CN111900855A - 复合感应盘高速涡流制动器 - Google Patents

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CN111900855A CN202010800478.8A CN202010800478A CN111900855A CN 111900855 A CN111900855 A CN 111900855A CN 202010800478 A CN202010800478 A CN 202010800478A CN 111900855 A CN111900855 A CN 111900855A
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Abstract

一种复合感应盘高速涡流制动器，属于电机技术领域。本发明针对现有永磁涡流制动器的导体板由单一材料制成，无法在宽速度变化范围内实现制动转矩最大化的问题。其两个励磁盘位于感应盘的轴向两侧，并分别与感应盘之间形成气隙；感应盘包括高磁导率导体板和两个高电导率导体板，两个高电导率导体板分别粘贴固定在高磁导率导体板的轴向两侧；高电导率导体板的外径处轴向厚度小于或者等于其内径处轴向厚度，高磁导率导体板的外径处轴向厚度大于或者等于其内径处轴向厚度；励磁盘包括轭板和多块永磁体，多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。本发明通过采用复合导体板结构或合金材料，同时实现内、外径处制动转矩的最大化。

Description

复合感应盘高速涡流制动器
技术领域
本发明涉及复合感应盘高速涡流制动器，属于电机技术领域。
背景技术
制动器具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能，是使机械中的运动部件停止或减速的机械装置。
制动器因现代工业机械的发展而出现多种新的结构型式，主要分为摩擦式制动器和非摩擦式制动器两大类。涡流制动器属于非摩擦式制动器，特别是永磁涡流制动器是随着永磁体性能的提高而逐步发展起来的一种新型制动器，当其导体板与永磁体发生相对运动时，会在导体板中感应出涡流，涡流磁场与永磁体磁场相互作用而产生制动转矩。与传统的机械制动相比，涡流制动具有非接触、无摩擦、无噪音、免维护、冲击小、响应速度快、结构紧凑、可靠性高等优点。另外，利用永磁体产生磁场时，无需外部能量，是一种节能环保、可靠性高的制动技术，在高速列车制动装置、汽车电磁制动装置、软起动装置、节能调速装置、非接触传动装置、电磁拦阻装置等系统中具有广阔的应用前景。
通常的永磁涡流制动器的导体板由单一材料构成，其制动转矩只能在某一速度下达到最大，而在其它速度点，其制动转矩则较小，不适合在高速、宽速度变化范围情况下使用。
发明内容
针对现有永磁涡流制动器的导体板由单一材料制成，无法在宽速度变化范围内实现制动转矩最大化的问题，提供一种复合感应盘高速涡流制动器。
本发明提供的第一种技术方案：一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
感应盘100包括高磁导率导体板110和两个高电导率导体板120，两个高电导率导体板120分别粘贴固定在高磁导率导体板110的轴向两侧；
高电导率导体板120的外径处轴向厚度小于或者等于其内径处轴向厚度，高磁导率导体板110的外径处轴向厚度大于或者等于其内径处轴向厚度；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
根据第一种技术方案所述的复合感应盘高速涡流制动器，高磁导率导体板110的外径大于两个高电导率导体板120的外径，高磁导率导体板110的内径小于或者等于两个高电导率导体板120的内径；感应盘100的内径到外径各处轴向厚度相等。
根据第一种技术方案所述的复合感应盘高速涡流制动器，高磁导率导体板110的内径大于两个高电导率导体板120的内径，高磁导率导体板110的外径大于或者等于两个高电导率导体板120的外径；感应盘100的内径到外径各处轴向厚度相等。
本发明提供的第二种技术方案：一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
感应盘100包括高磁导率导体板110和高电导率导体板120，高磁导率导体板110的内径大于或者等于高电导率导体板120的外径，高磁导率导体板110固定在高电导率导体板120的径向外侧，二者同轴，并且轴向厚度相等；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
本发明提供的第三种技术方案：一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
所述感应盘100由合金材料制成；感应盘100的电导率由内径到外径逐渐减小，磁导率由内径到外径逐渐增大；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
