CN102882336B - 牵引系统以及适用于牵引系统的电磁作动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电牵引技术，提供一种适用于牵引系统的电磁作动装置，包括：至少两个定盘和至少一个动盘，所述动盘与所述定盘共轴，每一所述动盘位于相邻的两个所述定盘之间，其中，所述定盘上沿周向间隔设置有多个定盘铁芯，每个所述定盘铁芯上缠绕有定盘线圈，所述定盘线圈并联连接到第一外部电源，当所述定盘线圈通电时，定盘铁芯的极性分布相同并产生沿着同一方向并垂直于所述定盘所在平面的磁场；所述动盘上设置有与所述定盘铁芯位置和数量相对应的动盘铁芯，每个所述动盘铁芯上沿所述动盘的径向缠绕有动盘线圈，所述动盘线圈并联并连接到第二外部电源，在所述定盘线圈通电的同时给所述动盘线圈也通电，所述动盘线圈的通电电流方向一致从而产生带动所述动盘转动的电磁力。

Description

牵引系统以及适用于牵引系统的电磁作动装置

技术领域

本发明涉及牵引技术，更具体地涉及牵引系统和适用于牵引系统的电磁作动装置。

背景技术

作为当今主要交通工具的汽车和飞机，它们运行过程中的牵引靠其自身配备的发动机实现，而非运行状态时的牵引需要依赖于另外的动力提供装置，例如，飞机依赖于独立于发动机的小功率电机或者独立于飞机的牵引车来实现。这样，要么传动结构比较复杂要么不太方便，迫切需要一种改进的牵引系统。

发明内容

根据本发明的第一个目的，提供一种适用于牵引系统的电磁作动装置将是有利的。

根据本发明的第二个目的，提供一种包括适用于牵引系统的电磁作动装置的牵引系统也将是有利的。

根据本发明的一个方面，提供一种适用于牵引系统的电磁作动装置，该装置包括至少两个定盘、至少一个动盘、定盘上沿周向间隔设置的多个定盘铁芯、缠绕在定盘铁芯上的定盘线圈、动盘上设置的与定盘铁芯位置和数量相对应的动盘铁芯、以及沿动盘的径向缠绕在动盘铁芯上的动盘线圈，动盘与定盘共轴，每一所述动盘位于相邻的两个所述定盘之间，其中，定盘线圈并联连接到第一外部电源，当所述定盘线圈通电时，所述定盘铁芯的极性分布相同并产生沿着同一方向并垂直于所述定盘所在平面的磁场；而且，动盘线圈并联连接到第二外部电源，且在定盘线圈通电的同时给动盘线圈也通电，动盘线圈的通电电流方向一致从而产生带动动盘转动的电磁力。

在本发明的该方面，由于当定盘线圈通电时定盘铁芯的极性分布相同，即每个定盘铁芯的同一端的极性是一致的，要么都是N极要么都是S极，从而产生沿着同一方向并垂直于所述定盘所在平面的磁场；同时，在该磁场下，由于沿径向缠绕且并联的动盘线圈也通电且电流方向一致，因而根据左手定则沿动盘的同一周向产生电磁力，带动动盘转动，从而实现对飞机或汽车的牵引。

优选地，在所述定盘线圈产生的所述磁场的方向确定的情况下，所述带动动盘转动的电磁力的方向(动盘转动的方向)由所述动盘线圈中通电电流的方向决定。

进一步优选地，定盘铁芯形成为定盘的一部分，定盘铁芯的至少一部分突出于定盘所在平面并沿与定盘的轴向平行的方向纵长延伸。

根据本发明的又再一个方面，提供一种牵引系统，其包括上述的适用于牵引系统的电磁作动装置。这样，通过电牵引，飞机在地面滑行阶段，可以不开发动机，降低了油耗，提高了发动机使用寿命，同时达到节能环保的目的。

优选地，所述定盘铁芯和所述动盘铁芯的材料为磁导体或超导体。通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。

