CN101606004B - 电气控制的制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动装置，该装置包括电动机(1)，该电动机能够作用于用于使衬垫(3)快速移动以与盘(4)或鼓轮接触的装置(2)；以及磁致伸缩的致动器，该致动器能够对所述衬垫产生夹紧力以使其抵靠住该盘或鼓轮。该磁致伸缩的致动器包括在支撑件(5a)上的至少一个用磁性材料制成的绕组(5)。

Description

电气控制的制动装置
技术领域
本发明一般地涉及制动技术行业，具体地涉及一种电力控制的制动装置。
背景技术
通常，在已知的方式中，这种制动应用至少一个致动器(最经常的以电动机的形式)，该致动器必须一方面允许快速移动以例如使得两个衬垫与制动盘或鼓轮相接触，而另一方面允许施加一个相当大的力以夹紧这些衬垫而使其抵靠住盘或鼓轮的表面，从而产生制动力矩。利用单个的致动器来执行移动和夹紧这两个功能是不足够的。这就是为什么这些已知的解决方案通常使用一台电动机和一个滚珠丝杠来确保快速移动的功能并且使用一个磁致伸缩的致动器来执行该夹紧力的功能。
通过这个解决方案，电动机可以被设计为用于弱功率，该功率是必需的并且被限于衬垫在与盘或鼓轮相接触之前的快速移动。这些衬垫由此产生很小的阻力。因此可以使用具有常规特性的、以高转速旋转的小型电动机。
具有通过考虑到来自电动机的力而确保设备的不可逆性的滚珠丝杠使之能够移动这些衬垫，而来自这些衬垫的力不提供从任何一侧的移动。该磁致伸缩的致动器位于这些衬垫的一侧并且当电动机已完成使这些衬垫紧靠在盘或鼓轮上时被致动。
一旦这些衬垫紧靠在盘或鼓轮上，电动机所遭受的阻力就超过电动机可承受的阻力。该电动机被切断并且对该磁致伸缩的致动器供电以确保使得这些衬垫夹紧的功能。
回想一下本领域技术人员完全已知的方式，在制动领域中有利地使用磁致伸缩，因为按照定义它能够利用有限的移动而施加相当大的力。该磁致伸缩的效果是从某些磁性材料(例如镍和钴、以及它们与铁的合金)获得的。然而，较好的结果是通过稀土金属以及它们与铁的合金而获得的。有利的是，可以引用Terfenol-D，它是铁、镝与铽的合金。
在这些已知的解决方案中以及在制动技术领域中，磁致伸缩的致动器是由以Terfenol-D材料制成的简单的棒构成的，该棒在纵向上被电磁铁磁化。
这种解决方案在专利EP 0988467所教导的内容中被提及。利用这个解决方案，有必要对该棒的较大长度进行磁化以获得与这些衬垫由于夹紧力而产生的变形相一致的伸长。这必须使用相当大的磁致伸缩力，这就排除了例如铁和钴。相反，使用具有良好特性的Terfenol-D带来整合和成本的问题。
发明内容
本发明的目的是以一种简单、可靠、有效及合理的方式来减轻上述缺点。
本发明要解决的问题是实现一种实现上述功能的电力控制的制动装置，该装置体积小、制造成本低并且具有高能效、低消耗及较大的通带。
为了解决这种问题，根据本发明，该磁致伸缩的致动器包括支撑件上的至少一个磁性材料绕组。
回想一下，该电力控制的制动装置包括电动机，该电动机能够作用于允许衬垫快速移动以与盘或鼓轮接触的的装置，以及磁致伸缩的致动器，该致动器能够对这些衬垫产生一个夹紧力以使其紧靠住该盘或鼓轮。
根据本发明的这个特征，所述材料可以是铁与钴的合金，其因而构成低成本的中等体积的绕组，或者是由Terfenol-D制成以获得小体积的绕组。
根据另一个特征，该绕组材料的磁化可以通过电磁铁或永磁铁来实现的。
为了解决所提出的减少短路磁损耗的问题，该绕组具有矩形截面，该截面在纵向方向上较薄而在径向方向上较厚。
可以设想不同的实施例来实现该磁致伸缩的致动器。
例如，该磁致伸缩的致动器具有旋转的或线性的磁路，该磁路具有可变的几何形状并且由任何类型的致动器(具体地是电动机)来致动。
在另一个实施例中，该磁致伸缩的致动器是固定的磁路，该磁路具有永磁铁，该永磁铁被电磁铁所环绕，该电磁铁被强度很大的短励磁电流脉冲穿过。
附图说明
下面参考附图来更详细地描述本发明，其中：
