CN107005141B - 涡流制动器装置 - Google Patents

Abstract

配置成具有至少两个旋转自由度的涡流制动器，其中，第一主旋转轴线相对于至少一个次旋转轴线或控制旋转轴线成角度地平移，并且制动作用被施加至主轴线，至少一个次轴线用于调节该制动作用。制动系统在与第一旋转轴线的平面不同的平面中具有第二旋转轴线，并且第二旋转轴线可以处于与第一自由度旋转轴线大致正交的角度。正交的第二旋转轴线可以帮助系统稳定，并避免自动栓绳或自收回式救生索(SRL)中的振荡力。

Description

涡流制动器装置

技术领域

本文描述的是涡流制动器装置和使用方法。更具体地说，描述了利用零件之间变化的运动关系的涡流制动器装置。

背景技术

申请人在涡流相关设备领域的共同待审和已授权专利包括US 8,851,235、US 8,490,751、NZ619034、NZ627617、NZ627619、NZ627633、NZ627630及其他等同物，所有均通过引用并入本文。

涡流制动器装置的工作原理是，导电元件相对磁场移动引发涡流力，涡流力用于抵抗磁场和电导体之间的相对移动，即，它们是阻滞力。

通过考虑制动器采用的自由度(degrees of freedom，DOF)的数值以及它们是线性(L)自由度还是旋转(R)自由度，可以对涡流制动器装置归类。因此，1DOF旋转装置可以标记为“1R”，2DOF线性装置可以标记为“2L”。

1L，单线性DOF装置可以采取线性制动器装置的形式，其可以通过如图1所示的通过磁体阵列的电导体(1L)实现。替代的1L装置可以是类似于在现有过山车制动器中使用的通过电导体的磁体阵列。1R：单旋转DOF可以用诸如图2所示的平坦盘式制动器实现。

1R1L：可以例如使用本申请人的共同待审专利申请NZ619034中描述的沿制动器轴线具有一线性DOF并且围绕制动器轴线具有一旋转DOF的柱塞制动器实现一线性和一旋转DOF。这种1R1L DOF使得可以通过改变电导体相对于磁性阵列的轴向位移同时保持连续的电导体来调节转矩。

另一示例是在申请人的公布为US 8,851,235和US 8,490,751的待审专利中描述的2R DOF制动器。这些专利中描述的具有集成运动控制的盘式制动器装置可以分类为2R制动器，因为臂的动态运动围绕从主制动器轴线径向平移或偏移的轴线发生。臂(电导体)与来自磁阵列的磁通量的可变重叠导致可变的转矩制动。向心力、涡流拖曳力和弹簧偏置力之间的相互作用可以被配置为不受输入转矩影响地进行受控速度调节。

本领域中描述的设备可能是有用的，例如因为它们提供控制运动的无摩擦方法。然而，也可以使用不同的装置实现改变涡流相互作用的其它方法，或者至少为公众提供选择。

根据下文仅以示例方式给出的描述，涡流制动器装置和使用方法的其他方面和优点应变得明显。

发明内容

本文描述的是涡流制动器装置和使用方法，特别是用于调节制动器或安装有制动器的设备的启动和操作的具有拥有至少两个旋转自由度的运动关系的装置。

在第一方面，提供了一种涡流制动器装置，包括：

(a)磁场；和

(b)电导体；

其中，磁场和电导体相对彼此移动并且相互作用从而引发涡流拖曳力；以及

其中，涡流制动器被配置为具有至少两个旋转自由度，其中，第一主旋转轴线相对于至少一个次旋转轴线或控制旋转轴线成角度地平移，并且其中，向主轴线施加制动作用，并且该至少一个次轴线用于调节制动作用。

在第二方面，提供了一种通过以下步骤产生涡流拖曳力的方法：

(a)选择基本上如上所述的涡流制动器装置；

(b)施加驱动力以引起磁场和至少一个电导体之间变化的相对移动；以及

(c)通过引起移动，使至少一个电导体和磁场相互作用从而引发涡流拖曳力，并用于抵抗磁场和至少一个电导体之间的相对运动。

上述涡流制动器装置和使用方法的优点包括如下能力：调节制动响应至通过单自由度配置可能难以实现的程度。更大的调节例如允许有制动大范围的转矩力的能力并且允许有防止接通/断开制动的能力——对于一系列不同的输入条件，制动可以具有受控的和/或接近恒定的速率。