附图说明

图1是根据本发明优选实施方式的牵引系统的机械结构分解图；

图2是根据本发明的一优选实施方式的适用于牵引系统的电磁作动装置的机械结构分解图；

图3是图2中电磁作动装置的定盘的结构示意图；

图3A是图3中定盘的局部剖视图，显示定盘铁芯的结构；

图3B-3C是定盘和定盘铁芯的另外两种优选实施方式的结构示意图；

图4是图2中电磁作动装置的动盘的结构示意图；

图4A是图4中动盘的简图，主要显示动盘线圈的缠绕方式；

图4B-4C是动盘的另外两种优选实施方式的结构简图；

图5是类似图2的视图，示出了电磁牵引原理；

图6是根据本发明优选实施方式的牵引系统的控制流程图。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

图1是根据本发明优选实施方式的牵引系统的机械结构分解图。如图1所示，在该实施方式中(以飞机为例)，牵引系统1000包括电磁作动装置100、扭力筒200以及轮毂300。电磁作动装置100的组成结构如图2所示，包括两个定盘1，一个动盘2，动盘2和定盘1同轴并位于两个定盘1的中间，其中，在本系统中，动盘、定盘和扭力筒和轮毂之间的装配关系如图1所示，即定盘1和扭力筒200相配合，动盘2和轮毂300相配合，扭力筒200和轮毂300之间采用轴承(图未示)来进行装配。具体地，如图1所示，通过定盘1上的内键槽11和扭力筒200上的外键211的配合，定盘1套装在扭力筒200上，同时，通过动盘2上的外键槽21与轮毂300上的内键321，动盘2相对轮毂300固定，但由于动盘2上的内孔尺寸大于扭力筒200的外径尺寸，因此动盘2相对扭力筒200可转动。当需要牵引时，使电磁作动装置100的动盘2转动从而带动轮毂300转动，实现对飞机的牵引。

下面参见图2，并结合图3和图4所示，来说明根据一优选实施方式的适用于牵引系统的电磁作动装置100的机械结构。在该优选实施方式中，电磁作动装置100包括两个定盘1和一个动盘2，动盘2与定盘1共轴且位于这两个定盘1之间。如图3所示，在该实施方式中，定盘1上设置有四个定盘铁芯11，它们沿定盘1的周向间隔分布。每个定盘铁芯11上缠绕有定盘线圈12，定盘线圈12沿定盘铁芯11的纵长方向缠绕。定盘线圈12并联连接到一外部电源(图未示)，从而可根据需要由外部电源向该定盘线圈12供电。

在本实施方式中，定盘铁芯11垂直于定盘1的所在平面设置，即定盘铁芯11沿与定盘1的轴向平行的方向纵长延伸，从而在定盘线圈12通电时，产生垂直于定盘1所在平面的磁场。当然，由于定盘1和动盘2共轴，该磁场同时也垂直于动盘2所在的平面。当电磁作动装置100用于牵引系统时，所有的定盘线圈12中的通电电流方向相同(这例如可通过缠绕方向相同并且线圈的相同端并联到电源相同的极来实现)，从而四个定盘铁芯11的极性分布完全相同，即：一个定盘铁芯11背向动盘2的一端是S极，则其面向动盘2的另一端就是N极；而另外的定盘铁芯11的极性分布也是这样，即：背向动盘2的一端是S极，面向动盘2的另一端是N极，如图5所示。这样，所有定盘铁芯11产生了相同方向的磁场。

如图3A所示，在本实施方式中，定盘铁芯11独立于定盘1，并可借助于例如角片14安装在定盘1上的安装孔13内，这时定盘铁芯11的材料为磁导体，而定盘1的材料可以是满足性能要求的其他材料。尽管如此，应当理解的是，定盘铁芯11也可以和定盘1一体形成，如图3A和3B所示，定盘铁芯11可形成为突出于本体111所在平面的突起112，这些突起112可形成于本体的一侧也可在两侧都突出，这时整个定盘1的材料都为磁导体。

如图4所示并结合图5，动盘2上设置有四个动盘铁芯21，其沿动盘的周向间隔设置并与所述定盘铁芯11的数量和位置相对应。在每个动盘铁芯21上沿动盘2的径向缠绕有动盘线圈22。这样，当定盘1上的定盘线圈12通电从而定盘铁芯11产生垂直于动盘2所在平面的电磁场E时，给动盘线圈22也同时通电，通电的电流方向也要保持一致，如图5中所示“i”方向，根据左手定则，会产生电磁力F，动盘在电磁力F的带动下转动从而由动盘2进一步带动轮毂(机轮)300滚动，这样在不开发动机的情况下可以作为地面牵引的动力，实现飞机电磁拖动。

优选地，定盘铁芯11和动盘铁芯21的材料为磁导体或超导体。

如图4A所示，在本实施方式中，整个动盘2由磁导体形成，在动盘2对应定盘铁芯11的位置径向缠绕动盘线圈22，从而至少在缠绕动盘线圈22的位置上的动盘起到动盘铁芯21的作用。然而，需要说明的是，在如图4B和4C所示的动盘2的实施方式中，不需要缠绕动盘线圈22的位置完全可以将该位置上的磁导体材料去除一部分23或全部去除，以节省成本。另外，应当理解的是，动盘铁芯21也可以设置成独立于定盘1的部件，然后像定盘铁芯11那样固定到动盘2上，这时除动盘铁芯21为磁导体外，整个动盘2的材料可以为满足性能要求的其他材料。

总的来说，利用电磁作动装置100实现牵引功能是通过在定盘1和动盘2上缠绕不同方向(前者为平行于轴向的方向缠绕，而后者为径向缠绕)的线圈，工作时给定盘1上的线圈通电，产生感应电磁场E，同时给动盘2上的线圈通电，从而产生电磁力F，带动动盘2转动。

