CN103434968B - 一种用于自动扶梯的永磁节能制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动扶梯的永磁节能制动器，包括：制动机构；磁力装置，驱动所述制动机构处于制动或释放位置；所述磁力装置包括：壳体；动铁芯，位于所述壳体外侧，通过传动部件与所述制动机构传动连接；永磁体，设于所述壳体内部，并具有两种工作状态，在第一工作状态，其磁场回路主要集中于所述壳体内部，未吸合所述动铁芯，所述制动机构处于制动位置；在第二工作状态，其磁场回路主要覆盖所述动铁芯所在的区域，吸合所述动铁芯，所述制动机构处于释放位置。该制动器在电梯曳引机处于运行状态时不依靠长期通电产生电磁力来维持曳引轮处于释放状态，不仅节能效果十分显著，而且性能稳定可靠。

Description

一种用于自动扶梯的永磁节能制动器

技术领域

本发明涉及电梯设备技术领域，特别是电梯曳引机的制动器。

背景技术

电梯曳引机是电梯的动力设备，又称电梯主机，其功能是输送与传递动力使电梯运行。一般主要由电动机、制动器、联轴器、减速箱、曳引轮、机架及导向轮等组成。

其中，制动器普遍采用电磁制动器，电梯不工作时制动器制动，依靠机械力的作用，使制动件(如制动瓦块)与制动轮摩擦而产生制动力矩，电梯运转时，依靠电磁力使制动器松闸。

根据制动器产生电磁力的线圈工作电流，可分为交流电磁制动器和直流电磁制动器。

请参考图1、图2，图1为一种典型的电磁制动器的结构示意图；图2为图1所示电磁制动器的磁力装置的局部剖视图。

当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁制动器的线圈中均无电流通过，这时因电磁铁芯没有磁力、制动瓦块1在制动弹簧压力作用下，将制动轮2抱紧，保证曳引轮不旋转，一直呈刹车状态；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈3同时通上电流，电磁铁芯迅速磁化，产生强大的磁场，动铁芯4将中心顶杠5向两端强行推开，使其制动弹簧受作用力，制动瓦块1张开，与制动轮2完全脱离，电动机便带动曳引机轮运转，电梯得以运行；当电梯停止时，曳引电动机失电、制动电磁铁中的线圈3也同时失电，电磁铁芯中的磁力迅速消失，制动瓦块1在制动弹簧的作用下复位，再次将制动轮2抱住，电梯停止工作。

这种电磁制动器虽然能够在一定程度上满足使用要求，但存在以下不足：

首先，制动器在曳引机工作前是常闭式的，即两个抱闸臂被弹簧紧紧压靠在制动轮上，曳引机运转通电后，电磁线圈通电，利用磁力通过中心顶杆将抱闸打开。所以，在电梯运行过程中，电磁线圈必须一直通电使曳引轮保持自由状态，只有在电梯停止时，电磁线圈才断电，尤其是对于地铁、机场、超市、体育馆等大型场馆的自动扶梯来讲，由于曳引机长期处于运行状态，若电磁线圈长期通电，势必会消耗大量的电能，不仅会增加运行成本，而且不符合节能减排的环保要求。

其次，制动器必须长期通电曳引机才能正常运行，而电磁线圈回路一般都设有整流和抗干扰电容、导线接头等元件，这些元件一旦出现故障，或者因电源电压过高而导致电磁线圈过热甚至烧毁，以及其他不利因素，都会引起停机故障。

因此，如何设计一种节能环保且性能稳定的电梯曳引机制动器，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁节能制动器。该制动器在电梯曳引机处于运行状态时不依靠长期通电产生电磁力来维持曳引轮处于释放状态，不仅节能效果十分显著，而且性能更加稳定可靠。

为实现上述目的，本发明提供一种永磁节能制动器，包括：

制动机构；

磁力装置，驱动所述制动机构处于制动或释放位置；

所述磁力装置包括：

壳体；

动铁芯，位于所述壳体外侧，通过传动部件与所述制动机构传动连接；

永磁体，设于所述壳体内部，并具有两种工作状态，在第一工作状态，其磁场回路主要集中于所述壳体内部，未吸合所述动铁芯，所述制动机构处于制动位置；在第二工作状态，其磁场回路主要覆盖所述动铁芯所在的区域，吸合所述动铁芯，所述制动机构处于释放位置。