附图说明

根据下文仅以示例方式给出的并参考附图描述，涡流制动器装置和使用方法的其他方面将变得明显，附图中：

图1示出了现有技术的单线性自由度涡流制动器装置；

图2示出了现有技术的单旋转自由度涡流制动器装置；

图3示出了双旋转自由度涡流制动器装置的实施方案，其中，旋转轴线彼此成角度地平移，或者相交，或者不相交；

图4示出了双旋转自由度涡流制动器装置的替代实施方案，其中，旋转轴线彼此成角度地平移，或者相交，或者不相交；以及

图5示出了另一替代的双旋转自由度涡流制动器装置，其中，旋转轴线彼此成角度地平移，或者相交，或者不相交。

具体实施方式

如上所述，本文描述了一种涡流制动器装置和使用方法，特别是用于调节制动器或安装有制动器的设备的操作的具有拥有至少两个旋转自由度(2R DOF)的运动关系的装置。

为了本说明书之目的，术语“约”或“大致”及它们的语法变体是指相对于参考数量、参考水平、参考程度、参考值、参考数字、参考频率、参考百分比、参考尺寸、参考大小、参考量、参考重量或参考长度变化了差不多30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的数量、水平、程度、值、数字、频率、百分比、尺寸、大小、量、重量或长度。

术语“基本上”或其语法变体指的是至少约50％，例如75％、85％、95％或98％。

术语“包括”及其语法变体应当具有包含的意思，即，该术语将被认为是指不仅包括直接提及的所列部件，而且包括其他未指定的部件或元件。

术语“连接”和其语法变体指的是直接连接以及诸如通过另一个构件的间接连接。

在第一方面，提供了一种涡流制动器装置，包括：

(a)磁场；和

(b)电导体；

其中，磁场和电导体相对彼此移动并且相互作用从而引发涡流拖曳力；并且

其中，涡流制动器被配置为具有至少两个旋转自由度，其中，第一主旋转轴线相对于至少一个次旋转轴线或控制旋转轴线成角度地平移，并且其中，制动作用被施加至主轴线，并且至少一个次轴线用于调节制动作用。

本发明人已经确定，2R DOF装置可以用于调节涡流制动装置。2R DOF可以例如比1R或1L装置提供更大的范围和机会来改变制动动力。上述的第二自由度可以将运动控制调节引入到制动器中，这是对现有技术的重要改进。运动控制可以例如允许受控的输出制动响应，而与制动机构上的输入动力无关。另一个优点是避免滞后现象，比如接入或断开制动响应，避免在许多应用中不期望的制动波动，在这些应用中，平滑的制动效果是所期望的或者甚至必要的。其他优点在下面进一步描述。

对于下面的讨论，将描述电导体和磁体或磁场的一种布置。这种布置不应被视为限制性的，因为应当理解，电导体和磁体/磁场可以交换并且仍然实现产生涡流制动力的相同结果。

此外，对于下面的讨论，可能提及单个电导体或单个磁场，然而，这不应被视为限制性的，因为可以使用多个电导体或多个磁场。

涡流制动器可以被配置成具有中心旋转点或枢轴。在一种实施方案中，中心旋转点可以是第一旋转轴，电导体可以连接至该轴并随该轴旋转。轴可能是非必需的，因为电导体可以支撑于壳体的外部，因此不需要中心支撑。当发生制动时，电导体可以至少部分地位于磁场内。这样，电导体和磁场之间的相对移动引发涡流制动力，用于抵抗电导体的移动，并且进而用于抵抗轴的移动。该术语“轴”以广义使用——轴可以是圆柱体，但也可以是管、正方形、长方形或其他形状的元件。

如上所述，第二旋转轴线处于与第一旋转轴线的平面不同的平面。在一种实施方案中，第二旋转轴线可以处于与第一自由度旋转轴线大致正交的角度，但是也可以是非正交的角度。正交的第二旋转轴线可以辅助系统稳定性并避免振荡力。

