電磁阻尼器氣隙磁通密度對力矩特性的影響
王燕芳1，羅玲2
(1鄭州航空工業管理學院，河南鄭州450015；2西北工)lk大學，陜西西安710072）
摘要：電磁阻尼器氣隙磁場的磁感應強度是影啊阻尼力矩大小的重要因素。基于有限元電磁場分析軟件magnet建立三維仿真模型，在0~5 000 r/rn，n轉速范圍內進行三維瞬態運動仿真，通過改變磁鋼材料和磁極對數，研究了氣隙磁通密度變化對力矩特性的影響。仿真獲知電磁阻尼器阻尼力矩與氣隙磁密基波幅值的平方成正比關系。
關鍵詞：電磁阻尼器；氣隙磁通密度；三維仿真；力矩特性
中圖分類號：tm33 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018(2010)07-oov,-03
0引言
本文研究的電磁阻尼器依據空心杯電機結構設計，主要用于飛船及空間站的交會對接機構中，阻尼器與壓縮運動裝置組成電磁對接減振系統，在兩個航天器進行空間對接的過程中，吸收對接機構之間接觸撞擊產生的巨大能量，使交會對接過程平穩。
電磁阻尼器的阻尼力矩和轉子轉速之間的關系稱為力矩特性。阻尼力矩與轉子轉速的比值為力矩特性斜率如下：
力矩特性是電磁阻尼器最重要的外特性，其特性的好壞直接影響著阻尼器對能量的吸收和耗散。當電磁阻尼器力矩特性為線性時，研究阻尼力矩與某參數的關系可以轉化為研究力矩特性斜率與該參數的關系。
1結構與特點
電磁阻尼器轉子為一特殊結構的金屬體電樞杯，定子采用內磁式分立結構，由外定子和內定子組成，稀土永磁體位于內定子上，轉子杯位于稀土永磁體和外定子之間。機殼、內定子、永磁體和工作氣隙構成了阻尼器的閉合磁路，在工作氣隙中建立一個工作磁場。具體結構如圖1所示。
原動機拖動轉子旋轉，金屬轉子杯切割定子磁場，從而在轉子杯中感應出渦電流，渦電流與定子磁場相互作用產生一個與轉子杯轉動方向相反的力矩，這個力矩具有阻礙電樞轉子運動的作用，稱其為阻尼轉矩3j。該電磁阻尼器的工作原理相當于一臺內部短路的杯形電樞發電機。
該電磁阻尼器具備了空心杯電機體積小、重量輕、低慣量、驅動性好等優點，又因其結構的特殊性，還具有以下特點：
(1)比起繞線式轉子杯結構，金屬轉子杯工藝難度較小，電樞結構強度較好；
(2)內磁式結構可以使轉子直徑較大，提高單位長度出力；
(3)轉子杯為金屬體，其結構簡單，不需要外部電源和控制，使用比較安全。
2三維瞬態運動仿真模型的簡化
由于電磁阻尼器轉子結構為一特殊的金屬杯，其端部除了兩端的外定子機殼，還包含了轉子杯的杯底部分。軟件的二維仿真無法實現不同軸向變化的動態求解。在此，特采用magnet有限元電磁場分析軟件進行電磁阻尼器的三維仿真。
為準確仿真電磁阻尼器力矩特性，需建立與樣機完全一致的樣機整體模型，如圖1所示。
三維運動仿真要求硬件配置高、耗時長，為降低仿真硬件的配置和加快三維運動求解的速度，在此去掉樣機兩側端部的外定子機殼，建立樣機簡化三維仿真模型，如圖2所示。
模型求解建立三維空間坐標，z軸位于轉心線上，轉子杯開口方向設為正方向，過磁鋼軸點垂直z軸的橫截面設為xoy坐標平面。
過xoy坐標平面作切片，獲取電磁阻尼器向剖面圖，如圖3所示。
在轉子杯與內定子之間的氣隙內，沿軸向圓周半徑為11. 675 mm上的氣隙磁通密度波圖4 |
