CN107289061A - 一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器 - Google Patents

一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器 Download PDF

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Abstract

一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，主要包括电磁阻尼单元和流体阻尼单元。本发明能够实现对机械旋转运动正反向不同阻尼特性的限速保护，从而兼顾工作能力和效率；必要时流体阻尼单元能对电磁阻尼单元进行冷却操作，从而保障电磁阻尼单元能够高强度可靠工作；尤其，当某一个阻尼单元发生故障失效时，不会出现整体失效情况，从而确保使用安全性；具有结构简单、工作可靠、免维护等优点。

Description

一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及对机械旋转运动进行限速保护的阻尼器。
背景技术
随着高层建筑数量的增加，曳引电梯的数量快速增加，但高层建筑在诸如火灾等紧急情况下的人员疏散问题日显突出。现已公开的ZL201210346849.5“一种具有火灾断电自运行救生功能的电梯”，提出了利用阻尼装置实现对轿厢的限速运行，亦能同步解决轿厢意外失速冲顶和坠落问题的解决方案。为适于以上使用场景，和其他机械旋转运动进行限速保护的需求，对阻尼器提出了如下要求：在重载下送或某一方向时，要求阻尼器具有大功率的阻尼缓速能力，从而提高载荷能力；但在轻载上行或另一方向时，要求阻尼器具有小功率阻尼缓速能力，从而提高运行效率；阻尼器在万一情况下应急使用，使用寿命虽然可以不长，但要求高强度可靠工作、免维护，尤其成本低廉以便于大规模应用；阻尼器应有高度的安全性，即便发生一次故障，也应确保当班使用者平安。
但是，现有的电磁阻尼器或缓速器，普遍只具有单一的阻尼特性曲线，或需要增加复杂的控制系统，才能实现不同的阻尼特性控制；此外电磁阻尼器虽然功能可靠，但其所固有存在的电磁发热，阻尼性能随着温度的升高而衰退，乃至失效的问题，也并不适于连续的高强度作业场合；虽然对电磁阻尼器可以采取设置冷却管路进行冷却等方式予以控制，但将导致其结构快速复杂化，经济性欠佳。而液力阻尼器结构复杂、成本高，且管路漏液就会功能衰退，乃至彻底失效，其可靠性也并不适于在不进行日常保障维护，而又要求高安全性的场合里使用。此外，现有的阻尼器或缓速器普遍单点失效即导致整体失效，而难以在某一方面故障的情况下，能够带着故障，虽然性能下降，但不会完全丧失功能，从而实现一次故障发生时，依然能够确保当班使用者的平安，并在后续还可以降低性能要求情况下，降级使用。
发明内容
本发明提供了一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，阻尼力矩随着转速的增大而增大，其可选结构为：所述电磁流体阻尼器包括电磁阻尼单元和流体阻尼单元；所述电磁阻尼单元主体结构为上壳体，所述上壳体上端乃至周围壁面上开设有电磁段通孔，所述上壳体上端中心位置装配有轴承，所述轴承旋转支撑着输入转轴，所述输入转轴下方连接着转子，所述转子外并在上壳体内壁上装配有定子，所述转子与定子之间为可以供气体或液体流通的间隙腔，所述转子下方为转轴；所述电磁阻尼单元下方为流体阻尼单元，所述流体阻尼单元主体结构为下壳体，所述下壳体与上壳体连接，所述转轴位于下壳体中心位置，所述转轴下方由轴承旋转支撑，所述转轴上连接着叶轮，所述下壳体内有叶轮腔，所述叶轮可以在叶轮腔内旋转运动，所述叶轮腔左上方为内通孔，所述内通孔连接着电磁阻尼单元内的间隙腔和流体阻尼单元内的叶轮腔，所述叶轮腔右下方为液力段通孔，所述液力段通孔可以流通流体阻尼单元正常工作所需的工作介质。