第一旋转轴线和至少一个第二旋转轴线可以相交。为了便于描述，在本说明书中可能提及相交的轴线，然而这不应被看作是限制的，因为也可以实现具有角度平移的非相交轴线。

在一种具体实施方式中，轴可以具有轴环，并且轴环的一个部分、轴环的多个部分或整个轴环可以是电导体。

轴环可以围绕位于轴上的第二旋转轴线旋转或围绕轴本身旋转。在该实施方案中，轴环旋转也使电导体旋转。其上安装有轴环和电导体的轴本身可以是柔性的，或者替代地可以包括柔性联接器，以允许其上的轴环和电导体的次轴线旋转。

或者，电导体可以围绕位于轴环上的一个或多个轴线旋转，并且当轴或第一旋转发生时，导电构件的至少部分从轴环的围绕一个或多个第二旋转轴线的旋转平面向外旋转。在该实施方案中，轴环可以包括离散部分，离散部分自身的旋转轴线在轴环圆周周围。

次旋转轴线可以是固定的。可替代地，次旋转轴线可以按照由运动关系所规定的移动。另外，次旋转轴线可以不是由销或轴物理地产生的轴线，而是可以是由运动和约束机构的几何学及运动学产生的有效旋转轴线。可以实现这种装置的方式的非限制性示例可以包括使用：弯曲槽中的滑块、“4杆连杆机构”、柔性板弹簧以及它们的组合。

电导体在其中移动的磁场可以由位于壳体或外部元件上的一个或多个磁体形成。壳体或外部元件可以限定供轴和电导体在其内部移动的腔。

在替代实施方案中，电导体可以经由线(柔性或刚性的)连接到轴，并且作用在电导体构件上的离心力通过轴的旋转产生，促使电导体轴向地旋转远离轴。在该实施方案中，可以使用偏置装置调节电导体移动远离轴的轴线的轴向速率。在一种实施方案中，偏置可以是弹簧。

在另一实施方案中，涡流制动器可以被配置成具有围绕第一旋转轴线旋转的轴和耦接到该轴且围绕该轴的旋转轴线旋转的轴环。轴环可以包括轴环圆周周围的一个或多个槽口，其中，槽口内部的磁体在磁体之间限定至少一个磁场，一个或多个磁场围绕轴的旋转轴线移动。一个或多个电导体可以围绕位于轴环圆周上的第二旋转轴线旋转地移入或移出磁场。

在上述方面中，一种实施方案可以采用具有2R DOF装置的行星齿轮箱装置。齿轮箱可以包括恒星(例如，轴)，该恒星具有围绕其旋转的行星(齿轮、球、盘等)并且其旋转由运动和旋转耦接关系控制，零件经由环形件保持对准。该实施方案中的电导体可以是行星或其附件，行星或其附件旋转通过由位于行星的任一侧上的磁体阵列产生的磁场，使得磁场正交地穿过行星。第一旋转轴线可以是恒星(轴)的旋转或环形件的旋转。一个或多个第二旋转轴线可以是行星的旋转。当移动发生时，可能存在由行星轮围绕恒星轴线的移动引发的阻滞转矩以及由行星围绕其自身的次旋转轴线旋转引发的另外的阻滞转矩。恒星可以通过齿轮装置、牵引驱动器、皮带、恒星和行星之间的摩擦以及其他驱动装置驱动行星。轴承也可以被认为是行星齿轮箱。在这种情况下，壳体作为整体载体，轴承的滚珠或滚子作为行星，外环作为环形件，内环作为恒星。涡流制动器可以被配置成作用在内环上(1R)和/或行星上(2R)。

在第二方面，提供了一种通过以下步骤产生涡流拖曳力的方法：

(a)选择基本上如上所述的涡流制动器装置；

(b)施加驱动力以在磁场和至少一个电导体之间引起变化的相对移动；以及

(c)通过引起移动，使至少一个电导体和磁场相互作用从而引发涡流拖曳力，并用于抵抗磁场和至少一个电导体之间的相对运动。

在一种实施方案中，自动栓绳或自收回式救生索(SRL)实施方案可以使用上述的涡流制动器装置。轴或第一旋转元件上可以具有绳索的线轴，并且当发生绳索放出(例如，由于物体坠落)时，轴旋转，在电导体上施加二次旋转移动。电导体移动导致产生涡流拖曳力，涡流拖曳力用以减慢电导体的移动，从而减慢轴或第一旋转元件的移动。减慢轴的移动于是减慢绳索的放出，从而制动物体的坠落。该实例不应被视为限制性的，因为本文描述的涡流制动器装置可以用于各种各样的其他应用，非限制性示例包括对以下各项的速度控制：