根据本发明任一种技术方案所述的复合感应盘高速涡流制动器，所述励磁盘200采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
根据本发明任一种技术方案所述的复合感应盘高速涡流制动器，还包括2m个附加感应盘，以及2(m-1)或者2m个附加励磁盘，m为正整数；
所有附加感应盘和附加励磁盘对称排列在两个励磁盘200的外侧，并依次交替排列；位于中间的励磁盘200和附加励磁盘的两侧气隙侧都粘贴固定有永磁体；所有励磁盘200和附加励磁盘机械上连接在一起，所有感应盘100和附加感应盘机械上连接在一起；所述附加感应盘与感应盘100的结构相同，附加励磁盘与励磁盘200的结构相同。
根据本发明所述的复合感应盘高速涡流制动器，位于中间的励磁盘200和附加励磁盘的轭板均采用高电导率以及高强度金属材料制成，所述轭板的两个气隙侧沿圆周方向开有多个径向槽，所述径向槽用于嵌放永磁体。
根据本发明所述的复合感应盘高速涡流制动器，励磁盘200或附加励磁盘的所有永磁体表面粘贴有由高电导率金属材料制成的薄护板。
根据本发明所述的复合感应盘高速涡流制动器，所述电机的感应盘100旋转，励磁盘200静止；或者感应盘100静止，励磁盘200旋转。
本发明的有益效果：本发明的复合感应盘高速涡流制动器具有制动速度范围宽、制动转矩密度高、结构简单、运行稳定、安全可靠及成本低等优点。
本发明针对旋转涡流制动器转子内、外径切向线速度不同的特点，通过采用复合导体板结构或合金材料，同时实现内、外径处制动转矩的最大化，保证制动器在高速、宽速度变化范围条件下仍然能够输出较大的制动转矩。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一中具体实施例一所述复合感应盘高速涡流制动器的结构示意图；
图2是对应于图1的立体结构图；
图3是图2的轴向展开示意图；
图4是对应于图1的励磁盘结构示意图；
图5是励磁盘的永磁体排布示意图；
图6是对应于图1的感应盘结构示意图；
图7是对应于图6的感应盘切面结构示意图；
图8是本发明具体实施方式一中具体实施例二所述复合感应盘高速涡流制动器的立体结构示意图；
图9是图8的轴向展开示意图；
图10是对应于图8的感应盘结构示意图；
图11是对应于图10的感应盘切面结构示意图；
图12是本发明具体实施方式二中具体实施例一所述复合感应盘高速涡流制动器的立体结构示意图；
图13是图12的轴向展开示意图；
图14是对应于图12的感应盘结构示意图；
图15是图14的感应盘切面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1至图11所示，本发明的第一方面提供了一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
感应盘100包括高磁导率导体板110和两个高电导率导体板120，两个高电导率导体板120分别粘贴固定在高磁导率导体板110的轴向两侧；
高电导率导体板120的外径处轴向厚度小于或者等于其内径处轴向厚度，高磁导率导体板110的外径处轴向厚度大于或者等于其内径处轴向厚度；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
本实施方式中，组成感应盘100的不同材料的导体板轴向复合。其中高磁导率导体板110和两个高电导率导体板120的形状构造可以根据实际使用需要进行设计。高电导率导体板120的外径处轴向厚度可以小于或者等于其内径处轴向厚度，而高磁导率导体板110的外径处轴向厚度可以大于或者等于其内径处轴向厚度。例如高磁导率导体板110和高电导率导体板120可以均为平板式结构，也可以设置为沿径向厚度渐变的结构。
进一步，结合图10和图11所示，本实施方式中，高磁导率导体板110的外径大于两个高电导率导体板120的外径，高磁导率导体板110的内径小于或者等于两个高电导率导体板120的内径；感应盘100的内径到外径各处轴向厚度相等。
以铁作为高磁导率导体板110，铜作为高电导率导体板120为例，可使铁导体板的外径大于铜导体板的外径，也就是说，此时采用三层导体板复合而成的感应盘100，其外径处的材料均为铁；感应盘100的内径处材料，可以只为铁，也可以是铁导体板和铜导体板组成的复合结构。
或者作为替换方案，高磁导率导体板110的内径大于两个高电导率导体板120的内径，高磁导率导体板110的外径大于或者等于两个高电导率导体板120的外径；感应盘100的内径到外径各处轴向厚度相等。
再以铁作为高磁导率导体板110，铜作为高电导率导体板120为例进行说明，可使铁导体板的内径大于铜导体板的内径，也就是说，此时采用三层导体板复合而成的感应盘100，其内径处的材料均为铜；感应盘100的外径处材料，可以只为铁，也可以是铁导体板和铜导体板组成的复合结构。
