CN110195755B - 一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器，包括位移‑电涡流产生组件、相位控制组件、固定支承组件、定位‑锁死组件，相位控制组件包括支承相位导轨、依次设置在支承相位导轨上的相互啮合的多个从动齿轮、驱动轮、齿条，支承相位导轨底部设置一相位滑槽，相位滑槽底面开设有2个限位槽孔，位移‑电涡流产生组件包括导体板以及多个永磁体，导体板的至少一侧设置有解锁滑块，多个永磁体的充磁方向按照Halbach阵列排列，定位‑锁死组件包括限位行程导轨和卡榫装置，限位行程导轨内侧开设有行程滑槽，卡榫装置能够通过解锁滑块的运动实现与限位槽孔的锁定和解锁。本发明解决了直线永磁涡流阻尼器正反行程需不同阻尼的问题，能更合理高效地分配能量。

Description

一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器

技术领域

本发明属于电磁制动技术领域，具体涉及一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器。

背景技术

由电磁感应定律，导体材料与磁场发生相对运动时会在导体中感生出涡流，并且该涡流会激发一个感应磁场，该感应磁场的作用是阻碍导体与主磁场的相对运动，即对导体材料施加一个阻尼力(制动力)。又导体材料存在电阻，涡流将以热能形式耗散掉。电涡流阻尼器就是基于上述原理的感应式耗能装置。

一些缓冲制动装置往往正反行程需不同阻尼，复进时需要的阻尼较小。现有的永磁体电涡流阻尼器难以同步调节不同行程的阻尼以更好地分配利用能量。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器，包括位移-电涡流产生组件、相位控制组件、固定支承组件、定位-锁死组件，所述固定支承组件包括支撑盒体以及设置在支撑盒体内的支撑限位块，所述相位控制组件包括支承相位导轨、依次设置在所述支承相位导轨上的相互啮合的多个从动齿轮、驱动轮、齿条，所述支承相位导轨与所述支撑盒体的内壁固定连接，所述支承相位导轨底部设置一轴向的相位滑槽，所述相位滑槽底面开设有2个限位槽孔，所述支承相位导轨的相位滑槽的两端分别设置有所述支撑限位块，所述驱动轮位于其中一个从动齿轮的外部并与所述从动齿轮同轴固定连接，所述齿条与所述驱动轮相啮合；

所述位移-电涡流产生组件包括导体板以及多个永磁体，所述导体板穿过支撑盒体设置并位于所述多个永磁体的一侧，所述导体板的至少一侧设置有解锁滑块，每个永磁体与对应的所述从动齿轮同轴设置，多个永磁体的充磁方向按照Halbach阵列排列；

所述定位-锁死组件包括限位行程导轨和卡榫装置，所述限位行程导轨内侧开设有行程滑槽，所述解锁滑块能够在所述行程滑槽内滑动，所述限位行程导轨的外侧固定连接有所述齿条，所述限位行程导轨的两端分别设置有一个卡榫装置，所述卡榫装置的上端位于所述相位滑槽内，所述卡榫装置能够通过解锁滑块的运动实现与限位槽孔的锁定和解锁。

进一步地，所述支撑盒体为封闭盒体，包括左右两侧的侧板、前后端的端定位板以及上下侧的磁屏蔽板。

进一步地，所述驱动轮及其对应的从动齿轮和永磁体通过长转轴与所述支承相位导轨连接。

进一步地，除了与所述驱动轮连接的从动齿轮外的其它从动齿轮与对应的永磁体通过短转轴与所述支承相位导轨连接。

进一步地，所述永磁体为圆柱永磁体，每个永磁体通过对应的第一键与短转轴或长转轴连接。

进一步地，所述卡榫装置包括扭簧、卡榫块、触发块、弹簧以及壳体，所述弹簧、触发块位于所述壳体内，所述弹簧的轴向与解锁滑块相对，所述触发块的一端与所述弹簧相连接，所述触发块的另一端在扭簧的作用下与卡榫块的内端卡接，所述卡榫块的外端伸出所述壳体外并伸入所述限位槽孔从而实现锁定，当所述解锁滑块抵触所述触发块时能够使得所述触发块旋转并带动卡榫块旋转使得所述卡榫块的外端收回所述壳体内从而实现解锁，定位锁死装置两侧的卡榫块的外端应分别指向对应的外侧，即其旋转方向可实现在一端收回解锁，另一端在支承相位导轨上运动时自然地压入壳体内。

