Результат интеллектуальной деятельности: МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЙ ДЕМПФЕР

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Технические результаты, получаемые при реализации данного изобретения, состоят в уменьшении массогабаритных характеристик магнитоиндукционного демпфера, увеличении коэффициента демпфирования демпфера и повышении жесткости ЭЭ.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Повышение жесткости ЭЭ достигается непосредственно за счет самих выступов, так как они выполняют функцию ребер жесткости такой конструкции.

Таким образом, определенная форма ЭЭ магнитоиндукционного демпфера позволяет улучшить его массогабаритные характеристики, повысить коэффициент демпфирования, а также жесткость ЭЭ.

На чертеже показана схема одного из вариантов реализации заявленного магнитоиндукционного демпфера.

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.

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.

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.

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.

Выступы А, фактически являясь ребрами жесткости, повышают жесткость конструкции ротора 2.