具体实施例一：结合图1至图7所示，所述复合感应盘高速涡流制动器主要由两个励磁盘、一个感应盘和两个气隙构成，两个励磁盘位于感应盘的轴向两侧，两个励磁盘和感应盘之间为两个气隙，两个励磁盘机械上连接在一起。感应盘由两个圆盘形高电导率材料构成的导体板和一个圆盘形高磁导率材料构成的导体板构成，两个高电导率材料构成的导体板粘贴固定在圆盘形高磁导率材料构成的导体板的轴向两侧，高电导率材料构成的导体板的外径处轴向厚度等于其内径处轴向厚度，高磁导率材料构成的导体板的外径处轴向厚度等于其内径处轴向厚度。每个励磁盘主要由轭板和永磁体构成。永磁体为扇形，轴向充磁，10个磁极的永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在圆盘形轭板的气隙侧。本实施例中，高电导率材料构成的导体板和高磁导率材料构成的导体板的上下表面均为平面。
具体实施例二：结合图8至图11所示，本实施例与具体实施例一的主要区别在于高电导率材料构成的导体板的外径处轴向厚度小于其内径处轴向厚度，而高磁导率材料构成的导体板的外径处轴向厚度大于其内径处轴向厚度。本实施例中，高电导率材料构成的导体板和高磁导率材料构成的导体板的厚度沿径向渐变。
具体实施方式二、结合图12至图15所示，本发明的第二方面提供了一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
感应盘100包括高磁导率导体板110和高电导率导体板120，高磁导率导体板110的内径大于或者等于高电导率导体板120的外径，高磁导率导体板110固定在高电导率导体板120的径向外侧，二者同轴，并且轴向厚度相等；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
本实施方式中，组成感应盘100的不同材料的导体板径向复合。
具体实施例一：结合图12至图15所示，本实施例的复合感应盘高速涡流制动器主要由两个励磁盘、一个感应盘和两个气隙构成，两个励磁盘位于感应盘的轴向两侧，两个励磁盘和感应盘之间为两个气隙，两个励磁盘机械上连接在一起。感应盘由一个圆盘形高电导率材料构成的导体板和一个圆环形高磁导率材料构成的导体板构成，高电导率材料构成的导体板的外径小于等于圆环形高磁导率材料构成的导体板内径，高电导率材料构成的导体板固定在圆环形高磁导率材料构成的导体板的径向内侧，二者同轴，二者的轴向厚度相等。每个励磁盘主要由轭板和永磁体构成。永磁体为扇形，轴向充磁，10个磁极的永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在圆盘形轭板的气隙侧。
具体实施方式三、结合图1至图15所示，本发明的第三方面提供了一种复合感应盘高速涡流制动器，包括一个感应盘100和两个励磁盘200，两个励磁盘200位于感应盘100的轴向两侧，并分别与感应盘100之间形成气隙；两个励磁盘200机械上连接在一起；
所述感应盘100和励磁盘200均为圆环形；
所述感应盘100由合金材料制成；感应盘100的电导率由内径到外径逐渐减小，磁导率由内径到外径逐渐增大；
励磁盘200包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
本实施方式中，组成感应盘100采用材料复合的形式实现。
进一步，本发明的所有具体实施方式中，所述励磁盘200采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
进一步，本发明的所有具体实施方式中还可以包括2m个附加感应盘，以及2(m-1)或者2m个附加励磁盘，m为正整数；
所有附加感应盘和附加励磁盘对称排列在两个励磁盘200的外侧，并依次交替排列；位于中间的励磁盘200和附加励磁盘的两侧气隙侧都粘贴固定有永磁体；所有励磁盘200和附加励磁盘机械上连接在一起，所有感应盘100和附加感应盘机械上连接在一起；所述附加感应盘与感应盘100的结构相同，附加励磁盘与励磁盘200的结构相同。
具体方式可以按依次增加一对附加感应盘，再增加一对附加励磁盘……的顺序，在原制动器的基础上增加结构，最终电机的两端可以是一对附加感应盘，也可以是一对附加励磁盘。
再进一步，本发明的所有具体实施方式中，位于中间的励磁盘200和附加励磁盘的轭板均采用高电导率以及高强度金属材料制成，所述轭板的两个气隙侧沿圆周方向开有多个径向槽，所述径向槽用于嵌放永磁体。
再进一步，本发明的所有具体实施方式中，还可以在励磁盘200或附加励磁盘的所有永磁体表面粘贴有由高电导率金属材料制成的薄护板。
再进一步，本发明的所有具体实施方式中，所述电机的感应盘100旋转，励磁盘200静止；或者感应盘100静止，励磁盘200旋转。
本发明所有具体实施方式中所述的制动器，作为替换方案，制动器轴向两端的励磁盘还可以采用以下结构：包括永磁体护板、环形铁心和永磁体；所述永磁体护板为圆盘形，由非磁性高电导率材料制成；永磁体护板的气隙侧开轴向通孔或盲孔，用于嵌放永磁体，永磁体轴向充磁；永磁体护板的轴向外侧表面沿圆周方向开圆环形槽，环形槽中嵌放环形铁心；所述环形铁心由磁性材料制成；所述圆环形槽在永磁体护板的轴向处于永磁体所处位置的外侧。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.一种复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，包括一个感应盘(100)和两个励磁盘(200)，两个励磁盘(200)位于感应盘(100)的轴向两侧，并分别与感应盘(100)之间形成气隙；两个励磁盘(200)机械上连接在一起；