较佳地，所述的电磁流体阻尼器内，电磁阻尼单元和流体阻尼单元同轴串联；所述的流体阻尼单元可以吸取液体或者气体等工作介质，对电磁阻尼单元冷却降温；所述的电磁流体阻尼器正反转时，具有不同的阻尼力矩特性，能够满足正反两个方向明显不同的阻尼力矩使用场景的性能要求。
较佳地，所述的流体阻尼单元所吸取的工作介质可以直接流经电磁阻尼单元内转子和定子之间间隙腔的方式实现冷却，具有结构简单、冷却效果好的优点；所述电磁阻尼单元内的间隙腔和流体阻尼单元内的叶轮腔通过内通孔相连。
较佳地，所述的流体阻尼单元所吸取的工作介质也可以流经电磁阻尼单元内专门设置的冷却介质通道的方式实现冷却，具有工作介质不会四处流溢的优点。
较佳地，外力矩驱动电磁流体阻尼器转轴朝设定方向旋转时，电磁阻尼单元和流体阻尼单元均工作，使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较大；外力矩驱动转轴反向旋转时，电磁阻尼单元正常工作，但流体阻尼单元在转轴反转时难以有效吸取工作介质，而不能产生较大的流体阻尼力矩，故而使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较小；且在采用诸如水、油、冷却液等液体作为工作介质时，电磁流体阻尼器在转轴正反向旋转时的整体阻尼力矩差距会更为明显。
较佳地，所述流体阻尼单元在工作介质供给类型和入口压力稳定不变，转轴正反向旋转时，其转轴阻尼力矩特性并不相同，可以通过设计叶轮或叶轮腔构型的方式，比如叶轮的叶片为曲面构型或者带倾角安装在转轴上，就可以实现。
较佳地，所述的电磁流体阻尼器在正反转，或者采用不同类型的工作介质如水、空气或冷却液等，或者由外界控制工作介质的入口压力，以及上述各种不同情况的组合，将使电磁流体阻尼器具有多种模式下各不相同的阻尼力矩特性。
较佳地，所述电磁流体阻尼器内的流体阻尼单元工作介质也可以不流经电磁阻尼单元，比如电磁流体阻尼器内的流体阻尼单元与电磁阻尼单元之间不存在内通孔，并在流体阻尼单元下壳体的圆周壁面上开设类似于内通孔的结构，从而使得工作介质不流经电磁阻尼单元，就将工作介质直接排出电磁流体阻尼器之外，或者吸进流体阻尼单元的叶轮腔之内，就能实现不对电磁阻尼单元冷却降温，并具有功能结构更简单的优点。
较佳地，所述的电磁流体阻尼器在转轴正反向旋转时，通过设计叶轮或叶轮腔构型，比如叶轮的叶片设计就采用简单的平板结构并沿着转轴外表面垂直安装，则其转轴在正反向旋转时阻尼力矩特性也可以相同，以适应正反向旋转时需要转轴阻尼力矩特性相同的使用场合。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，能够实现对机械旋转运动正反向不同阻尼特性的限速保护，达成某一方向工作能力和另一方向工作效率的平衡；比如，将电磁流体阻尼器接入曳引电梯传动系统后，能够适应电梯在重载下送时，对阻尼器所提出的大功率阻尼缓速性能，从而提高载荷能力的要求，以及电梯在轻载上行时，对阻尼器所提出的小功率阻尼缓速性能，从而提高运行效率的要求；同时流体阻尼单元结构简单，在利用其阻尼缓速功能的同时，在需要的时候，又能设计成自动实现对电磁阻尼单元的冷却操作，从而保障电磁阻尼单元能够高强度可靠工作，且具有结构简单、免维护等优点；尤其，当电磁流体阻尼器的流体阻尼单元或者电磁阻尼单元，某一个阻尼单元发生局部一次故障失效时，也不会出现单点失效即整体失效，依然能够在另一个阻尼单元的有效工作下，确保当班使用者的平安，避免导致恶劣的事关人生安全的事故发生；乃至在评估分析后，必要时还可以在一次故障情况下继续降级使用。
附图说明
图1为本发明电磁阻尼单元端出轴的结构示意图；
图2为本发明流体阻尼单元端出轴的结构示意图。
符号说明：
1-上壳体 2-轴承 3-输入转轴
4-电磁段通孔 5-转子 6-定子
