CN117580765A - 涡电流磁制动设备、交通工具制动轮以及配备有这种轮的飞行器起落架 - Google Patents

涡电流磁制动设备、交通工具制动轮以及配备有这种轮的飞行器起落架 Download PDF

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CN117580765A CN202280045286.8A CN202280045286A CN117580765A CN 117580765 A CN117580765 A CN 117580765A CN 202280045286 A CN202280045286 A CN 202280045286A CN 117580765 A CN117580765 A CN 117580765A
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Abstract

一种涡电流磁制动设备，其包括固定元件(2)和具有相对表面(2.1)的可移动元件(3)，其中固定元件和可移动元件中的一者(2)包括能够在另一者(3)中生成涡电流的多个磁体(11，12，13，14)，另一者(3)由导电材料制成。多个磁体包括第一磁体(11，13)，第一磁体(11，13)具有基本上垂直于相互面向的表面(2.1，3.1)的第一磁化矢量，并且由第二磁体(12，14)成对地分隔开，第二磁体(12，14)具有基本上垂直于两个第一磁体的第一磁化矢量的第二磁化矢量，第二磁体位于所述两个第一磁体之间。磁体(11，12，13，14)具有使得第一磁体(11，13)成对地间隔开第一距离的宽度(111，112，113，114)，该第一距离小于将第二磁体(12，14)成对地分隔开的第二距离。一种包括此类设备的飞行器机轮和起落架。