进一步地，每个所述短转轴和/或长转轴上设置有多个永磁体。

进一步地，所述导体板材料为铝或铜。

进一步地，所述齿条通过套筒和螺栓固定定位于所述限位行程导轨上。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

(1)有效地解决了直线永磁涡流阻尼器正反行程需不同阻尼的问题，适用于多种正反行程需要不同阻尼的场合，能更合理高效地分配能量,控制对象运动；

(2)转变磁场所需的力矩并不大，因此磁场变复位较为方便，磁场变位段与复位段并不一定要完全转过90度即工作状态为磁场为零和磁场最强两种状态，亦可通过调整限位块等方法使转过其它中间度数以获得不同阻尼制动效果；

(3)结构简单可靠，安装拆卸方便，所需齿轮齿条均为标准件，易加工制造；

(4)由永磁体作为磁场源，无需外部能源，磁能利用效率高，在永磁体体积相同的条件下Halbach永磁阵列直线阻尼器能产生最强的制动力；

(5)有多种结构变体，适应不同大小的阻尼效果以及应用场合，可为四根支承相位导轨的上下两对全对称结构，也可只用一对支承相位导轨中间夹一组Halbach阵列，永磁体可采用多种排布方式串接，不限于单排，亦可组成二维Halbach阵列以增强磁通利用即增强制动效果。

附图说明

图1为本发明变阻尼永磁电涡流阻尼器半装结构示意图。

图2为本发明变阻尼永磁电涡流阻尼器半装正视图。

图3为图2中B-B向剖视图。

图4为本发明变阻尼永磁电涡流阻尼器半装右视图。

图5为定位锁死组件结构示意图。

图6为图5中局部示意图。

图7为定位锁死组件与导体板立体结构图。

图8为支承相位导轨和永磁体立体结构图。

图9为Halbach阵列磁场变换示意图。

图10为本发明变阻尼永磁电涡流阻尼器半装结构简图。

图11为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装初始状态结构简图。

图12为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装线性制动段结构简图

图13为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装正向解锁状态结构简图

图14为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装磁场变位段状态结构简图。

图15为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装正向锁死状态结构简图。

图16为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装空程运动段状态结构简图。

图17为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装反向解锁状态结构简图。

图18为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装磁场复位段状态结构简图。

图19为变阻尼永磁电涡流阻尼器半装反向锁死段状态结构简图。

图20为变阻尼永磁电涡流阻尼器全装透视图。

具体实施方式

下面结合附体和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1-8所示，一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器，包括位移-电涡流产生组件、相位控制组件、固定支承组件、定位-锁死组件，所述固定支承组件包括支撑盒体以及设置在支撑盒体内的支撑限位块10，所述相位控制组件包括支承相位导轨2、依次设置在所述支承相位导轨2上的相互啮合的多个从动齿轮6、驱动轮7、齿条8，所述支承相位导轨2与所述支撑盒体的内壁固定连接，所述支承相位导轨2底部设置一轴向的相位滑槽，所述相位滑槽底面开设有2个限位槽孔16，所述支承相位导轨2的相位滑槽的两端分别设置有所述支撑限位块10，所述驱动轮7位于其中一个从动齿轮6的外部并与所述从动齿轮6同轴固定连接，所述齿条8与所述驱动轮7相啮合；

所述位移-电涡流产生组件包括导体板1以及多个永磁体4，所述导体板1穿过支撑盒体设置并位于所述多个永磁体4的一侧，所述导体板1的至少一侧设置有解锁滑块19，每个永磁体4与对应的所述从动齿轮6同轴设置，多个永磁体4的充磁方向按照Halbach阵列排列；