·旋转涡轮机中的转子；

·锻炼设备，例如划船机、周转训练机(epicyclic trainer，椭圆机)；

·过山车和其他娱乐设施；

·电梯和自动扶梯系统；

·疏散下降器和防火逃生设备；

·传送系统：

·工厂生产设施中的旋转驱动装置；

·材料搬运设备诸如输送带，或滑槽中的制动设备；

·动态显示标志，用于控制旋转标志的变化速率；

·路边安全系统，例如涡流制动器可以连接在系统中，以经由制动器通过能量耗散提供碰撞衰减；

·车辆中的座椅安全带；

·高空滑索；

·用于手推车和拖板的制动机构。

上述涡流制动器装置和使用方法的优点包括响应于通过单自由度装置可能难以实现的程度调节制动的能力。更大的调节例如允许制动较大范围的转矩力的能力并且允许防止接通/断开制动的能力——对于一系列不同的输入条件制动可以是受控的和/或接近恒定的速率。

上述实施方案还可以被广泛地说成包括单独地或共同地在本申请的说明书中提及或指明的部件、元件和特征，以及任何两个或更多个所述部件、元件或特征的任何或所有组合。

另外，在本文提及具有本实施方案涉及的领域中已知的等同物的具体整体的情况下，这些已知的等同物被认为如同单独阐述的一样被并入本文。

工作实例

现在通过参照具体实例描述上述涡流制动器装置和使用方法。

实例1

图3示出了如何将1R涡流制动器装置改装成具有2R装置。

大致由箭头1示出的涡流制动器具有围绕轴线X旋转的轴2。轴包括连接到轴2的轴环3。电导体构件4位于轴环3的任一端。轴环3围绕位于轴环3的中心上或中心附近的由箭头Y标示的第二轴线自由旋转。

在涡流制动期间，轴2和轴环3位于由壳体5围绕轴2和轴环3所形成的磁场内，壳体5包括产生磁场的磁体6。

电导体构件4能够转动地平移经过第二旋转轴线Y进入或离开磁场。图3示出了部分地位于由磁体6所产生的磁场外的电导体构件4。

然后，电导体构件4(从第一旋转度和第二旋转度)和磁场之间的相对移动引发涡流制动力，涡流制动力抵抗电导体构件4的移动，并且进而抵抗轴2的移动。

如图3所见，第二旋转轴线Y处于大致正交于第一旋转轴线X的角度。

轴2本身可以是柔性的以允许第二旋转轴线Y，或者替代地，轴2可以包括柔性联接器(未示出)，以允许轴环2和电导体构件4的第二旋转轴线Y。

注意，虽然还可以使用改变和产生力的附加装置，例如弹簧，但是为了清楚起见，这些附加装置未示出。

实例2

图4示出了在2R装置中实现用于供电导体围绕其旋转的第二旋转轴线Y的替代方式。在该实施方案中，轴11在由位于壳体10上的磁体10a、10b所产生的磁场中围绕第一旋转轴线X旋转。电导体构件13经由连杆12和弹簧14连接到轴11。连杆12与轴11的附接点限定第二旋转轴线Y。当没有发生第一轴线X旋转时，电导体构件13被弹簧14偏置到磁场外部的位置。当发生第一轴线X旋转时，电导体构件13被离心力推动抵抗弹簧14的偏置经由第二轴线Y旋转到磁场中，从而引发涡流制动力。