Description

涡电流磁制动设备、交通工具制动轮以及配备有这种轮的飞 行器起落架
本发明涉及交通工具轮，诸如飞行器机轮，的制动的领域。
发明背景
飞行器机轮通常包括轮缘，该轮缘通过壁连接至轮毂，该轮毂被安装成在机轮支撑轴(轮轴或主轴)上旋转。
摩擦制动设备是已知的，包括制动盘堆，该制动盘堆被容纳在轮缘和轮毂之间延伸的空间中，并且该制动盘堆包括与机轮可旋转地连接的交替的转子盘和定子盘，这些定子盘相对于机轮支架是静止的。该制动设备还包括液压或机电致动器，这些致动器安装在致动器载体上并且被布置成将受控制动力施加到该盘堆上，以便阻止该机轮的旋转。
尤其在文献FR-A-2953196中，已经提出为这种制动轮配备电磁辅助制动器，该电磁辅助制动器借助于机械摩擦以外的方式确保能量耗散。
涡电流磁制动设备是进一步已知的，用于交通工具轮的制动，并且更具体地，用于飞行器机轮的制动。文献W0-A-2014/029962描述了包括转子的这种设备，该转子设置有一个或多个磁体，并且该转子安装成与电磁定子相对。
文件US-A-202003000310本身还描述了一种涡电流磁制动设备。
通常，涡电流磁制动设备的性能取决于所使用的磁体的功率和它们的尺寸。因此，当所需的最大制动功率较大时，制动设备相对较重且庞大。这是例如在飞机上使用的情况，即使质量和体积对这种使用是严格约束。
发明目标
本发明特别地旨在提出一种至少部分地克服上述缺点的涡电流磁制动设备。
发明内容
为此，根据本发明，提供了一种涡电流磁制动设备，该涡电流磁制动设备包括两个外围元件，这两个外围元件包围相对于这些外围元件相对移动的中央元件，这些外围元件具有面向该中央元件的第二相对面的第一面并且各自承载多个磁体，这些磁体能够经由第一面发射磁流，该磁流在这些元件处于相对移动时在由导电材料制成的中央元件中生成涡电流，这些磁体以使得这些外围元件彼此吸引的方式来布置。
该布置使得有可能优化和集中磁流并且生成涡电流的盈余，由此提供相对较大的制动扭矩，该制动扭矩大于用包括固定元件和可移动元件的两个组装件获得的制动扭矩。通过该中央元件的合适的厚度，可以获得“趋肤效应的叠加”。这在中央元件的厚度足够低同时满足热应力和机械应力的情况下获得。
本发明还涉及装备有这种设备的制动轮和装备有这种轮的起落架。
通过阅读对本发明的具体且非限制性实施例的以下描述，本发明的其他特征和优点将显现。
附图说明
将对附图作出参考，附图中：
[图1]图1是根据本发明的装备有起落架的飞行器的部分示意图；
[图2]图2是根据本发明的机轮的部分示意图；
[图3]图3是本发明的第一实施例中的制动设备的定子的部分示意图；
[图4]图4是本发明的第二实施例中的制动设备的定子的部分示意图；
[图5]图5是本发明的第三实施例中的制动设备的定子的部分示意图。
本发明的详细描述
参见图1至2，根据本发明的制动系统由包括起落架101的飞行器100承载。每个起落架101包括支柱，该支柱具有设置有两个同轴轴102的端部，在每个同轴轴上安装机轮103以枢转。每个机轮103以本身已知的方式包括安装成在轴102上枢转的轮毂104和通过壁106连接至轮毂104的轮缘105。
根据本发明，机轮103装备有磁制动设备，总体上标记为1。
磁制动设备1包括固定元件或定子2，以及可移动元件或转子3。
更具体地，在这种情况下，定子2和转子3是盘形的，与机轮103同轴，因此具有共线中心轴线。定子2和转子3按三个一组来布置，在这种情况下仅示出一个：每个转子3被布置在两个定子2之间，每个定子具有与转子3的一个主面3.1相对地延伸的一个主面2.1。面2.1、3.1彼此平行。
定子2可旋转地链接至轴102或起落架101的支柱，在该情况下通过扭转管4链接，而转子3可旋转地链接至机轮103，在该情况下链接至机轮103的轮缘105。因此，在每三个中，每个转子3自身绕其中心轴线相对于包围它的定子2旋转：在转子3沿圆周方向的移动期间，主面3.1保持与主面2.1相对并平行于这些主面。
每个定子2安装在滑块5上，该滑块在扭转管4上滑动(不旋转)以在扭转管4的轴向方向上在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中，转子3和定子2移动得更靠近彼此，并且使它们的主面3.1、2.1由预定的第一气隙分隔开，在第二位置中，转子3和定子2彼此间隔开，并且使它们的主面3.1、2.1由大于预定第一气隙的预定第二气隙分隔开。以本身已知的方式可由飞机飞行员控制的至少一个机电致动器6在上述两个位置之间移动滑块5。提供了轴承支座或针支座类型的轴向支座，该轴向支座插入在转子3与定子2之间(或在链接至这些定子上的部件之间)以确保定子2不能移动成更靠近转子3超过第一气隙。
转子3由铜或任何其他导电材料制成。
还参见图3和图4，每个定子2包括多个磁体，这些磁体能够在定子2处于第一位置并且转子3面向定子2枢转时在转子3中生成涡电流。存在例如16个磁体(在这种情况下，是基于稀土的)，并且优选地固定到磁性钢支撑件上，甚至固定到非磁性支撑件上。
该多个磁体包括第一磁体11、13，该第一磁体具有垂直于该主面2.1的第一磁化矢量并被第二磁体12、14成对地分开，该第二磁体具有基本上垂直于两个第一磁体11、13的第一磁化矢量的第二磁化矢量，第二磁体12、14位于这两个第一磁体之间。应该提醒，该磁化矢量指示由磁体生成的磁场的方向并且在该磁体中从南极延伸到北极。更具体地，磁体11、12、13、14具有角扇形形状，并具有沿定子2的径向方向测量的长度L和沿盘的局部切向方向(即，垂直于长度L的方向)在所述长度L的一半处测量的平均宽度l。长度L和宽度l是在局部平行于相对表面(主面2.1、3.1)的方向上测量的。
磁体11、12、13、14根据Halbach模式来布置，在定子2的周向方向上交替，如下：磁体11、磁体12、磁体13、磁体14、磁体11、磁体12、磁体13、磁体14，以此类推。在该情况中：
-每个磁体11具有其磁化矢量，该磁化矢量从主面2.1发出(其北极开放在主面2.1上)，
