CN111541356B - 一种直线电机多段减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直线电机多段减速器，减速单元可分为首段、滑动段以及末段。各个减速单元上均安装有若干个多种排斥装置。排斥装置包含弹簧、铷铁硼磁体、电磁铁以及若干条闭合线圈。基于动量守恒原理，将高速运动状态下的动子与各个减速单元进行非接触弹性碰撞，将动子的动量分摊给各个减速单元，使动能在各个减速单元层层传递，从而消弱动子运行时的动能，达到减速制动的目的。

Description

一种直线电机多段减速器

技术领域

本发明属于机械设备领域，具体涉及一种基于直线电机多段减速器。

背景技术

如今电磁弹射如今广泛应用于各个领域，而直线电机作为电磁弹射系统的发射装置起到了至关重要的作用。

在传统的电磁弹射电机减速制动领域，小功率直线电机的制动方式较为简单，一般采用弹性较强的弹簧制动，大功率直线电机的制动方式往往采用绕组反接电源达到制动效果。相比于弹簧制动，本发明适用对象更广，所采取得减速制动措施更加灵活。

采用弹性较强的弹簧制动方式虽然简单，但仅限于小功率直线电机。长时间使用使弹簧“老化”失去弹性，需要及时更换弹簧。

采用绕组反接电源达到制动效果，这样不仅增加导磁材料与绕组导电材料的损耗，也增大制动时的能源损耗。采用需绕组反接电源制动需使电机的速度传感器以及位置传感器相互配合，使制动过程复杂，增大直线电机的体积与重量，制动效率低。相比于反接电源法减速制动，本发明仅需根据实际需要制作几个简单的制动单元，节省了导磁材料与导电材料的损耗，节约制动能源损耗。无需复杂的传感器，简化制动过程。使电机更加轻便，制动效率有着较大的改善。

发明内容

本发明的目的在于简化直线电机制动技术，提供了一种基于直线电机多段减速器及制动方法。

本发明所提供的方案是：

一种直线电机多段减速器，直线电机多段减速器包括一个首段减速单元、一个末段减速单元以及若干个滑动段减速单元组成，减速单元包括基本骨架和排斥装置组成，其基本骨架形状一致，形状为“H”形或“一”形，基本骨架由硬度较高的铝合金材料构成，安装在动子运动的轴承上，排斥装置有弹簧、铷铁硼磁体、电磁铁以及若干条闭合线圈，排斥装置安放在基本骨架上。

若基本骨架为“H”形骨架，“H”形骨架上的排斥装置为：四个弹簧与若干条闭合线圈、四个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈或四个电磁铁与若干条闭合线圈。

当排斥装置采用四个弹簧与若干条闭合线圈的组合时，四个弹簧分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

当排斥装置采用四个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈的组合时，四个铷铁硼磁体分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

当排斥装置采用四个电磁铁与若干条闭合线圈的组合时，四个电磁铁分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

若基本骨架为“一”形骨架，“一”形骨架上的排斥装置为：两个弹簧与若干条闭合线圈、两个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈、两个电磁铁与若干条闭合线圈。

当排斥装置采用两个弹簧与若干条闭合线圈的组合时，两个弹簧分别安装在“一”形骨架两端外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

当排斥装置采用两个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈的组合时，两个铷铁硼磁体分别安装在“一”形骨架外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

当排斥装置采用两个电磁铁与若干条闭合线圈的组合时，两个电磁铁分别安装在“一”形骨架外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

本发明可以适用任意功率的直线感应电机，根据实际情况灵活组合，便于模块化制造，节省了电机制作所需要的材料，节约制动能源损耗。无需复杂的传感器，简化制动过程。使电机更加轻便，改善了制动效率与制造成本。

附图说明

图1为本发明的多段减速器中采用钕铁硼磁体作为排斥装置的首段减速单元、滑动段减速单元以及采用电磁铁作为排斥装置的末段减速单元示意图。

图2为本发明的多段减速器采用弹簧作为排斥装置的滑动段减速单元示意图。

图3为本发明的多段减速器采用钕铁硼磁体、多条闭合线圈作为排斥装置的滑动段段减速单元示意图。

图4为本发明减速单元采用“一”形骨架的多段减速器示意图。

图号标识：1、转子；2、首段减速单元；3、滑动段减速单元；4、末段减速单元；5、圆柱形钕铁硼磁体；6、电磁铁；7、条形钕铁硼磁体；8、多个闭合线圈；9、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例具体说明本发明内容，本发明包括但不仅限于以下实施实例：

基于动量守恒原理，将高速运动状态下的动子与各个减速单元进行非接触弹性碰撞，将动子的动量分摊给各个减速单元，使动能在各个减速单元层层传递，从而消弱动子运行时的动能，达到减速制动的目的。根据动子的质量与发射末速度，安装若干个减速单元。减速单元可分为首段减速单元、滑动段减速单元和末段减速单元。构成减速单元的基本骨架，由硬度较高的铝合金材料构成，直线电机多段减速器的减速单元基本骨架形状一致，其形状为“H”形或“一”形。

