(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111423320.4 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 中国科学院电工 研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二条6 号 (72)发明人 徐炜钰　史黎明　王培龙　李耀华　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 代理人 江亚平 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) B60L 13/04(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种增强永磁电动悬浮导向系统阻尼特性 的装置 (57)摘要 本发明涉及一种增强永磁电动悬浮导向系 统阻尼的装置， 包括永磁体阵列、 磁体套筒、 永磁 体块、 反应板、 阻尼板、 背铁以及结构支撑件， 所 述套筒有多个相互隔开的容纳空间， 所述永磁体 阵列固定在磁体套筒内部， 套筒材料是铝合金， 或不锈钢或其它的导电非导磁材料， 所述永磁体 阵列置于所述反应板上方， 和反应板平行， 且相 对所述反应板在水平方向上运行。 本发明通过在 永磁电动悬浮系统中增加磁钢套筒和阻尼板。 当 系统产生振动时， 由于电磁相互作用在磁钢套筒 和阻尼板上， 产生感应涡流， 进而产生欧姆损耗 而发热， 最终把磁悬浮车的振动能量转化为热量 而被耗散， 使得振动快速衰减， 从而保证磁悬浮 车的系统运行稳定性。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 113935219 A 2022.01.14 CN 113935219 A 1.一种增强永磁电动悬浮 导向系统阻尼的装置， 其特 征在于， 包括： 永磁体阵列、 磁体套筒、 永磁体块、 反应板、 阻尼板、 背铁以及结构支撑件， 所述套筒有 多个相互隔开的容纳空间， 所述永磁体阵列固定在磁体套筒内部， 套筒 材料是铝合金， 或不 锈钢或其它的导电非导磁材料， 所述永磁体阵列置于所述反应板上方， 和反应板平行， 且相 对所述反应板在水平方向上运行。 2.根据权利要求1所述的增强永磁电动悬浮导向系统阻尼的装置， 其特征在于， 所述阻 尼板在面向反应板一侧， 是磁体套筒的一个面， 或是与磁体套筒粘结或铆接或螺栓连接在 一起的独立阻尼板， 其厚度比套 筒其他五个面的厚度大或采用导电性能更好的材 料。 3.根据权利要求1所述的增强永磁电动悬浮导向系统阻尼的装置， 其特征在于： 所述永 磁体阵列由多块平行充磁的永磁 体块构成， 或是以Halbac h方式排列的永磁阵列。 4.根据权利要求1所述的增强永磁电动悬浮导向系统阻尼的装置， 其特征在于： 所述反 应板是铝合金板或其他导电不导磁金属板， 反应板背面不能有铁磁材料， 反应板的厚度满 足运动的永磁 体阵列产生的磁场的透过能力， 涡流效应不受 空间限制而削减悬浮力。 5.根据权利要求1所述的增强永磁电动悬浮导向系统阻尼的装置， 其特征在于： 所述永 磁体阵列相对所述反应板运动， 使所述反应板产生涡流， 涡流场和永磁磁场之间产生排斥 力， 在法向力方向上表现为 克服悬浮系统重力的电磁力FEM； 进一步地， 当电磁力等于永磁体 阵列的自身重力时， 永磁 体阵列平稳运动， 不产生法向速度。 6.一种利用权利要求1 ‑5之一所述的增强永磁电动悬浮导向系统阻尼的装置进行阻尼 系数的提取 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 利用有限元仿真软件构建永磁电动悬浮装置的二维模型； 步骤2、 将永磁体法向位移的微分du/dt表示为法向速度v， 将永磁体阵列法向速度的微 分dv/dt表 示为在系统重力mg、 永磁体阵列与反应板 之间的排斥式电磁力、 施加外力三者之 和的力作用下的系统加速度； 步骤3、 建立永磁 体阵列的法向运动过程； 步骤4、 求 解瞬态场， 提取电磁力FEM、 永磁体阵列的法向速度v和法向位移u三组数据； 步骤5、 利用多项式FEM(u,v)＝b0+b1u+b2v+b3u2+b4u3进行拟合， b0、 b1、 b2、b3和b4为对电磁 力FEM进行曲线公式拟合时的系数， 法向速度v的系数b2作为阻尼系数； 步骤6、 将b2数值代入动力运动微分方程 中的阻尼系数c， 其中， m代 表质量， x代 表位移， t 代表时间， c代 表阻尼系数， k代 表弹性系数， 计算 位移x； 步骤7、 通过上述微分方程计算得到的位移x结果与有限元仿真中提取的法向位移u结 果比较修 正阻尼系数。 