优选地，所述动铁芯对称布置于所述壳体两侧，各所述动铁芯分别通过传动部件与相应一侧的所述制动机构传动连接。

优选地，所述永磁体为单一旋转永磁体，在第一工作状态，其旋转至横向位置，在第二工作状态，其旋转至竖向位置。

优选地，所述永磁体为组合永磁体，包括位于中间的固定永磁体，以及位于所述固定永磁体两边的旋转永磁体；

所述固定永磁体竖向布置，在第一工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至与所述固定永磁体极性反向排列的竖向位置，在第二工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至与所述固定永磁体极性同向排列的竖向位置。

优选地，所述旋转永磁体安装于所述壳体的旋转腔中，所述壳体内沿所述旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层。

优选地，所述永磁体为组合永磁体，包括左右对称分布的旋转永磁体，在第一工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至横向位置，在第二工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至竖向位置。

优选地，所述旋转永磁体安装于所述壳体的旋转腔中，所述壳体内沿所述旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层，同时在所述旋转永磁体之间设有纵向隔磁层。

优选地，所述旋转腔呈圆形；所述旋转永磁体呈长方形或矩形，其磁极两端设有软磁部，所述软磁部具有与所述旋转腔保持均匀间隙的弧形外表面。

优选地，其特征在于，所述壳体为实心软磁壳体。

优选地，其特征在于，所述传动部件为推杆，其一端与所述动铁芯相铰接，另一端与所述制动机构相配合，杆身与所述壳体相铰接。

本发明摒弃传统的电磁制动设计思路，突破性的采用永磁体代替电磁体进行制动，这一改进并非简单的替换，其技术难点就在于，电磁体可通过控制电路是否导通来获得或关闭磁场，而永磁体的磁场则是稳定存在的，并不容易受外界因素控制，两种磁体不能直接相互替换，对比，本发明将永磁体设于壳体内部，并使其具有两种工作状态，在第一工作状态，其磁场回路主要集中于壳体内部，磁力不足以吸合动铁芯，此时制动机构处于制动位置；在第二工作状态，其磁场回路发生改变，主要覆盖动铁芯所在的区域，此时能够提供足够的磁力吸合动铁芯，进而通过传动部件带动制动机构，使制动机构处于释放位置。

本发明通过改变永磁体所处的状态，使其磁场方向和路径发生变化，从而为动铁芯提供磁场，当磁场出现在动铁芯位置时，永磁体可吸合动铁芯，当磁场从动铁芯位置消失时，则释放动铁芯，进而带动制动机构动作，最终实现制动器的制动或释放，由于不再依靠长期通电产生电磁力来维持释放状态，因此节能效果十分显著，不会耗电发热，非常低碳、环保，而且结构简单、紧凑，性能稳定可靠，能满足频繁起、制动的工作要求，尤其适用于需要长时间运行的自动扶梯曳引机，具有十分广阔的应用前景。

在一种优选方案中，为进一步提高磁场强度，采用一块固定永磁体和两块旋转永磁体以特定的排列方式进行组合，在这种组合模式下，通过转动两块旋转永磁体，能够改变各永磁体的磁场方向和路径，使其在制动器需要处于制动位置时并不吸合动铁芯，而仅在制动器需要处于释放位置时吸合动铁芯，与单一永磁体形式相比，动铁芯不仅能够被相应一侧的旋转永磁体单独吸合，而且同时能够被中间的固定永磁体吸合，固定永磁体分别与两块旋转永磁体的磁场相互叠加，能够产生更强的磁场合力，从而满足大功率电梯曳引机的使用要求。