7-转轴 8-叶轮腔 9-液力段通孔
10-叶轮 11-下壳体 12-内通孔
13-间隙腔 14-流体阻尼单元 15-电磁阻尼单元
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受所提出之实施例的限制。相反，提出该实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明。附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
参考图1所示，本发明提供了一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，具体的，在本实施例中，电磁流体阻尼器由电磁阻尼单元15和流体阻尼单元14组成；电磁阻尼单元15主体结构为上壳体1，上壳体1上端乃至周围壁面上开设有电磁段通孔4，上壳体1上端中心位置装配有轴承2，轴承2旋转支撑着输入转轴3，输入转轴3下方连接着转子5，转子5外并在上壳体1内壁上装配有定子6，转子5与定子6之间为可以供气体或液体流通的间隙腔13，转子5下方为转轴7；电磁阻尼单元15下方为流体阻尼单元14，流体阻尼单元14主体结构为下壳体11，下壳体11与上壳体1连接，转轴7位于下壳体11中心位置，转轴7下方由轴承2旋转支撑，转轴7上连接着叶轮10，下壳体11内有叶轮腔8，叶轮10可以在叶轮腔8内旋转运动，叶轮腔8左上方为内通孔12，内通孔12连接着电磁阻尼单元15内的间隙腔13和流体阻尼单元14内的叶轮腔8，叶轮腔8右下方为液力段通孔9，液力段通孔9可以流通流体阻尼单元14正常工作所需的工作介质。
在本实施例中，电磁流体阻尼器内，电磁阻尼单元15和流体阻尼单元14同轴串联，转轴7阻尼力矩随着转速的增大而增大；当转轴从电磁阻尼单元15端出轴时，如图1所示；当转轴从流体阻尼单元14端出轴时，如图2所示；流体阻尼单元14可以吸取液体或者气体等工作介质，对电磁阻尼单元15冷却降温；电磁流体阻尼器正反转时，具有不同的阻尼力矩特性。
在本实施例中，流体阻尼单元14所吸取的工作介质可以直接流经电磁阻尼单元15内转子5和定子6之间间隙腔13的方式实现冷却，具有冷却效果好的优点；电磁阻尼单元15内的间隙腔13和流体阻尼单元14内的叶轮腔8通过内通孔12相连。
在本实施例中，流体阻尼单元14所吸取的工作介质也可以流经电磁阻尼单元15内专门设置的冷却介质通道的方式实现冷却，具有工作介质不会四处流溢的优点。
在本实施例中，外力矩驱动电磁流体阻尼器转轴7朝设定方向旋转时，电磁阻尼单元15和流体阻尼单元14均工作，使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较大；外力矩驱动转轴7反向旋转时，电磁阻尼单元15正常工作，但流体阻尼单元14在转轴7反转时难以有效吸取工作介质，而不能产生较大的流体阻尼力矩，故而使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较小。且在采用诸如水、油、冷却液等液体工作介质时，电磁流体阻尼器在转轴7正反向旋转时的整体阻尼力矩差距会更为明显。
在本实施例中，流体阻尼单元14在工作介质供给类型和入口压力稳定不变时，转轴7正反向旋转两种工作模式下，其转轴7阻尼力矩特性并不相同，可以通过设计叶轮10或叶轮腔8构型的方式，比如叶轮10的叶片为曲面构型或者带倾角安装在转轴7上，就可以实现。
在本实施例中，电磁流体阻尼器在正反转，或者采用不同类型的工作介质如水、空气或冷却液等，或者由外界控制工作介质的入口压力，以及上述各种不同情况的组合，将使电磁流体阻尼器具有多种模式下各不相同的阻尼力矩特性。