所述定位-锁死组件包括限位行程导轨12和卡榫装置11，所述限位行程导轨12内侧开设有行程滑槽，所述解锁滑块19能够在所述行程滑槽内滑动，所述限位行程导轨12的外侧固定连接有所述齿条8，所述限位行程导轨12的两端分别设置有一个卡榫装置11，所述卡榫装置11的上端位于所述相位滑槽内，所述卡榫装置11能够通过解锁滑块19的运动实现与限位槽孔16的锁定和解锁，定位锁死装置两侧的卡榫块的外端应分别指向对应的外侧，即其旋转方向可实现在一端收回解锁，另一端在支承相位导轨上运动时自然地压入壳体内。

进一步地，结合图1，所述支撑盒体为封闭盒体，包括左右两侧的侧板3、前后端的端定位板5以及上下侧的磁屏蔽板9，所述驱动轮7及其对应的从动齿轮6和永磁体4通过长转轴13与所述支承相位导轨2连接，除了与所述驱动轮7连接的从动齿轮6外的其它从动齿轮6与对应的永磁体4通过短转轴15与所述支承相位导轨2连接，所述永磁体4为圆柱永磁体，每个永磁体4通过对应的第一键18与短转轴15或长转轴13连接。在整体侧面、顶面以及底面用侧板3、磁屏蔽板9连接于端定位板5上。其作用防止磁场对外部干扰以及外界杂质对齿轮传动机构的影响。

进一步地，结合图3-8，所述卡榫装置11包括扭簧22、卡榫块23、触发块24、弹簧25以及壳体，所述弹簧25、触发块24位于所述壳体内，所述弹簧25的轴向与解锁滑块19相对，所述触发块24的一端与所述弹簧25相连接，所述触发块24的另一端在扭簧22的作用下与卡榫块23的内端卡接，所述卡榫块23的外端伸出所述壳体外并伸入所述限位槽孔16从而实现锁定，当所述解锁滑块19抵触所述触发块24时能够使得所述触发块24旋转并带动卡榫块23旋转使得所述卡榫块23的外端收回所述壳体内从而实现解锁。圆柱永磁体4用键18连接在短转轴15以及长转轴13中部，永磁体较脆，可用对轴冷缩法处理进行过盈连接。短转轴15与支承相位导轨2的轴孔28配合，按各永磁体充磁方向标记按Halbach阵列排列，各永磁体上的定位孔31与支承相位导轨2的定位孔29对齐后插入长销固定辅助装配。圆柱永磁体4定位后，从动齿轮6以键17连接在短转轴15两端，其中长转轴13上以键14连接驱动轮7在从动齿轮6的外侧。从动齿轮6的齿轮齿数为奇数个，以便于装配时定位——所有啮合区前一个齿轮的一个齿指向后一个齿轮轴心且位于后一个齿轮两个齿正中间。卡榫装置11装配在限位行程导轨12两端构成定位-锁死组件，再以套筒26、螺钉27连接齿条8。卡榫装置11与支承相位导轨2配合，两端以支承限位块10定位。导体板1上的解锁滑块19与限位行程导轨12相配合，至行程末端抵触触发块24，压缩弹簧25扭转扭簧22，同时卡榫块23从限位槽16中缩回，以实现定位锁死组件在支承相位导轨2上的解锁。确保几何约束——支承相位导轨的行程长度减去定位锁死组件在导轨上的有效长度等于驱动轮四分之一节圆的弧长，可通过两端支承限位块10确保。支承相位导轨2两端连接在端定位板5上的定位槽20，导体板1穿过两端定位板5中心的滑槽21。

进一步地，每个所述短转轴15和/或长转轴13上设置有多个永磁体4。

进一步地，所述导体板1材料为铝或铜。

进一步地，所述齿条8通过套筒26和螺栓27固定定位于所述限位行程导轨12上。

下面具体介绍本发明的工作原理和工作过程：

图9为Halbach阵列磁场状态变换示意图，箭头方向为圆柱永磁体充磁方向，指向N极。

该图上半部分：通过所示充磁方向的排布方式，磁场在空间的分布为强磁场分布在中间区域，作用在导体板上，而上下外侧的磁场很弱，几乎为零。故导体板与永磁体阵列的相对运动有阻尼力。