附图说明

图1为一种典型的电磁制动器的结构示意图；

图2为图1所示电磁制动器的磁力装置的局部剖视图；

图3为本发明所提供永磁节能制动器的第一种具体实施方式的结构示意图；

图4为图3所示制动器处于制动位置时其磁力装置的磁场分布示意图；

图5为图3所示制动器处于释放位置时其磁力装置的磁场分布示意图；

图6为一种旋转驱动机构的结构示意图；

图7为本发明所提供永磁节能制动器的第二种具体实施方式的结构示意图；

图8为本发明所提供永磁节能制动器的第三种具体实施方式的结构示意图；

图9为图8所示制动器处于制动位置时其磁力装置的磁场分布示意图；

图10为图8所示制动器处于释放位置时其磁力装置的磁场分布示意图；

图11为壳体、永磁体以及动铁芯三者之间相互位置关系的立体示意图；

图12为图11的正面示意图；

图13为图12的俯视图。

图1、图2中：

1.制动瓦块2.制动轮3.线圈4.动铁芯5.中心顶杠

图3至图13中：

10.制动瓦块20.磁力装置21.壳体22.动铁芯23.旋转永磁体24.推杆25.软磁部26.隔磁层30.电磁铁31.销杆32.连杆机构40.固定永磁体

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图3、图4、图5，图3为本发明所提供永磁节能制动器的一种具体实施方式的结构示意图；图4为图3所示制动器处于制动位置时其磁力装置的磁场分布示意图；图5为图3所示制动器处于释放位置时其磁力装置的磁场分布示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的永磁节能制动器主要由制动机构和磁力装置两大部分构成。

其中，制动机构采用制动瓦块10，磁力装置20用于驱动制动瓦块10处于制动或释放位置。

具体地，磁力装置20主要由壳体21、动铁芯22、旋转永磁体23等几部分构成，壳体21分为上壳体和下壳体，整体上为实心软磁壳体，软磁材料具有低矫顽力和高磁导率的特性，易于磁化，也易于退磁，在这里用来引导和改变永磁体磁场。

动铁芯22对称的布置于壳体21两侧，各动铁芯22分别通过推杆24与相应一侧的制动瓦块10传动连接，推杆24的下端与动铁芯22相铰接，另一端与制动瓦块10相配合，杆身大体在中间处与壳体21相铰接。

旋转永磁体23采用稀土永久磁铁，安装在壳体21的旋转腔中，旋转腔呈圆形，旋转永磁体23呈矩形(或长方形)，其充磁后，一端为N极，另一端为S极，并在磁极两端镶嵌有软磁部25，软磁部25的外表面呈弧形，与旋转腔保持较小且均匀的间隙，以便于形成稳定的磁场，减少磁场损失。

同时，壳体21内沿旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层26，该隔磁层26恰好位于上壳体和下壳体的扣合面之间，由上壳体和下壳体夹持固定，隔磁层26用于阻止旋转永磁体23在上壳体和下壳体之间形成磁场，使旋转永磁体23只能在上壳体内、下壳体内或壳体之外的区域形成磁场。

为便于描述，本文将旋转永磁体23处于磁极位于其左右两端的状态，命名为横向位置，而磁极位于其上下两端的状态，命名为竖向位置。

旋转永磁体23的两端可设置旋转驱动机构，由旋转驱动机构将其保持在壳体21的旋转腔内，并驱动旋转永磁体23在旋转腔中从第一工作状态转动至第二工作状态，或者从第二工作状态转动至第一工作状态。

如图6所示，旋转驱动机构采用电磁销杆，其电磁铁30可驱动销杆31做伸缩运动(实线为伸出状态，虚线为缩回状态)，销杆31通过连杆机构32与旋转永磁体23转动连接，从而带动旋转永磁体23转动。

在第一工作状态，旋转永磁体23处于横向位置，在隔磁层26的作用下，其N极和S极之间的磁场上下对称分布，且位于上壳体和下壳体内部，在动铁芯22处并不存在磁场或仅存在弱磁场，不能吸合动铁芯22，制动瓦块10在弹簧力的作用下处于制动位置，抱紧曳引轮的制动轮，曳引轮不能旋转，电梯停止运行。

在第二工作状态，旋转永磁体23顺时针转动90°处于竖向位置，在隔磁层26的作用下，其N极和S极之间的磁场左右对称分布，软磁壳体21被磁化，磁场向外扩展至壳体21外部，覆盖动铁芯22所在的区域，产生强大的磁力，吸合动铁芯22，带动推杆24做杠杆运动，推动制动瓦块10张开，与制动轮完全脱开，曳引轮处于自由状态，能够在电机的驱动下旋转，电梯正常运行。

请参考图7，图7为本发明所提供永磁节能制动器的第二种具体实施方式的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，永磁体为组合永磁体，包括左右对称分布的两块旋转永磁体23，旋转永磁体23安装于壳体21的旋转腔中，壳体21内沿旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层26，同时在旋转永磁体之间设有纵向隔磁层26，在第一工作状态，两块旋转永磁体23同时旋转至横向位置，在第二工作状态，两块旋转永磁体23同时旋转至竖向位置，其余结构与第一种具体实施方式大体相同，请参考上文的描述。

