[发明专利]一种基于螺旋传动方式的轴向电涡流阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种利用螺旋传动方式制作的大型轴向电涡流阻尼器，特别适用于工作频率低且要求阻尼系数大、工作行程长的大型土木工程结构的被动和半主动振动控制。 

背景技术

 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。与结构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。目前，电涡流阻尼器已广泛用作载重汽车的软刹车系统。因为磁体和导体板都是质量密度很高的物质，与具备相同阻尼系数和最大阻尼力的粘滞流体阻尼器相比，采用相同运动方式的电涡流阻尼器往往要重很多、大很多。计算表明，按磁体与导体之间直接采用轴向相对运动方式制作一个在每秒一厘米的速度下产生10kN阻尼力的轴向电涡流阻尼器，其重量要比粘滞流体阻尼器高一到两个数量级，已无实用价值。因此提高电涡流阻尼器的阻尼力与自身重量比，制作出大阻尼系数的电涡流阻尼器是在土木工程领域推广和应用电涡流阻尼技术亟待解决的关键问题。目前我国已公开的轴向电涡流阻尼器发明专利主要从防止漏磁和优化磁路设计的的途径去提高阻尼器的性能，对提高阻尼力与自身重量比的作用有限。 

发明内容

 本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于螺旋传动方式的轴向电涡流阻尼器，可以将旋转式电涡流阻尼部分的阻尼系数放大成百上千倍，转变为非常大的轴向阻尼系数，解决了一般电涡流方式难以制作大阻尼系数的轴向阻尼器问题，特别适用于工作频率低且要求很大的阻尼系数的大型土木工程结构的振动控制，结构简单耐用。

本发明的技术方案为，一种基于螺旋传动方式的轴向电涡流阻尼器，包括传动组件、旋转式电涡流阻尼产生器，所述传动组件为螺旋副传动组件；所述旋转式电涡流阻尼产生器包括大小一致且按上下平行设置的由导磁材料制成的上圆盘和下圆盘，所述螺旋副传动组件沿上圆盘和下圆盘的轴向方向贯穿上圆盘和下圆盘，并在上圆盘与下圆盘之间设有与上圆盘平行的由导电材料或导磁材料制成的旋转圆盘，所述旋转圆盘安装在螺旋副传动组件上并随螺旋副传动组件做旋转运动；所述上圆盘与下圆盘之间还设有多对磁体，每对磁体包括上磁体和沿上圆盘轴线方向安装在上磁体下方的下磁体，所述每对磁体中上磁体与下磁体相对的磁极极性相反；所述旋转式电涡流阻尼产生器还设有两端分别与上圆盘、下圆盘连接并提供导磁回路的立柱，所述上磁体和下磁体均置于立柱与螺旋副传动组件之间。

所述上磁体、下磁体均与立柱之间留有空隙。

根据电涡流阻尼的实现方式，本发明所采用的技术方案包括磁体固定式方案和磁体旋转式方案两种。

磁体固定式方案为：上磁体安装在上圆盘底面，而下磁体安装在下圆盘顶面，旋转圆盘为导电材料；立柱可以设置与上磁体数量一致的立柱，且立柱与对应上磁体在上圆盘的径向直线上；立柱还可以设置成封闭的圆环形；上磁体、下磁体均与旋转圆盘之间留有空隙。以上两种立柱设置方式均可实现磁路最短和防止漏磁的目的。其中设置与上磁体数量一致的立柱时，可以减轻阻尼器结构重量；而设置圆环形立柱时，圆环形立柱与上下圆盘可以形成一个坚固的封闭的空腔，保护内部结构，并可彻底消除漏磁现象。

当旋转圆盘旋转时切割磁体的磁力线，立即在旋转圆盘内产生电涡流，同时产生阻碍旋转圆盘旋转的阻尼力。每对磁体产生一个垂直通过旋转圆盘的强磁场，旋转圆盘应与上下磁体保持2至3mm的距离；磁体沿圆周方向的平面布置按照磁路最短原则安排。

磁体一般用永磁体，如要求特别大的磁场强度或进行半主动控制，则应采用电磁铁。旋转圆盘由优良导电材料制成，如电工紫铜。所述上圆盘、下圆盘与立柱都由导磁性能良好的材料制成，例如电工软铁或低碳钢。