摘要：电磁阻尼器气隙磁场的磁感应强度是影啊阻尼力矩大小的重要因素。基于有限元电磁场分析软件magnet建立三维仿真模型，在0~5 000 r/rn，n转速范围内进行三维瞬态运动仿真，通过改变磁钢材料和磁极对数，研究了气隙磁通密度变化对力矩特性的影响。仿真获知电磁阻尼器阻尼力矩与气隙磁密基波幅值的平方成正比关系。

    关键词：电磁阻尼器；气隙磁通密度；三维仿真；力矩特性

    中图分类号：tm33  文献标识码：a  文章编号：1004-7018(2010)07-oov,-03

    本文研究的电磁阻尼器依据空心杯电机结构设计，主要用于飞船及空间站的交会对接机构中，阻尼器与压缩运动装置组成电磁对接减振系统，在两个航天器进行空间对接的过程中，吸收对接机构之间接触撞击产生的巨大能量，使交会对接过程平稳。

    电磁阻尼器的阻尼力矩和转子转速之间的关系称为力矩特性。阻尼力矩与转子转速的比值为力矩特性斜率如下：

   

    力矩特性是电磁阻尼器最重要的外特性，其特性的好坏直接影响着阻尼器对能量的吸收和耗散。当电磁阻尼器力矩特性为线性时，研究阻尼力矩与某参数的关系可以转化为研究力矩特性斜率与该参数的关系。

    电磁阻尼器转子为一特殊结构的金属体电枢杯，定子采用内磁式分立结构，由外定子和内定子组成，稀土永磁体位于内定子上，转子杯位于稀土永磁体和外定子之间。机壳、内定子、永磁体和工作气隙构成了阻尼器的闭合磁路，在工作气隙中建立一个工作磁场。具体结构如图1所示。

    原动机拖动转子旋转，金属转子杯切割定子磁场，从而在转子杯中感应出涡电流，涡电流与定子磁场相互作用产生一个与转子杯转动方向相反的力矩，这个力矩具有阻碍电枢转子运动的作用，称其为阻尼转矩3j。该电磁阻尼器的工作原理相当于一台内部短路的杯形电枢发电机。

    该电磁阻尼器具备了空心杯电机体积小、重量轻、低惯量、驱动性好等优点，又因其结构的特殊性，还具有以下特点：

    (1)比起绕线式转子杯结构，金属转子杯工艺难度较小，电枢结构强度较好；

    (2)内磁式结构可以使转子直径较大，提高单位长度出力；

    (3)转子杯为金属体，其结构简单，不需要外部电源和控制，使用比较安全。

    由于电磁阻尼器转子结构为一特殊的金属杯，其端部除了两端的外定子机壳，还包含了转子杯的杯底部分。软件的二维仿真无法实现不同轴向变化的动态求解。在此，特采用magnet有限元电磁场分析软件进行电磁阻尼器的三维仿真。

    为准确仿真电磁阻尼器力矩特性，需建立与样机完全一致的样机整体模型，如图1所示。

 

    三维运动仿真要求硬件配置高、耗时长，为降低仿真硬件的配置和加快三维运动求解的速度，在此去掉样机两侧端部的外定子机壳，建立样机简化三维仿真模型，如图2所示。

   

    模型求解建立三维空间坐标，z轴位于转心线上，转子杯开口方向设为正方向，过磁钢轴点垂直z轴的横截面设为xoy坐标平面。

    过xoy坐标平面作切片，获取电磁阻尼器向剖面图，如图3所示。

   

    在转子杯与内定子之间的气隙内，沿轴向圆周半径为11. 675 mm上的气隙磁通密度波图4