所述感应盘(100)和励磁盘(200)均为圆环形；
感应盘(100)包括高磁导率导体板(110)和两个高电导率导体板(120)，两个高电导率导体板(120)分别粘贴固定在高磁导率导体板(110)的轴向两侧；
高电导率导体板(120)的外径处轴向厚度小于或者等于其内径处轴向厚度，高磁导率导体板(110)的外径处轴向厚度大于或者等于其内径处轴向厚度；
励磁盘(200)包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
2.根据权利要求1所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，
高磁导率导体板(110)的外径大于两个高电导率导体板(120)的外径，高磁导率导体板(110)的内径小于或者等于两个高电导率导体板(120)的内径；感应盘(100)的内径到外径各处轴向厚度相等。
3.根据权利要求1所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，
高磁导率导体板(110)的内径大于两个高电导率导体板(120)的内径，高磁导率导体板(110)的外径大于或者等于两个高电导率导体板(120)的外径；感应盘(100)的内径到外径各处轴向厚度相等。
4.一种复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，包括一个感应盘(100)和两个励磁盘(200)，两个励磁盘(200)位于感应盘(100)的轴向两侧，并分别与感应盘(100)之间形成气隙；两个励磁盘(200)机械上连接在一起；
所述感应盘(100)和励磁盘(200)均为圆环形；
感应盘(100)包括高磁导率导体板(110)和高电导率导体板(120)，高磁导率导体板(110)的内径大于或者等于高电导率导体板(120)的外径，高磁导率导体板(110)固定在高电导率导体板(120)的径向外侧，二者同轴，并且轴向厚度相等；
励磁盘(200)包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
5.一种复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，包括一个感应盘(100)和两个励磁盘(200)，两个励磁盘(200)位于感应盘(100)的轴向两侧，并分别与感应盘(100)之间形成气隙；两个励磁盘(200)机械上连接在一起；
所述感应盘(100)和励磁盘(200)均为圆环形；
所述感应盘(100)由合金材料制成；感应盘(100)的电导率由内径到外径逐渐减小，磁导率由内径到外径逐渐增大；
励磁盘(200)包括轭板和多块永磁体，永磁体为扇形或梯形，轴向充磁；多块永磁体沿圆周方向依次N、S相间排列固定在轭板的气隙侧。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，所述励磁盘(200)采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构，或Halbach永磁体阵列结构。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，还包括2m个附加感应盘，以及2(m-1)或者2m个附加励磁盘，m为正整数；
所有附加感应盘和附加励磁盘对称排列在两个励磁盘(200)的外侧，并依次交替排列；位于中间的励磁盘(200)和附加励磁盘的两侧气隙侧都粘贴固定有永磁体；所有励磁盘(200)和附加励磁盘机械上连接在一起，所有感应盘(100)和附加感应盘机械上连接在一起；所述附加感应盘与感应盘(100)的结构相同，附加励磁盘与励磁盘(200)的结构相同。
8.根据权利要求7所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，
位于中间的励磁盘(200)和附加励磁盘的轭板均采用高电导率以及高强度金属材料制成，所述轭板的两个气隙侧沿圆周方向开有多个径向槽，所述径向槽用于嵌放永磁体。
9.根据权利要求7所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，
励磁盘(200)或附加励磁盘的所有永磁体表面粘贴有由高电导率金属材料制成的薄护板。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的复合感应盘高速涡流制动器，其特征在于，所述电机的感应盘(100)旋转，励磁盘(200)静止；或者感应盘(100)静止，励磁盘(200)旋转。
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