7.根据权利要求7所述的 阻尼系数的提取方法， 其特征在于： 利用有限元仿真软件构建 的磁场域至少包括永磁 体阵列、 固定永磁 体阵列的套 筒、 反应板和结构支撑件。 8.根据权利要求7所述的 阻尼系数的提取方法， 其特征在于， 设置所述永磁体阵列在垂 直方向上距离反应板的初始悬浮间隙h1， 设置反应板的水平运行速度w， 步骤3中所述永磁 体阵列的运动过程如下： (1)初始时刻， 设置所述永磁体阵列相对所述反应板以某个水平运行速度 稳定运动； 在 初始悬浮 间隙h1下， 所述永磁体阵列和所述反应板之间的排斥电磁力与所述永磁体阵列自权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113935219 A 2身重力相等， 施加外力FEX为0， 采用“全局常微分和微分代数方程 ”接口， 求解所述永磁体阵 列法向速度和法向位移的一阶常微分方程 为： 其中， v是法向速度， u是法向位移， mg是永磁体阵列的自身重力， FEM是永磁体阵列(11) 和反应板之间的排斥电磁力、 FEX是运动过程中对永磁体阵列或反应板的施加外力， 法 向为 垂直于永磁 体阵列表面的方向， 也是垂直于地 面的方向； (2)在所述永磁体阵列运动预定时间后， 改变施加外力FEX的大小； 在施加外力FEX作用 下， 所述永磁体阵列产生法向加速度， 导致所述永磁体阵列在法向移动； 悬浮间隙不断发生 变化， 引起排斥电磁力的实时变化， 排斥电磁力FEM的变化反过来引起法 向加速度的实时变 化， 通过有限元 软件的“动网格”接口， 建立永磁 体阵列的法向移动过程模型； (3)在运动过程中， 对所述永磁体阵列施加向上的外力FEX作用， 当排斥电磁力和外力之 和大于所述永磁体阵列的自身重力时， 所述永磁体阵列产生向上 的法向加速度， 当电磁力 FEM和外力FEX之和小于所述永磁体阵列的自身重力时， 所述永磁体阵列产生向下的法向加 速度； 在运动过程中， 施加向下的外力作用， 当电磁力大于所述永磁体阵列的自身重力和外 力之和时， 所述永磁体阵列产生向上 的法向加速度， 当电磁力小于所述永磁体阵列的自身 重力和外力之和时， 所述永磁 体阵列产生向下的法向加速度； (4)运动预定时间后， 撤掉施加外力FEX作用， 所述永磁体阵列仍然存在法向速度， 当电 磁力大于所述永磁体阵列的自身重力时， 所述永磁体阵列产生向上 的法向加速度； 当电磁 力小于所述永磁体阵列的自身重力时， 所述永磁体阵列产生向下 的法向加速度， 这样所述 永磁体阵列产生往复运动； (5)由于存在阻尼作用， 所述永磁体阵列的法向速度 逐渐减小， 往 复运动时的最大法向 位移逐渐减小， 电磁力逐渐减小， 法向加速度逐渐减小， 最终稳定在初始悬浮间隙状态， 此 时所述永磁 体阵列的自身重力与电磁力相等， 所述永磁 体阵列法向速度为0 。 9.根据权利要求7所述的阻尼系数的提取方法， 其特征在于， 所述步骤7、 上述微分方程 计算得到的位移x结果与有限元仿真中提取的法向位移u结果比较修 正阻尼系数； 基于有限元仿真结果， 提取永磁体阵列与反应板之间的排斥式电磁力FEM、 永磁体阵列 的法向速度v和法向位移u三组数据， 对数据进行多 项式拟合， 拟合的多 项式为： FEM(u,v)＝b0+b1u+b2v+b3u2+b4u3 拟合得到法向速度 v的系数b2为阻尼系数， 将b2的数值代入动力运动微分方程中的阻尼 系数c进行计算， 比较计算得到的位移x结果与有限元仿 真中提取的法向位移u 结果， 如结果 一致， 计算完成； 如误差较大， 修 正上述的拟合多 项式， 动力运动微分方程 为： 其中， m代 表质量， x代 表位移， t 代表时间， c代 表阻尼系数， k代 表弹性系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113935219 A 3