该图下半部分：通过所示充磁方向的排布方式，磁场在空间的分布为强磁场分布在上下外侧区域，分布在中间区域作用在导体板上的磁场很弱，几乎为零。故导体板与永磁体阵列的相对运动几乎无阻尼力。

两种状态通过各永磁体交错旋转90度可实现。

图10为本发明变阻尼永磁电涡流阻尼器半装结构简图。

图11-19为一个工作循环的变阻尼永磁电涡流阻尼器半装结构状态示意图。

整个工作行程循环为：正向制动→锁死解锁→反向复进→锁死解锁→正向制动

正向制动和反向复进又可分为以下几个阶段。

图11为初始状态结构简图。导体板1位于整体行程左端，处于永磁体阵列的强侧磁场中。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12的左端，整个定位-锁死装置锁死于支承相位导轨2的左端，即定位-锁死装置的左端卡榫装置11与左端支承限位块10相接触，左端卡榫块23处于收回状态；右端卡榫装置11上的右端卡榫块23与右端限位槽孔槽16相锁合，齿轮及永磁体无法转动。

图12-15为正向过程。

图12为线性制动段结构简图。导体板1向右运动，处于永磁体阵列的强侧磁场中，受到阻尼力。导体板1上的解锁滑块19在定位-锁死装置的限位行程导轨12上运动，整个定位-锁死装置锁死于支承相位导轨2的左端，齿轮及永磁体无法转动。

图13为正向解锁状态结构简图。导体板1向右运动，处于永磁体阵列的强侧磁场中，受到阻尼力。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12右端，触发右侧卡榫装置11，使其收回与右端限位孔槽16相锁合的右端卡榫2。从而整个定位-锁死装置在支承相位导轨2上解锁。齿轮及永磁体可以转动。

图14为磁场变位段状态结构简图。导体板1向右运动，处于永磁体阵列变化的中间状态磁场中，受到随磁场变动的阻尼力。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12右端，带动整个定位-锁死装置在支承相位导轨2上运动，定位-锁死装置上的齿条8带动驱动轮7转动，驱动轮7转动带动从动齿轮6阵列及圆柱永磁体4阵列交错旋转。从而磁场状态由强侧过渡至弱侧。

图15为正向锁死状态结构简图。导体板1位于整体行程右端，处于永磁体阵列的弱侧磁场中(磁场状态完全过渡至弱侧)。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12的右端，整个定位-锁死装置锁死于支承相位导轨2的右端，即定位-锁死装置的右端卡榫装置11与右端支承限位块10相接触，右端卡榫块23处于收回状态；左端卡榫装置11上的左端卡榫块23与左端限位孔槽16相锁合，齿轮及永磁体无法转动。

图16-19为反向过程，与正向过程完全对称。

图16为空程运动段状态结构简图。导体板1向左回复运动，处于永磁体阵列的弱侧磁场中，基本不受阻尼力。导体板1上的解锁滑块19在定位-锁死装置的限位行程导轨12上运动，整个定位-锁死装置锁死于支承相位导轨2的右端，齿轮及永磁体无法转动。

图17为反向解锁状态结构简图。导体板1向左运动，处于永磁体阵列的弱侧磁场中，基本不受阻尼力。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12左端，触发左侧卡榫装置11，使其收回与左端限位孔槽16相锁合的左端卡榫2。从而整个定位-锁死装置在支承相位导轨2上解锁。齿轮及永磁体可以转动。

图18为磁场复位段状态结构简图。导体板1向左运动，处于永磁体阵列变化的中间状态磁场中，受到随磁场变动的阻尼力。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12左端，带动整个定位-锁死装置在支承相位导轨2上运动，定位-锁死装置上的齿条8带动驱动轮7转动，驱动轮7转动带动从动齿轮6阵列及圆柱永磁体4阵列交错旋转。从而磁场状态由弱侧过渡至强侧。

图19为反向锁死段状态结构简图。导体板1回到整体行程左端，处于永磁体阵列的强侧磁场中(磁场状态完全过渡至强侧)。导体板1上的解锁滑块19位于定位-锁死装置的限位行程导轨12的左端，整个定位-锁死装置锁死于支承相位导轨2的左端，即定位-锁死装置的左端卡榫装置11与左端支承限位块10相接触，左端卡榫块23处于收回状态；右端卡榫装置11上的右端卡榫块23与右端限位槽孔槽16相锁合，齿轮及永磁体无法转动。整个装置回归到初始状态。