适用于牵引系统的电磁作动装置100的工作原理图如图5所示。

首先，给定盘1上的定盘线圈12通电，产生电磁场E。由于定盘线圈12所在平面和定盘1所在平面平行(如图4所示)，相应地，产生的电磁场方向为平行定盘1轴向的方向。为了在牵引过程中，能够使动盘2在产生的电磁力F的作用下转动，需要对定盘线圈通电的电流方向以及动盘线圈的绕线进行规定。在本实施方式中，所有定盘线圈12的电流方向需相同，以使各定盘铁芯12的极性分布相同，从而产生相同方向的电磁场E(见图5)

同时，动盘线圈22所在平面应沿着动盘2的径向方向分布，如图5所示，在磁场E中，由于动盘线圈22也同时通有电流i，根据左手定则，动盘线圈22产生电磁力F。在电磁力F的作用下，动盘2被牵引。

对于动盘线圈2的通电电流方向，根据以上设计说明，通电的电流方向也要保持一致，这样，产生的电磁力F才能相互叠加起到牵引动盘的作用。

另外，在上述实施方式中介绍的牵引系统中，要想利用其包括的电磁作动装置实现其牵引功能，则还需要控制单元200。如图6所示，牵引系统的控制流程如下：以电牵引指令和轮速信号(如果是飞机，可还包括空速信号)等作为整套控制系统的输入；当需要实现电磁牵引功能时，输入牵引指令信号，经控制单元运算，输出定盘1和动盘2需要通电的电流i的大小，以获得相应的电磁牵引力。

尽管以上实施方式是以飞机为例，本领域的技术人员应当知道，上述电磁作动装置、牵引系统同样适用于汽车等机动车辆。而且，应当理解的是，虽然上述实施方式中定盘铁芯的个数为四个，定盘铁芯的个数可以是多个，甚至可以是任意奇数个或偶数个。另外，对于定盘和动盘的个数，在其他实施方式中也是可以变化的，比如，定盘可以是三个，动盘是两个，这样每两个定盘之间有一个动盘，当然定盘也可以是四个，动盘是三个，等等。

应当理解的是，上述实施方式存在许多修改方式，这些方式对相关领域技术人员来说是很明显的。这些修改/变型落入本发明的相关领域中，也应当包括在所附的权利要求的范围中。

Claims (12)

1.一种适用于牵引系统的电磁作动装置，包括：

至少两个定盘，

至少一个动盘，所述动盘与所述定盘共轴，每一所述动盘位于相邻的两个所述定盘之间，其中，

所述定盘上沿周向间隔设置有多个定盘铁芯，每个所述定盘铁芯上缠绕有定盘线圈，所述定盘线圈并联连接到第一外部电源，当所述定盘线圈通电时，所述定盘铁芯的极性分布相同并产生沿着同一方向并垂直于所述定盘所在平面的磁场；

所述动盘上设置有与所述定盘铁芯位置和数量相对应的动盘铁芯，每个所述动盘铁芯上沿所述动盘的径向缠绕有动盘线圈，所述动盘线圈并联并连接到第二外部电源，在所述定盘线圈通电的同时给所述动盘线圈也通电，所述动盘线圈的通电电流方向一致从而产生带动所述动盘转动的电磁力。

2.根据权利要求1所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，在所述定盘线圈产生的所述磁场的方向确定的情况下，所述带动动盘转动的电磁力的方向由所述动盘线圈中通电电流的方向决定。

3.根据权利要求2所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘铁芯沿与所述定盘的轴向平行的方向纵长延伸，所述定盘线圈沿所述定盘铁芯的纵长方向缠绕。

4.根据权利要求3所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘线圈的通电电流方向相同从而所述定盘铁芯的极性分布相同。

5.根据权利要求4所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘铁芯在所述定盘上均匀分布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘铁芯形成为所述定盘的一部分，所述动盘铁芯形成为所述动盘的一部分。

7.根据权利要求6所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘铁芯和所述动盘铁芯的材料为磁导体或超导体。

8.根据权利要求7所述的适用于牵引系统的电磁作动装置，其特征在于，所述定盘铁芯的至少一部分突出于所述定盘所在平面并沿与所述定盘的轴向平行的方向纵长延伸。

9.一种牵引系统，其包括根据权利要求1-8任一项所述的适用于牵引系统的电磁作动装置。

10.根据权利要求9所述的牵引系统，其特征在于，所述牵引系统还包括用于控制所述电磁作动装置运行的控制单元。

11.根据权利要求10所述的牵引系统，其特征在于，所述控制单元在接收牵引指令后根据接收到的轮速信号和牵引方向分别确定所述定盘线圈和动盘线圈中通电电流的大小和方向，并控制所述定盘线圈与所述第一外部电源以及所述动盘线圈与所述第二外部电源的接通，以产生按照所述牵引方向带动所述动盘转动的电磁力。

12.根据权利要求11所述的牵引系统，其特征在于，所述牵引系统的所述定盘套装在扭力筒上，所述动盘嵌装在轮毂上，从而当所述动盘转动时带动所述轮毂转动。