上述制动器的永磁体为单旋转永磁体和双旋转永磁体形式，即一块磁铁同时吸合左右两块动铁芯，或两块磁铁分别吸合左右两块动铁芯，若制动机构的弹簧力较大，则可以采用如下所述的方案。

请参考图8、图9、图10，图8为本发明所提供永磁节能制动器的第三种具体实施方式的结构示意图；图9为图8所示制动器处于制动位置时其磁力装置的磁场分布示意图；图10为图8所示制动器处于释放位置时其磁力装置的磁场分布示意图。

在第三种具体实施方式中，永磁体为组合永磁体，由三块永磁体排列组合而成，固定永磁体40位于壳体中间且竖向布置，两块旋转永磁体23分别位于固定永磁体40两边。

在第一工作状态，两块旋转永磁体23同时处于与固定永磁体40极性反向排列的竖向位置，在隔磁层26以及异性磁极相互吸引的作用下，磁场上下对称分布，且位于上壳体和下壳体内部，外部不呈现磁性，在动铁芯22处并不产生磁场或仅存在弱磁场，不能吸合动铁芯22，制动瓦块10在弹簧力的作用下处于制动位置，抱紧曳引轮的制动轮，曳引轮不能旋转，电梯停止运行。

在第二工作状态，两块旋转永磁体23同时旋转180°，处于与固定永磁体40极性同向排列的竖向位置，在隔磁层26的作用下，磁场左右对称分布，软磁壳体21被磁化，磁场向外扩展至壳体21外部，覆盖动铁芯22所在的区域，产生强大的磁力，吸合动铁芯22，带动推杆24做杠杆运动，推动制动瓦块10张开，与制动轮完全脱开，曳引轮处于自由状态，能够在电机的驱动下旋转，电梯得以运行。

与单一永磁体形式相比，动铁芯22不仅能够被相应一侧的旋转永磁体23单独吸合，而且同时能够被中间的固定永磁体40吸合，固定永磁体40分别与两块旋转永磁体23的磁场相互叠加，能够产生更强的磁场合力，从而满足大功率电梯曳引机的使用要求。

需要刹车时，将两块旋转永磁体23极性再转动180°，磁力线又恢复至图7所示的状态，动铁芯22失磁后，曳引轮的制动轮被弹簧力作用下的制动瓦块抱紧刹车。

请参考图11、图12、图13，图11为壳体、永磁体以及动铁芯三者之间相互位置关系的立体示意图；图12为图11的正面示意图；图13为图12的俯视图。

下面验证采用永磁后力和允许体积的可行性：

以YJ140制动器为例，其参数Lg＝0.2cm、F＝550N，选用各向异性钡铁氧体，求需要多大尺寸的永磁铁和轭铁。

解：将单位换算成英寸(in)和磅(Ibf)，Lg＝0.2÷2.54＝0.079(in)，F＝550÷4.448＝123.65(Ibf)；

功常数：查图对应曲线12，η＝3.4

将已知的F,Lg,η代入下式求得磁体重量：

Gm＝FLg/η＝(123.65×0.079)÷3.4＝9.768(Ibf)＝2.873(Kg)

放大系数K＝2.873÷0.122＝2.355

磁体尺寸如下

a＝2.5×2.355＝6cm

b＝1.3×2.355＝3cm

c＝0.5×2.355＝1.177cm

经计算机专用仿真软件验证，用烧结铷铁硼磁钢Gm＝0.66Kg

a＝6cm

b＝4cm

c＝1cm

此永磁体应用在第一实施例中，能在左右两边空气隙中产生631N吸力，大于550N吸力的要求，制动器总尺寸与原电磁制动器相同，充分证明了采用永磁后力和允许体积的可行性。

本发明通过改变永磁体所处的状态，使其磁场方向和路径发生变化，从而为动铁芯提供磁场，当磁场出现在动铁芯位置时，永磁体可吸合动铁芯，当磁场从动铁芯位置消失时，则释放动铁芯，进而带动制动机构动作，最终实现制动器的制动或释放，由于不再依靠长期通电产生电磁力来维持释放状态，因此节能效果十分显著，不会耗电发热，非常低碳、环保，而且结构简单、紧凑，性能稳定可靠，能满足频繁起、制动的工作要求，尤其适用于需要长时间运行的自动扶梯曳引机，具有十分广阔的应用前景。