-每个磁体12具有其磁化矢量，该磁化矢量从相邻磁体11延伸至相邻磁体13，
-每个磁体13具有其磁化矢量，该磁化矢量返回至主面2.1(其南极开放在主面2.1上)，
-每个磁体14具有其磁化矢量，该磁化矢量从相邻磁体11延伸至相邻磁体13。
应理解，布置在同一磁体11的两侧上的磁体12、14具有沿相反方向的磁化向量。
在每三个中，两个定子2中的一个的每个磁体11面向两个定子2中的另一个的磁体13，反之亦然，使得所有磁体11面向磁体13并且通过转子3彼此吸引，这提高了性能。
根据本发明的有利实施例，磁体11、12、13、14具有宽度l11、l12、l13、l14，使得第一磁体11、13成对地间隔开第一距离(等于宽度l12，l14)，该第一距离小于将第二磁体12、14成对地分隔开的第二距离(等于宽度l11，l13)。当第二磁体12、14的宽度112、114约是第一磁体11、13的宽度111、113的70％时，可获得最佳结果。
参照图3，磁体11、1213和14的长度L11、L12、L13、L14是彼此相同的。
参照图4，磁体11、13的长度L11、L13彼此相同，并且磁体12、14的长度L12、L14彼此相同。磁体11、13的长度L11、L13大于磁体12、14的长度L12、L14。优选地，第二磁体12、14的长度L12、L14约为第一磁体11、13的长度的70％。
在图4中所表示的布置中，磁体12、14对称地定位在通过磁体11的北极和磁体13的南极的几何中心的圆上。
应当理解，在两个实施例中，磁体12、14在主面2.1上占据比磁体11、13的表面更小的表面。
磁体11、12、13、14的布置使得可以通过减小经过磁体12、14而不经过支撑件的磁流的返回路径来优化和集中由磁体11、13产生的磁流，该支撑件的质量可减小，因为不需要确保磁流的传导功能。
以上两个实施例允许在限制设备的重量和体积的同时增加提供的制动扭矩。
第一实施例允许比第二实施例更高的制动扭矩但是另一方面具有更大的重量。
每个转子3具有的厚度使得至少在转子3相对于定子2的可能相对速度的范围内，从转子3的每个面3.1在转子3的厚度的一半以上生成趋肤效应(或称为膜效应或开尔文效应)。从这两个面3.1生成的涡电流然后将在每个转子3的中心部分中循环，这将增加制动扭矩。因此获得“趋肤效应的叠加”，转子3的厚度足够小以获得该效应，同时满足热和机械应力。在一个示例中，这种效应给出了约60％更多的性能。
应当理解，通过趋肤效应，电流主要集中在中心元件的表面的某个深度，称为趋肤深度δ，由以下公式确定：
其中ρ是材料的电阻率，f是旋转频率，μr是相对磁导率(一般是1)，而μ0是磁导率常数，即4π.10-7。
趋肤深度根据在我们的应用中可变的材料的电阻率和旋转速度(或电频率)而变化。当电阻率增加(高温)时以及当旋转速度降低时，趋肤增加。在制动开始时，当速度高并且温度低(电阻率低)时，趋肤是浅的。在制动期间，速度减小并且温度增加(电阻率增加)，并且趋肤将变得更深。
这些趋肤在该中央元件的两侧上的叠加显著地增大了扭矩，该中央元件的厚度必须被确定以便从制动开始时具有这些趋肤的叠加。考虑到在制动设备中实现的机械和热应力，将尝试具有相对小的厚度。
为了使趋肤以给定速度叠加，趋肤X(电流在其中流动的厚度)必须超过中心元件的厚度Y的一半。因此，X≥Y/2或Y≤2X。发生在中心元件中间的叠加是(2X-Y)。作为示例，为了具有1500转/分钟的趋肤效应的叠加，中心元件的厚度必须小于或等于9.4mm。例如，如果选择8mm的厚度，趋肤效应将叠加在1.4mm的厚度上。
应当理解，为了引起制动，控制机电控制致动器以将定子2带入第一位置，并且为了中断制动，控制机电控制致动器以将定子2带入第二位置，在该第二位置中磁体不能在转子中生成足够的涡电流以引起转子的制动。将注意的是，在转子3的某个转速之下，无论定子的位置如何，制动扭矩都是无关紧要的。因此可能必须考虑附加的制动。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
具体而言，该装置可以具有不同于所描述的结构。
磁体可以由转子而不是定子承载，其中两个转子包围定子。
磁体的形状、布置和尺寸可以不同于所描述的那些。例如，并且根据图5中表示的第三实施例，磁体11、12、13、14均具有相同的尺寸。优选地，第一磁体11、13将代表承载它们的元件的表面的约70％，但这不是必须的。
转子的数量和/或定子的数量可以不同于所提及的那些。
因此，虽然转子和定子已经被描述为平行盘的形式并且彼此相对，但是定子和转子可以具有其他形状。所描述的设备具有轴向流，但是本发明可应用于径向流操作。由此，这三个滚筒可以例如被布置成外滚筒和内滚筒，中央滚筒在该外滚筒与该内滚筒之间延伸，其方式为使得该中央滚筒具有面向该外滚筒的内表面的外表面和面向该内滚筒的外表面的内表面。磁体由内滚筒的外表面或由外滚筒的内表面承载。
根据本发明的磁制动设备可以与常规的摩擦制动设备相关联，该摩擦制动设备包括多个摩擦构件(例如，叠碳盘)以及由致动器支架承载的多个机电致动器。每个机电致动器包括电动机和按钮，该按钮能够被该电动机移动以按压该盘堆。因此，该机电致动器旨在对该盘堆产生受控的制动力。例如，从文献FR-A-2953196中已知一种用于控制制动设备的模式。
替换地，这些磁体可以直接附接至该摩擦制动器的这些转子盘或定子盘上，或者这些磁体可以覆盖有摩擦衬片，这样使得当这些盘由足够的气隙彼此分隔开时该制动设备提供磁制动以便使该机轮减速并且当这些盘抵靠彼此施加时提供摩擦制动。因此，在该实施例中，在盘之间不再有任何轴向邻接。
对于该磁制动设备的机械致动，有可能使用作用于在相同方向上滑动的若干定子上的致动器来使其更靠近邻近的转子，而不是用于每个定子的致动器。
可以设想用于致动该磁制动器的其他模式：例如，借助于生成抵消永磁体的磁场的磁场的线圈来进行电磁，转子和定子是轴向静止的。
本发明可与任何类型的交通工具连用。