为了保证各个减速单元进行非接触弹性碰撞，需安装排斥装置，各个减速单元上均安装有若干个多种排斥装置，可以排斥相邻的减速单元。其中，首段减速单元固定于动子纵向侧，用于将动子的动能传给下一个减速单元。滑动段减速单元安装在动子轴承上，在动子轴承上自由滑动，将上一个减速单元的动能传递给下一个减速单元，并且其自身也获得动能，通过与轴承的摩擦以及线圈上保护电阻消耗过剩的动能。末段减速单元固定在轴承末端，用于限制滑动段减速单位，使其无法脱离轨道。

当某一减速单元上的排斥装置采用弹簧时，当减速单元采用“H”形骨架，其中一侧需要安装4个弹簧，其位置为减速单元“H”形骨架四个的4个顶点。当减速单元采用“一”形骨架，其中一侧需要安装2个弹簧，其安装位置为减速单元“一”形骨架外侧的两个端点。为了保证该减速单元两端受力均衡，安装弹簧的位置应对称，所安装弹簧的型号一致。为了防止弹簧在减速单元碰撞时发生缠绕，当减速单元某一侧安装弹簧时，避免在相邻减速单元邻近侧安装弹簧。

当某一减速单元上的排斥装置采用铷铁硼磁体时，铷铁硼磁体其形状为圆柱形或矩形。当减速单元采用“H”形骨架，其中一侧需要安装4个圆柱形铷铁硼磁体，其位置为减速单元“H”形骨架的4个顶点。当减速单元采用“一”形骨架，其中一侧需要安装2个圆柱形铷铁硼磁体，其安装位置为减速单元“一”形骨架外侧的两个端点。为了避免两个相邻的减速单元直接接触，在相邻的减速单元邻近侧的对应位置安装铷铁硼磁体，两磁极极性保持一致。为了保证每个减速单元两端受力均衡，安装铷铁硼磁体的位置应对称，所安装铷铁硼磁体的规格相同。

当末段减速单元上的排斥装置采用电磁铁时，电磁铁与位置传感器的配合使用。位置检测器安置在初级铁心末端，当转子运行到初级末端时，出发位置传感器，电磁铁通电，阻隔末段减速器与滑动段减速器。由于电磁铁必须与供电装置相连，因此电磁铁不能安装在滑动段减速单元与首段减速单元上，仅限于安装在末段减速单元上。当末段减速单元采用“H”形骨架，其中内侧需要安装4个相同类型的圆柱形电磁铁，其位置为末段减速单元“H”形骨架四个的4个顶点。当末段减速单元采用“一”形骨架，其中内侧需要安装2个相同类型的圆柱形电磁铁，其安装位置为减速单元“一”形骨架外侧的两个端点。为了避免末段减速单元与前一减速单元碰撞，前一减速单元邻近侧对应位置应安装铷铁硼磁体。

当末段减速单元上的排斥装置采用若干条闭合的矩形线圈时，每条绕线线圈均串联一微型保护电阻，用以保护闭合线圈，防止其过热而烧坏。安装位置仅限于除首段减速单元外的其他减速单元上。当减速单元采用“H”形骨架或“一”形骨架时，其安装位置为减速单元骨架上两个轴承孔中间。为了避免两个相邻的减速单元直接接触，安装有线圈的减速单元其相邻的减速单元邻近侧的对应位置，都安装有1个矩形铷铁硼磁体。线圈不仅有缓冲作用，还可以将过剩的动能转化为电能消耗在保护电阻上。

此外，每个减速单元的邻近侧都安装有排斥装置，各个减速单元的排斥装置在遵循以上所述的原则下，根据实际情况任意组合。

具体实施实例1的减速单元采用“H”形骨架，具体实施实例如下：

在附图1中，各个减速单元均采用“H”形骨架。首段减速单元2固定在直线电机动子1上，用于将动子的动能传给下一层减速单元。滑动段减速单元3安装在动子轴承上，可以在动子轴承上自由滑动，起到传递动能与消耗动能的作用，将上一层减速单元的动能传递给下一层减速单元，并且其自身也获得动能，通过与轴承的摩擦以及线圈上保护电阻发热消耗过剩的动能。末段减速单元4固定在轴承末端，用于限制滑动段减速单位，使其无法脱离轨道。由于电磁铁6必须与供电装置相连，因此电磁铁6不能安装在滑动段减速单元3与首段减速单元2上，仅安装在末段减速单元4上“H”形骨架上四个顶点。为了避免末段减速单元与前一减速单元直接接触，减速单元3邻近侧对应位置安装铷铁硼磁体5。