在另一实施例中，电磁流体阻尼器内的流体阻尼单元14与电磁阻尼单元15之间不存在内通孔12，并在流体阻尼单元14下壳体11的圆周壁面上开设类似于内通孔12的结构，从而使得工作介质可以不流经电磁阻尼单元15，就将工作介质直接排出如图1的电磁流体阻尼器之外，或者如图2的吸进流体阻尼单元14的叶轮腔8之内，由此不对电磁阻尼单元15进行冷却降温，但具有功能结构更简单的优点。
在另一实施例中，电磁流体阻尼器在转轴7正反向旋转时，通过设计叶轮10或叶轮腔8构型，比如叶轮10的叶片设计就采用简单的平板结构并沿着转轴7外表面垂直安装，则其转轴7在正反向旋转时，其阻尼力矩特性也可以相同，以适应正反向旋转时需要转轴7阻尼力矩特性相同的使用场合。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，能够实现对机械旋转运动正反向不同阻尼特性的限速保护，从而兼顾工作能力和效率；必要时流体阻尼单元能对电磁阻尼单元进行冷却操作，从而保障电磁阻尼单元能够高强度可靠工作；尤其，当某一个阻尼单元发生故障失效时，不会出现整体失效情况，从而确保使用安全性；具有结构简单、工作可靠、免维护等优点。
下面结合附图对本发明一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器的工作过程及原理进行描述。
参考图1，当较大的外力矩驱动电磁流体阻尼器转轴7朝设定方向旋转时，电磁阻尼单元15正常工作，转子5切割磁力线，并随着转速的增大而产生更大的电磁阻尼力矩，且不断将旋转运动的动能转化为热能。与此同时，流体阻尼单元14也正常工作，叶轮10在叶轮腔8内旋转，将工作介质通过液力段通孔9吸进叶轮腔8，并经流体阻尼单元14加压后，将工作介质通过内通孔12输送至电磁阻尼单元15的间隙腔13，随后流经转子5和定子6并对其进行冷却，带走电磁阻尼单元15工作时所产生的热量，最后通过电磁段通孔4排到电磁流体阻尼器外面。且在此过程中，只要保证工作介质的供给，流体阻尼单元14同样随着输入转轴3转速的增大，产生更大的流体阻尼力矩；除此之外，也可以采取对流体阻尼单元14工作介质供给量，由外界进行控制的方式，实现对流体阻尼单元14所产生流体阻尼力矩的更精细控制。当电磁阻尼单元15产生的电磁阻尼力矩与流体阻尼单元14产生的流体阻尼力矩，及相关摩擦力矩所合成的阻尼力矩，与驱动转轴7旋转的较大的外力矩相平衡时，电磁流体阻尼器转轴7就不再进行加速旋转运动，进而保持匀速旋转运动，从而实现对具有较大外力矩的构件，朝设定方向旋转运动时的限速控制。
当较小的外力矩驱动电磁流体阻尼器转轴7朝设定的反方向旋转时，电磁阻尼单元15不受转轴7旋转方向的影响正常工作，转子5切割磁力线，并随着转速的增大而产生更大的电磁阻尼力矩，且不断将旋转运动的动能转化为热能。与此同时，流体阻尼单元14由于叶轮10在叶轮腔8内反向旋转，如叶轮10的叶片为曲面构型或者带倾角安装在转轴7上，将使得流体阻尼单元14无法吸取位于液力段通孔9内的工作介质，或所吸取的工作介质相比正向旋转时不足，尤其在采用诸如水、油、冷却液等液体工作介质时，将使得流体阻尼单元14在反向旋转情况下，所能产生的阻尼力矩明显低于转轴7正向旋转时的状态，乃至仅产生微弱的空气阻尼或摩擦阻尼。在此情况之下，主要依靠电磁阻尼单元15所产生的电磁阻尼力矩，与驱动转轴7旋转的较小的外力矩相平衡时，电磁流体阻尼器转轴7就不再进行加速反向旋转运动，进而保持匀速反向旋转运动，从而实现对具有较小外力矩的构件，朝设定反方向旋转运动时的限速控制。