-图1示出了根据本发明的磁致伸缩的致动器的原理；
-图2示意性地示出了在磁致伸缩的致动器的情况下的电气制动装置的一个示例性实现，该致动器具有磁路和由电动机致动的旋转可变的几何形状；
-图3类似于图2，其针对磁致伸缩的致动器的情况，该致动器具有磁路，该磁路由一台电动机致动、具有线性可变的几何形状；
-图4对应于图2，其中磁路具有可变几何形状并且被固定磁路所替代，该磁路具有永磁铁，该永磁铁被电磁铁所环绕，该电磁铁被很强的短励磁电流脉冲穿过；-图5类似于图4，磁致伸缩材料被电磁铁磁化，该电磁铁由直流电永久供电；
-图6示出了具有鼓轮制动器的装置的应用。
具体实施方式
在一种已知的方式中，如附图示意地示出的那样，该电力控制的制动装置包括与(例如)滚珠丝杠2组合安装的电动机1，以允许旨在与盘4或者其他元件配合的多个制动衬垫3的快速移动。在与电动机1的组合中，该装置包括磁致伸缩的致动器5，该致动器能够对衬垫3施加一使其紧靠盘4或鼓轮的力。在这些附图中，1a表示电动机或其他移动致动器的定子，而参考号1b代表致动器1的转子，该转子与滚珠丝杠2组合安装。
根据本发明的一个特征，该磁致伸缩的致动器包括安装在铁心5a(用作引导件)上的绕组5。该引导件5a还与(例如)滚珠丝杠6或其他元件组合安装。如附图所示，绕组5在每个线匝之间具有间隙以便限制短路磁损耗。由此，具有在纵向方向上较薄且在径向方向上较厚的矩形截面的绕组是特别适合的。
如所示，绕组5可以由铁与钴的混合物制成。作为说明，这种绕组的长度可以是大约5cm。绕组5还可以由Terfenol-D制成从而获得2mm级别的行程。
更一般地，绕组5是由在磁场作用下变形的合金制成的。
磁致伸缩的绕组5可以被电磁铁或永磁铁磁化。在这方面，观察到电磁铁产生一个易于控制的磁场，以及该磁致伸缩的绕组所施加的力。相反，电磁铁是消耗能量的。
永磁铁由于没有能量供应且由于其本身的材料而具有零能量消耗并且是非常紧凑的。对磁场的控制更加难以实施并且可以借助于具有可变几何形状的磁路来执行，如说明书的其余部分所指出的。
在磁致伸缩的致动器的情况下，该致动器的磁性材料被永磁铁磁化，使用具有可变几何形状的磁路似乎是有利的。
可以设想不同的解决方案。
在图2中，磁路CM具有旋转可变的几何形状并且由电动机7致动。永磁铁用8表示。当然，致动活动分流器9的这个电动机7可以用任何其他类型的致动器来替代，例如电磁柱塞、电活性聚合物、热膨胀致动器、生物电力致动器等等。
在图3中，磁路CM具有线性可变的几何形状并且由电动机7致动，或者如以上指出的由任何类型的致动器致动。
在一个实施例中，可变几何形状的磁路CM由固定磁路和永磁铁10替代，该永磁铁被电磁铁11所环绕，该电磁铁中穿过强烈的短电流脉冲。磁化电磁铁11受控于电气控制元件12。应当指出，这些脉冲通过在磁铁上施加期望的磁场值而使其磁化。在这个实施例中，优选地使用常规的磁铁，例如磁性瓷或阿尔尼科合金。应当指出，在这个实施例中，可以将电磁铁11直接缠绕到磁路上。
在鼓轮制动器的情况下，磁致伸缩的绕组5被放置在引导件上。该绕组或者在通过建立场来致动制动的情况下使用一种在场作用下扩张的材料(，或者在通过中断场来致动制动的情况下使用一种在场(作用下收缩的材料。使用缆线或者杆来传递磁致伸缩的绕组5与磁路CM之间的力。预应力弹簧13在压缩时运作，即将衬垫14推到鼓轮15上。这个弹簧从属于该磁致伸缩的绕组。
在鼓轮制动器上的这个应用中，磁路CM可以按照在盘式制动器的情况下所说明和显示的不同执行形式来制造。
根据本发明的装置可以应用于在补偿相对大的间隙之后需要对部件进行制动或夹紧的所有情况。
在这些不同的应用中，可以指出：
-制动所有类型的车辆：汽车、摩托车、卡车、公共汽车、火车、航空器，其优选地针对需要紧凑、轻盈和/或大通带的应用；
-对升降机进行制动，该升降机默认地具有紧凑的制动器；
-离合器操作的架空滑车或缆车；
-用于自动变速箱的制动器和离合器；
