Магнитный амортизатор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гринчик Николай Николаевич Урбанович Дмитрий Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Магнитный амортизатор, содержащий верхнюю немагнитную опорную пластину с расположенными по кольцу по меньшей мере тремя одинаковыми постоянными магнитами, оси которых, соединяющие соответствующие разноименные полюса, направлены вертикально, установленными на пластине с разделяющими их воздушными зазорами, не меньшими расстояния между указанными полюсами, а также соединяемую с источником колебаний нижнюю немагнитную опорную пластину с аналогично установленными магнитами, расположенными по кольцу, соосному с первым кольцом и меньшему его по диаметру, при этом верхняя платформа выполнена с возможностью ограниченного горизонтального сдвига из положения равновесия на расстояние, не превышающее половины расстояния между полюсами любого из магнитов, а напряженность магнитного поля всех указанных магнитов подобрана таким образом, чтобы обеспечить левитацию верхней платформы над нижней на расстоянии не менее половины расстояния между указанными полюсами от нее. 17281 1 2013.06.30 Изобретение относится к средствам виброзащиты объектов в различных областях техники, в частности к магнитным амортизаторам, и может найти применение в приборостроении, машиностроении, для виброзащиты сканирующих зондовых микроскопов и других прецезионных устройств. Известен механизм стабилизации 1, содержащий основание, подвесы, закрепленные на основании, содержащие виброгасители, в состав которых входят упругие элементы растяжения, соединенные с подвижной платформой, а также магниты, расположенные по замкнутой линии, и проводящий гаситель колебаний, установленный с возможностью взаимодействия с магнитными потоками, образованными магнитами. Продольные оси упругих элементов растяжения расположены под углом к оси линейных колебаний подвижной платформы. Проводящий гаситель колебаний закреплен на подвижной платформе. Магниты закреплены на основании парами с зазорами между магнитами таким образом, что разноименные полюса расположены на внешних поверхностях пар. Недостаток указанного устройства заключается в том, что при достаточной сложности устройства обеспечивается низкая эффективность гасителя колебаний, связанная с контактом подвижных и неподвижных частей. Устройство может ликвидировать вторичные колебания, но не главные колебания, связанные с колебаниями самой рамы устройства,например трактора, на которой находятся подвесы-пружины сидения водителя транспортного средства. В известных амортизационных устройствах 2-8, содержащих пружины, магниты,устройства электромагнитного торможения, также имеются механические связи всех частей демпфера с корпусом устройства, поэтому виброгашение имеет место только для вторичных колебаний, но не главных колебаний, в том числе резонансных колебаний самого устройства, т.к. весьма сложно изготовить электродинамический компенсатор колебаний для высоких и низких резонансных частот в вертикальной и горизонтальной плоскости и одновременным гашением крутильных колебаний при его механической связи с корпусом устройства. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является виброизолятор 9. Виброизолятор (магнитный амортизатор) содержит размещенные между опорными пластинами две витые конические пружины, установленные соосно одна навстречу другой большими основаниями и снабженные демпфером (устройством для гашения энергии колебания). Одна из пружин закреплена основаниями в полости соосного с ней стального сильфона, соединенного своими жесткими торцами соответственно с опорной пластиной и большим основанием другой пружины. Демпфер выполнен в виде двух постоянных магнитов, установленных на каждой из опорных пластин в зоне крепления пружин, и ферромагнитного порошка, заполняющего часть полости сильфона. Недостатком данного устройства является низкая эффективность виброизоляции главного колебания, обусловленная механической связью между опорными пластинами,которые перемещаются как целое, режим виброгашения в этом случае отсутствует. Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности виброгашения. Задача решается следующим образом. Магнитный амортизатор содержит верхнюю немагнитную опорную пластину с расположенными по кольцу по меньшей мере тремя одинаковыми постоянными магнитами, оси которых, соединяющие соответствующие разноименные полюса, направлены вертикально, установленными на пластине с разделяющими их воздушными зазорами, не меньшими расстояния между указанными полюсами, а также соединяемую с источником колебаний нижнюю немагнитную опорную пластину с аналогично установленными магнитами, расположенными по кольцу, соосному с первым кольцом и меньшему его по диаметру, при этом верхняя платформа выполнена с возможностью ограниченного горизонтального сдвига из положения равновесия на расстояние, не превышающее половины расстояния 2 17281 1 2013.06.30 между полюсами любого из магнитов, а напряженность магнитного поля всех указанных магнитов подобрана таким образом, чтобы обеспечить левитацию верхней платформы над нижней на расстоянии не менее половины расстояния между указанными полюсами от нее. На фиг. 1 схематично изображен общий вид предлагаемого магнитного амортизатора разрез. На фиг. 2 изображен вид амортизатора сверху. Магнитный амортизатор содержит осевой стержень 1, магниты 2 постоянные, верхнюю подвижную плавающую платформу 3, выполненную из немагнитного материала, постоянный магнит 4, укрепленный на основании 5, которое может вибрировать. Магнитный амортизатор работает следующим образом. В исходном стационарном состоянии платформа 3 висит над основанием 5, при этом вследствие действия магнитных полей верхняя платформа самоцентруется и имеет зазор с осевым стержнем 1 (фиг. 1). Стержень 1 (осевой в данном случае) ограничивает смещение платформы по горизонтали,когда величина смещения превышает 0,5 расстояния между полюсами магнита 2, выполняет роль механического ограничителя. Система амортизации работает и без стержня 1. Если изменить полярность (полюсность) одного из магнитов 2 или 4 так, что ближние полюса магнитов 2 и 4 отталкиваются, то эффект левитации верхней платформы отсутствует. При вибрациях основания 5 магнит 4 перемещается в вертикальном и горизонтальном направлении, при этом направление силовых линий взаимодействия постоянных магнитов образует усеченный конус с осью, параллельной действию силы тяжести и равнодействующей силой в противоположном направлении, и как следствие, вследствие возникновения переменного электромагнитного поля на границах раздела между магнитами 4, 2 и воздухом наводятся поверхностные токи 10, стр. 177, согласно формуле 12,где 1 - напряженность магнитного поля в магните по касательной к поверхности раздела/,2 - напряженность магнитного поля в воздухе /,- поверхностный ток/,- нормаль к поверхности раздела. Данная формула хорошо известна в электродинамике 10 и выполняется на границах раздела смежных сред, в данном случае на границах раздела магнит-воздух. Согласно теории электромагнитного поля Максвелла изменение магнитного поля порождает изменение электрического поля и в конечном итоге приводит к омическому нагреву магнита. Величина и скорость нагрева тем больше, чем быстрее вибрируют магниты, поэтому в данном устройстве нет необходимости использовать специальные электродинамические компенсаторы. Толщина границы раздела двух смежных сред не является бесконечно малой величиной, достигает 20-40 , определяется толщиной двойного электрического слоя. Вследствие протекания тока происходит выделение джоулева тепла и, как следствие,эффективное виброгашение за счет диссипации энергии колебаний без использования специальных электродинамических компенсаторов или сильфона с ферромагнитным порошком, при этом гасятся осевые и крутильные колебания. Экспериментально установлено, что чем больше количество магнитов было использовано на верхней плоскости (но при этом расстояние между магнитами должно быть не меньше линейных размеров магнитов 2), тем эффективнее происходит гашение колебаний на платформе 3. При использовании вместо отдельных магнитов магнитного кольца слабо гасятся крутильные колебания. Предлагаемый магнитный амортизатор характеризуется высокой эффективностью и плавностью гашения колебаний, возникающих в любой плоскости. В силу отсутствия механической связи с рамой корпуса устройства одновременно гасятся главные и вторичные колебания. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.