综上所述，本发明提供了一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，能够实现对机械旋转运动正反向不同阻尼特性的限速保护，达成某一方向工作能力和另一方向工作效率的平衡；比如，将电磁流体阻尼器接入曳引电梯传动系统后，能够适应电梯在重载下送时，对阻尼器所提出的大功率阻尼缓速性能，从而提高载荷能力的要求，以及电梯在轻载上行时，对阻尼器所提出的小功率阻尼缓速性能，从而提高运行效率的要求；同时流体阻尼单元结构简单，在利用其阻尼缓速功能的同时，在需要的时候，又能设计成自动实现对电磁阻尼单元的冷却操作，从而保障电磁阻尼单元能够高强度可靠工作，且具有结构简单、免维护等优点；尤其，当电磁流体阻尼器的流体阻尼单元或者电磁阻尼单元，某一个阻尼单元发生局部一次故障失效时，也不会出现单点失效即整体失效，依然能够在另一个阻尼单元的有效工作下，确保当班使用者的平安，避免导致恶劣的事关人生安全的事故发生；乃至在评估分析后，必要时还可以在一次故障情况下继续降级使用。
虽然本发明采用如上优选实施例进行说明，但是应当理解，这并不意味着本发明将局限于如上实施例。相反，本发明将包括可以包含在由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (9)

1.一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，主要包括电磁阻尼单元和流体阻尼单元，阻尼力矩随着转速的增大而增大，其特征在于：所述的电磁流体阻尼器内，电磁阻尼单元和流体阻尼单元同轴串联；所述的流体阻尼单元可以吸取液体或者气体等工作介质，对电磁阻尼单元冷却降温；所述的电磁流体阻尼器正反转时，具有不同的阻尼力矩特性。
2.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述的流体阻尼单元所吸取的工作介质可以直接流经电磁阻尼单元内转子和定子之间间隙腔的方式实现冷却，具有结构简单、冷却效果好的优点。
3.根据权利要求2所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述电磁阻尼单元内的间隙腔和流体阻尼单元内的叶轮腔通过内通孔相连。
4.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述的流体阻尼单元所吸取的工作介质也可以流经电磁阻尼单元内专门设置的冷却介质通道的方式实现冷却，具有工作介质不会四处流溢的优点。
5.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：外力矩驱动电磁流体阻尼器转轴朝设定方向旋转时，电磁阻尼单元和流体阻尼单元均工作，使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较大；外力矩驱动转轴反向旋转时，电磁阻尼单元正常工作，但流体阻尼单元在转轴反转时难以有效吸取工作介质，而不能产生较大的流体阻尼力矩，故而使得电磁流体阻尼器整体阻尼力矩较小。
6.根据权利要求1或5所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述流体阻尼单元在工作介质供给类型和入口压力稳定不变，转轴正反向旋转时，其转轴阻尼力矩特性并不相同，可以通过设计叶轮或叶轮腔构型的方式实现。
7.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述的电磁流体阻尼器在正反转，或者采用不同类型的工作介质如水、空气或冷却液等，或者由外界控制工作介质的入口压力，以及上述各种不同情况的组合，将使电磁流体阻尼器具有多种模式下各不相同的阻尼力矩特性。
8.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述电磁流体阻尼器内的流体阻尼单元工作介质也可以不流经电磁阻尼单元，不对电磁阻尼单元冷却降温。
9.根据权利要求1所述的一种具有多模阻尼特性的电磁流体阻尼器，其特征在于：所述的电磁流体阻尼器在转轴正反向旋转时，通过设计叶轮或叶轮腔构型，其转轴阻尼力矩特性也可以相同。
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