图20示出了变阻尼永磁电涡流阻尼器全装透视图，相对于图1的半装结构将下半部分结构安装好后全部示出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于，包括位移-电涡流产生组件、相位控制组件、固定支承组件、定位-锁死组件，所述固定支承组件包括支撑盒体以及设置在支撑盒体内的支撑限位块(10)，所述相位控制组件包括支承相位导轨(2)、依次设置在所述支承相位导轨(2)上的相互啮合的多个从动齿轮(6)、驱动轮(7)、齿条(8)，所述支承相位导轨(2)与所述支撑盒体的内壁固定连接，所述支承相位导轨(2)底部设置一轴向的相位滑槽，所述相位滑槽底面开设有2个限位槽孔(16)，所述支承相位导轨(2)的相位滑槽的两端分别设置有所述支撑限位块(10)，所述驱动轮(7)位于其中一个从动齿轮(6)的外部并与所述从动齿轮(6)同轴固定连接，所述齿条(8)与所述驱动轮(7)相啮合；

所述位移-电涡流产生组件包括导体板(1)以及多个永磁体(4)，所述导体板(1)穿过支撑盒体设置并位于所述多个永磁体(4)的一侧，所述导体板(1)的至少一侧设置有解锁滑块(19)，每个永磁体(4)与对应的所述从动齿轮(6)同轴设置，多个永磁体(4)的充磁方向按照Halbach阵列排列；

所述定位-锁死组件包括限位行程导轨(12)和卡榫装置(11)，所述限位行程导轨(12)内侧开设有行程滑槽，所述解锁滑块(19)能够在所述行程滑槽内滑动，所述限位行程导轨(12)的外侧固定连接有所述齿条(8)，所述限位行程导轨(12)的两端分别设置有一个卡榫装置(11)，所述卡榫装置(11)的上端位于所述相位滑槽内，所述卡榫装置(11)能够通过解锁滑块(19)的运动实现与限位槽孔(16)的锁定和解锁。

2.根据权利要求1所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述支撑盒体为封闭盒体，包括左右两侧的侧板(3)、前后端的端定位板(5)以及上下侧的磁屏蔽板(9)。

3.根据权利要求1所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述驱动轮(7)及其对应的从动齿轮(6)和永磁体(4)通过长转轴(13)与所述支承相位导轨(2)连接。

4.根据权利要求3所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：除了与所述驱动轮(7)连接的从动齿轮(6)外的其它从动齿轮(6)与对应的永磁体(4)通过短转轴(15)与所述支承相位导轨(2)连接。

5.根据权利要求4所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述永磁体(4)为圆柱永磁体，每个永磁体(4)通过对应的第一键(18)与短转轴(15)或长转轴(13)连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述卡榫装置(11)包括扭簧(22)、卡榫块(23)、触发块(24)、弹簧(25)以及壳体，所述弹簧(25)、触发块(24)位于所述壳体内，所述弹簧(25)的轴向与解锁滑块(19)相对，所述触发块(24)的一端与所述弹簧(25)相连接，所述触发块(24)的另一端在扭簧(22)的作用下与卡榫块(23)的内端卡接，所述卡榫块(23)的外端伸出所述壳体外并伸入所述限位槽孔(16)从而实现锁定，当所述解锁滑块(19)抵触所述触发块(24)时能够使得所述触发块(24)旋转并带动卡榫块(23)旋转使得所述卡榫块(23)的外端收回所述壳体内从而实现解锁。

7.根据权利要求5所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：每个所述短转轴(15)和/或长转轴(13)上设置有多个永磁体(4)。

8.根据权利要求6所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述导体板(1)材料为铝或铜。

9.根据权利要求6所述的可变阻尼永磁电涡流阻尼器，其特征在于：所述齿条(8)通过套筒(26)和螺栓(27)固定定位于所述限位行程导轨(12)上。

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