在附图2中，滑动段减速单元3排斥装置为四个圆柱形钕铁硼磁铁5和一个条形钕铁硼磁铁7，为了保证滑动段减速单元3两端受力均衡，将四个圆柱形钕铁硼磁铁5安装在滑动段减速单元3“H”形骨架外侧的四个顶点，所安装的四个钕铁硼磁铁的规格相同。两侧圆柱形钕铁硼磁5极极性保持一致，当两个相邻的滑动段减速单元3靠近时起到排斥作用，使两个相邻的滑动段减速单元3保持一定距离避免碰撞。将矩形钕铁硼磁铁7安装在滑动段减速单元3“H”形骨架的正中央，在相邻滑动段减速单元3邻近侧对应位置安装有1个矩形多条闭合线圈减速装置8。

在附图3中，滑动段减速单元3排斥装置为弹簧9，为了保证减速单元1两端受力均衡，将弹簧9安装在滑动段减速单元3“H”形骨架的四个顶点，所安装的四个弹簧的型号一致。滑动段减速单元3与相邻滑动段减速单元靠近时起到排斥作用，使滑动段减速单元3与相邻滑动段减速单元保持一定距离避免发生碰撞。为了防止弹簧在减速单元碰撞时发生缠绕，在相邻的减速单元的邻近侧不安装弹簧。

具体实施实例1的制动方法具体如下：

(1)首段减速单元2固定于动子1的纵向侧，通过首段减速单元2排斥邻近的滑动段减速单元3。减速单元上的排斥装置(5、7、8)保证了在这两个减速单元无接触的情况下，在这两个减速单元无接触的情况下，首段减速单元将直线感应电机动子2的动能传递给临近的滑动段减速单元3。

(2)滑动段减速单元3安装在动子轴承上，可以在动子轴承上自由滑动。将上一个减速单元一部分动能传递给下一个临近的减速单元，并且其自身也获得动能，通过其与轴承的摩擦以及其自身上若干条闭合线圈8上的保护电阻消耗过剩的动能。

(3)末段减速单元4固定在轴承末端，排斥临近的滑动段减速单元，使其无法脱离轨道。

实施例二

具体实施实例2的减速单元采用“一”形骨架，具体实施实例如下：

在图4中，各个减速单元均采用“一”形骨架。其减速原理与“H”形骨架类似。由于各个减速单元每一侧只能安装两个排次装置，因此相较于采用“H”形骨架的减速单元，各个减速单元斥力较低，仅适用于低功率直线电机。两个弹簧9安装在首段减速单元2上“一”形骨架上外侧的两端。两个圆柱形钕铁硼磁铁5安装在滑动段减速单元3上“一”形骨架上外侧的两端。两个圆柱形电磁铁6安装在末段减速单元4上“一”形骨架上外侧的两端。将矩形钕铁硼磁铁7安装在滑动段减速单元3“一”形骨架的正中央，在相邻滑动段减速单元3邻近侧对应位置安装有1个矩形多条闭合线圈减速装置8。

具体实施例2的制动方法与具体实施例1的制动方法类似，具体请参照实施例1。

Claims (9)

1.一种直线电机多段减速器，其特征在于：直线电机多段减速器包括一个首段减速单元、一个末段减速单元以及若干个滑动段减速单元组成，减速单元包括基本骨架和排斥装置组成，其基本骨架形状一致，形状为“H”形或“一”形，基本骨架由硬度较高的铝合金材料构成，排斥装置有弹簧、铷铁硼磁体、电磁铁以及若干条闭合线圈，排斥装置安放在基本骨架上，若干条闭合线圈安装在骨架上两个轴承孔中间，首段减速单元（2）固定在直线电机动子（1）上，滑动段减速单元（3）安装在动子轴承上，末段减速单元（4）固定在轴承末端，弹簧或铷铁硼磁体或电磁铁分别安装在“H”形骨架四个顶点上，或“一”形骨架两端外侧两个端点。

2.根据权利要求1所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：若基本骨架为“H”形骨架，“H”形骨架上的排斥装置为：四个弹簧与若干条闭合线圈、四个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈或四个电磁铁与若干条闭合线圈。

3.根据权利要求2所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用四个弹簧与若干条闭合线圈的组合时，四个弹簧分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

4.根据权利要求2所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用四个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈的组合时，四个铷铁硼磁体分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

5.根据权利要求2所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用四个电磁铁与若干条闭合线圈的组合时，四个电磁铁分别安装在“H”形骨架四个顶点上，若干条闭合线圈安装在“H”形骨架上两个轴承孔中间。

6.根据权利要求1所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：若基本骨架为“一”形骨架，“一”形骨架上的排斥装置为：两个弹簧与若干条闭合线圈、两个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈、两个电磁铁与若干条闭合线圈。

7.根据权利要求6所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用两个弹簧与若干条闭合线圈的组合时，两个弹簧分别安装在“一”形骨架两端外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

8.根据权利要求6所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用两个铷铁硼磁体与若干条闭合线圈的组合时，两个铷铁硼磁体分别安装在“一”形骨架外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

9.根据权利要求6所述的一种直线电机多段减速器，其特征在于：当排斥装置采用两个电磁铁与若干条闭合线圈的组合时，两个电磁铁分别安装在“一”形骨架外侧的两个端点，若干条闭合线圈安装在“一”形骨架上两个轴承孔中间。

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