再次注意，虽然还可以使用改变和产生力的附加装置，例如弹簧，但是为了清楚起见，这些附加装置未示出。

实例3

图5示出了另一实施方案，这次实现分段或花瓣式2R装置。

在该实施方案中，轴20围绕第一旋转轴线X旋转，而电导体构件21围绕第二旋转轴线Y旋转。在该实施方案中，磁体22位于围绕轴20定位的轴环23上。当发生轴20围绕第一旋转轴线X的旋转时，离心力推动电导体构件21围绕第二旋转轴线Y旋转。第二轴线Y旋转使电导体构件21进入磁场，从而引发涡流制动力。

根据实例1和2，注意，虽然也可以使用改变和产生力的附加装置，例如弹簧，但是为了清楚起见，这些附加装置未示出。

已经仅通过举例对涡流制动器装置和使用方法的各个方面进行描述，并且应当理解的是，在不脱离本文的权利要求范围的情况下，可以对上述方面进行修改和添加。

Claims (17)

1.一种涡流制动器装置，包括：

(a)磁场；和

(b)电导体；

其中，所述磁场和电导体相对于彼此移动并且相互作用从而引发涡流拖曳力；并且

其中，所述涡流制动器被配置为具有至少两个旋转自由度，其中，第一主旋转轴相对于至少一个第二旋转轴成角度地平移，并且其中，制动作用被施加至所述第一主旋转轴，并且其中所述至少一个第二旋转轴用于调节所述制动作用。

2.根据权利要求1所述的涡流制动器装置，其中，所述第二旋转轴与第一主旋转轴有角度。

3.根据权利要求2所述的涡流制动器装置，其中，所述第二旋转轴处于与第一主旋转轴大致正交的角度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的涡流制动器装置，其中，所述第一主旋转轴和所述至少一个第二旋转轴相交。

5.根据权利要求1所述的涡流制动器装置，其中，制动器被配置成具有所述第一主旋转轴以及与所述第一主旋转轴连接并随着所述第一主旋转轴旋转的电导体。

6.根据权利要求5所述的涡流制动器装置，其中，当制动发生时，所述电导体至少部分地位于所述磁场内。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的涡流制动器装置，其中，所述电导体和所述磁场之间的相对移动引发涡流制动力，所述涡流制动力用于抵抗所述电导体的移动，并且进而用于抵抗所述第一主旋转轴的移动。

8.根据权利要求5或权利要求6所述的涡流制动器装置，其中，所述第一主旋转轴具有轴环，并且所述轴环的一个部分、所述轴环的多个部分或整个所述轴环是电导体。

9.根据权利要求8所述的涡流制动器装置，其中，所述轴环围绕安装于所述第一主旋转轴上的所述第二旋转轴旋转或者围绕所述第一主旋转轴本身旋转。

10.根据权利要求9所述的涡流制动器装置，其中，所述轴环旋转也使电导体旋转。

11.根据权利要求10所述的涡流制动器装置，其中，所述电导体围绕安装于所述轴环上的所述至少一个第二旋转轴中的一个或多个旋转，并且当发生所述第一主旋转轴旋转时，所述电导体的至少一部分从所述轴环的围绕所述至少一个第二旋转轴中的一个或多个的旋转平面向外旋转。

12.根据权利要求1所述的涡流制动器装置，其中，所述电导体经由线连接到所述第一主旋转轴，并且作用在电导体构件上的离心力通过所述第一主旋转轴的旋转产生，促使所述电导体轴向地旋转远离所述第一主旋转轴。

13.根据权利要求12所述的涡流制动器装置，其中，使用至少一个偏置装置调节所述电导体移动远离所述第一主旋转轴的轴向速率。

14.根据权利要求9-12中任一项所述的涡流制动器装置，其中，所述电导体围绕所述至少一个第二旋转轴(Y)旋转地移入或移出所述磁场用于调节所述制动作用。

15.一种通过以下步骤产生涡流拖曳力的方法：

(a)选择根据上述权利要求中任一项所述的涡流制动器装置；

(b)施加驱动力以在所述磁场和所述电导体之间引起变化的相对移动；以及

(c)通过引起移动，使所述电导体和磁场相互作用从而引发涡流拖曳力，并用于抵抗所述磁场和所述电导体之间的相对运动。

16.一种自动栓绳设备，包括根据权利要求1至14中任一项所述的涡流制动器装置。

17.一种自收回式救生索设备，包括根据权利要求1至14中任一项所述的涡流制动器装置。

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