10GK103728006SQ201410035988
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】張鐘華, 李正坤, 許金鑫, 李世松, 魯云峰, 韓冰, 賀青 申請人:中國計量科學研究院