-工业机器人的钳子：该移动致动器能够抓取尺寸不同的部件并且允许操纵余量以便一旦该部件被松开就允许钳子从部件上移走。磁致伸缩的致动器确保较强的夹紧力以握住较重的部件和/或光滑的部件(涂有油脂的光滑表面)。
这些优点从说明中清楚地显现出来；特别地强调如下：
-关于紧凑性的问题，该磁致伸缩的绕组实现了更大的紧凑性，特别是在长度方面。在相等的空间需求下，磁致伸缩的绕组能够使用更长的材料并且因此当夹紧时获得致动器的较大行程。
-关于由于使用铁钴合金的可能性引起的成本的问题。
-关于能效和低消耗的问题，其是由于小尺寸和强有力的致动器、局限于过渡阶段的能量消耗以及在具有可变几何形状的磁路的情况下在电路的磁化中消耗的能量的再生可能性所带来的。
还应当指出，该装置的低能耗使之能够设想它是在降低的14V直流电压下供电的，这极大地限制了燃料消耗。
-关于超过20kHz的较大通带的问题，这使之能够通过观测实质上取决于应用磁场的装置的通带的一种磁致伸缩致动器的通带而设想一种混合致动器。可以进一步地利用被电流脉冲磁化的磁铁来增加频带宽度。使用较大通带使之能够利用幅度较小的力来提供ESP(电子稳定程序)型的服务。
-关于由于使用低功率电动机的可能性而带来的与电子设备有关的成本降低的问题。电子设备的低能量消耗和低能量耗散使之能够减少在冷却方面的约束，从而从热量的角度来看可以将电子设备放置在蹄片(etrier)上，这因而有利于成本降低。
-关于由磁致伸缩产生的夹紧力的量值的问题。

Claims (12)

1.一种电控制的制动装置，包括电动机(1)，该电动机能够作用于用于允许衬垫(3)快速移动以与盘(4)或鼓轮接触的装置(2)；以及磁致伸缩的致动器，该致动器能够对所述衬垫产生夹紧力以使其抵靠住所述盘或所述鼓轮，其特征在于，所述磁致伸缩的致动器包括在支撑件(5a)上的至少一个用磁性材料制成的绕组(5)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述材料是一种在磁场作用下变形的合金。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁性材料(5)是一种铁与钴的合金。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁性材料(5)是Terfenol-D。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性材料是被电磁铁磁化的。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性材料是被永磁铁磁化的。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绕组(5)具有矩形截面，该截面在纵向方向上较薄而在径向方向上较厚。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述永磁铁是与能够控制其磁场的装置组合安装的。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁致伸缩的致动器(5)具有由电动机致动的具有可变几何形状的旋转磁路。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁致伸缩的致动器(5)是由电动机致动的具有可变几何形状的线性磁路。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁致伸缩的致动器(5)具有固定的磁路以及永磁铁(10)，该永磁铁被电磁铁(12)环绕，该电磁铁被很强的短电流脉冲穿过。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁致伸缩的材料是被电磁铁磁化的，该电磁铁由直流电永久性地供电。
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