[发明专利]一种用于抑制轴向振动的电涡流耗能阻尼器

说明书

技术领域

本发明属于结构振动控制技术领域，具体涉及一种用于抑制轴向振动的电涡流耗能阻尼器，该装置能对结构的轴向振动进行抑制。

技术背景

航空、航天、机械、土木以及环境等许多工程领域都普遍存在着振动问题，可带来噪声、设施疲劳等危害。有效地控制振动，降低振动带来的危害，一直是工程技术人员的研究重点。关于结构振动控制研究早在20世纪始于机械工程，而后发展到航空航天工程。

传统的结构减振方式是通过增强结构本身的抗振动性能（强度、刚度）延性来抵御外界激励作用，即由结构本身储存和消耗振动能量，这是被动消极的抗振对策。合理有效的抗振途径是对结构施加抗振装置，由抗振装置与结构共同储存和耗散振动能量，以调节和减轻结构的振动作用反应。结构耗能减震技术是在结构物的某些部位（如支撑、节点、连接件）等设置耗能装置，通过耗能装置产生摩擦、弯曲、弹塑性滞回变形来耗散或吸收振动输入结构中的能量，以减小主体结构的振动响应。耗能减震器可依据不同的材料，不同的耗能机理和不同的构造来制造。目前研发的耗能减震器种类很多，依耗能减震器的耗能机理可分为摩擦耗能器、弹塑性耗能器、粘弹性耗能器、粘滞性阻尼器和电（磁）感应式耗能器。

目前在结构振动控制技术领域得到广泛应用的是粘滞性阻尼器，特别是油液式阻尼器。这类阻尼器主要结构包括缸体、粘滞液体、活塞、活塞杆、阻尼材料腔、密封端套、密封环等部件。此类阻尼器在工作的过程中需要液体介质，因而对密封性能要求较高，而且也不适用于一些温度变化剧烈的场合，比如航天器在轨运行中，工况十分复杂、恶劣，对阻尼器性能的可靠性要求很高。

电涡流阻尼器属于电（磁）感应式耗能器，现有的电涡流阻尼器，一般都是基于导体（非导磁材料）在磁场中运动或在交变磁场中产生电涡流效应的原理来工作。当涡电流产生后，磁场便会对导体产生力的作用，阻止导体的运动，即产生了阻尼力。导体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导体中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的。相比其他传统阻尼器，电涡流阻尼器具有结构简单、非接触、无需工作介质、寿命长及刚度与阻尼可控等特点，特别是非接触性，它不改变结构的动态特性或者导致质量局部集中以及增加系统的刚度，在工作过程中不需要粘性介质、密封部件以及定期的维护。

目前在土木、建筑减震领域有相关应用研究，大都是利用一块或者多块金属板与永磁体之间的相对运动产生来产生阻尼力，且利用弹簧等弹性元件使金属板恢复平衡位置。此类电涡流阻尼器结构较简单，没有充分利用永磁体的磁场，导致金属板内的电涡流较小，从而影响阻尼力的大小，并且金属弹簧容易产生摩擦，影响其可靠性。因此，为了达到阻尼效果，其尺寸都很大，重量很重，很大程度上影响到电涡流阻尼器的推广应用。

航天器在轨道中长期运行，工作环境恶劣，维护不便，这对阻尼器的性能、使用寿命提出了苛刻的要求，在这种情况下，电涡流阻尼器可以很好的发挥自己的有点。显然现有的电涡流阻尼器不适用于航天器的需求。鉴于此，本发明提出了一种新型的电涡流阻尼器结构设计方案，其结构紧凑，阻尼特性好、可靠性高，且对中性较好，可以应用于航天相关器件以及其它精密器械的减振需求。

发明内容

1、目的：本发明的目的是设计和提供一种用于抑制轴向振动的电涡流耗能阻尼器，它具有结构简单、非接触、无需工作介质、寿命长及刚度与阻尼可控等特点，特别是非接触性，它不改变结构的动态特性或者导致质量局部集中以及增加系统的刚度，在工作过程中不需要粘性介质、密封部件以及定期的维护。

2、技术方案：电涡流阻尼器是利用电磁感应原理产生阻尼的一种阻尼减振装置。电涡流阻尼器的工作原理是：阻尼器安装在振源与减振设备之间时，如图1所示，当振动输入时，带动阻尼器内部的金属板单元切割永磁体产生的磁场，于是在金属板单元表面产生了涡电流，涡电流的方向符合Fleming右手法则。当涡电流产生后，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。阻尼力的方向符合Flemin左手法则。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。

为了提高阻尼系数，可以通过尽可能的增加导体内的磁通变化量来达到目的。如图2所示，当导体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，与单一磁场方向的结构方案比较而言，阵列方案中将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。