进一步地，旋转驱动机构可设计成双稳态，用于将旋转永磁体转动固定角度，转动后就恢复自然状态，仅在转换运行和刹车瞬间通电，节电效果会更加明显。

此外，由于永磁节能制动器将需要转动的力的作用点移到外部，设计空间比电磁线圈自由，方便任意支配。因此尽管扶梯用曳引机开、停的频率很低，也可以设计力的放大机构来缩小驱动设备的短暂工作时的耗能及体积。

由于永磁节能制动器可设计得与常用的制动器尺寸相同，因而可以作为一个独立的部件对大批运行中的自动扶梯进行更换改造，必定会取得广大自动扶梯用户的欢迎，它的诞生将会产生巨大的社会效益和经济利益。

当然，上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，将传动机构设计成除杠杆以外的其他形式等等，由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

以上对本发明所提供的永磁节能制动器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于自动扶梯的永磁节能制动器，包括：

制动机构；

磁力装置，驱动所述制动机构处于制动或释放位置；

所述磁力装置包括：

壳体；

动铁芯，位于所述壳体外侧，通过传动部件与所述制动机构传动连接；

永磁体，设于所述壳体内部，并具有两种工作状态，在第一工作状态，其磁场回路主要集中于所述壳体内部，未吸合所述动铁芯，所述制动机构处于制动位置；在第二工作状态，所述壳体被磁化，其磁场回路主要覆盖所述动铁芯所在的区域，吸合所述动铁芯，所述制动机构处于释放位置；其特征在于，

所述永磁体为单一旋转永磁体，在第一工作状态，其旋转至横向位置，在第二工作状态，其旋转至竖向位置；

或者，所述永磁体为组合永磁体，包括位于中间的固定永磁体，以及位于所述固定永磁体两边的旋转永磁体；

所述固定永磁体竖向布置，在第一工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至与所述固定永磁体极性反向排列的竖向位置，在第二工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至与所述固定永磁体极性同向排列的竖向位置。

2.根据权利要求1所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述动铁芯对称布置于所述壳体两侧，各所述动铁芯分别通过传动部件与相应一侧的所述制动机构传动连接。

3.根据权利要求1所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述旋转永磁体安装于所述壳体的旋转腔中，所述壳体内沿所述旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层。

4.根据权利要求3所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述旋转腔呈圆形；所述旋转永磁体呈长方形或矩形，其磁极两端设有软磁部，所述软磁部具有与所述旋转腔保持均匀间隙的弧形外表面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述壳体为实心软磁壳体。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述传动部件为推杆，其一端与所述动铁芯相铰接，另一端与所述制动机构相配合，杆身与所述壳体相铰接。

7.一种用于自动扶梯的永磁节能制动器，包括：

制动机构；

磁力装置，驱动所述制动机构处于制动或释放位置；

所述磁力装置包括：

壳体；

动铁芯，位于所述壳体外侧，通过传动部件与所述制动机构传动连接；

永磁体，设于所述壳体内部，并具有两种工作状态，在第一工作状态，其磁场回路主要集中于所述壳体内部，未吸合所述动铁芯，所述制动机构处于制动位置；在第二工作状态，所述壳体被磁化，其磁场回路主要覆盖所述动铁芯所在的区域，吸合所述动铁芯，所述制动机构处于释放位置；其特征在于，

所述永磁体为组合永磁体，包括左右对称分布的旋转永磁体，在第一工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至横向位置，在第二工作状态，所述旋转永磁体同时旋转至竖向位置。

8.根据权利要求7所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述动铁芯对称布置于所述壳体两侧，各所述动铁芯分别通过传动部件与相应一侧的所述制动机构传动连接。

9.根据权利要求7所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述旋转永磁体安装于所述壳体的旋转腔中，所述壳体内沿所述旋转腔的横向中心线方向设有隔磁层，同时在所述旋转永磁体之间设有纵向隔磁层。

10.根据权利要求9所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述旋转腔呈圆形；所述旋转永磁体呈长方形或矩形，其磁极两端设有软磁部，所述软磁部具有与所述旋转腔保持均匀间隙的弧形外表面。

11.根据权利要求7至10任一项所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述壳体为实心软磁壳体。

12.根据权利要求7至10任一项所述的用于自动扶梯的永磁节能制动器，其特征在于，所述传动部件为推杆，其一端与所述动铁芯相铰接，另一端与所述制动机构相配合，杆身与所述壳体相铰接。