Claims (14)

1.一种涡电流磁制动设备，包括两个外围元件，所述两个外围元件包围相对于所述外围元件(2)相对移动的中央元件(3)，所述外围元件(2)具有第一面(2.1)，所述第一面面向所述中央元件(3)的相对第二面(3.1)并且各自承载多个磁体(11，12，13，14)，所述多个磁体适于经由所述第一面(2.1)发射在由导电材料制成的所述中央元件(3)中生电的磁流，当所述元件(2，3)处于相对移动时，所述磁体以如下方式来布置：所述外围元件(2)彼此吸引，所述中央元件(3)具有的厚度使得至少在所述中央元件(3)相对于所述外围元件(2)的可能相对速度的范围内，从所述中央元件(3)的每个面(3.1)在所述中央元件(3)的厚度的一半以上生成趋肤效应。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外围元件(2)是定子且所述中央元件(3)是转子。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述外围元件(2)和所述中央元件(3)是盘形并且具有共线中心轴线。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个磁体包括交替布置的第一磁体(11，13)和第二磁体(12，14)，所述第一磁体(11，13)具有基本上垂直于所述相互面向的表面(2.1，3.1)的第一磁化矢量，并且所述第二磁体(12，14)中的每一者具有基本上垂直于两个第一磁体的所述第一磁化矢量的第二磁化矢量，所述第二磁体位于所述两个第一磁体之间；并且所述磁体(11，12，13，14)具有的宽度使得所述第一磁体(11，13)成对地间隔开第一距离，所述第一距离小于所述第二磁体(12，14)成对地间隔开的第二距离。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第二磁体(12，14)的宽度约是所述第一磁体(11，13)的宽度的70％。
6.如权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述第一磁体(11，13)具有在沿着垂直于其宽度并且局部地平行于所述相互面向表面(2.1，3.1)的方向上测量的长度，所述长度大于所述第二磁体(12，14)在沿着垂直于其宽度并且局部地平行于所述相互面向的表面(2.1，3.1)的方向上测量的长度。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二磁体(12，14)的长度约是所述第一磁体(11，13)的长度的70％。
8.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一磁体(11，13)表示承载它们的所述元件(2)的所述表面(2.1)的约70％。
9.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述元件(2，3)具有盘形并且具有共线中心轴线，所述可移动元件(3)具有与所述固定元件(2)的主面(2.1)相对的主面(3.1)，因此形成所述相对表面并且所述可移动元件(3)在其中心轴线上枢转，每个第一矢量垂直于所述主面(2.1，3.1)延伸，并且每个第二矢量平行于所述主面(2.1，3.1)以及平行于与设置有磁体的所述元件(2)的局部相切的方向延伸，每个磁体(11，12，13，14)的宽度是在与所讨论的元件(2)局部相切的方向上测量的。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述磁体(11，12，13，14)具有角扇形形状，并且所述第一磁体(11，13)具有大于第二磁体(12，14)的径向尺寸的径向尺寸。
11.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述磁体(11，12，13，14)根据Halbach模式来设置。
12.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述磁体(11，12，13，14)由所述固定元件(2)来承载。
13.一种包括如前述权利要求中任一项所述的制动设备的交通工具制动轮(104)，包括所述制动设备的所述可移动元件(3)旋转地链接到的轮缘、壁或轮毂。
14.一种包括支柱(102)的起落架(101)，所述支柱具有承载轴(103)的端部，如权利要求13所述的轮(104)的轮毂安装在所述轴上，所述制动设备的所述固定元件(2)可旋转地链接至所述支柱(102)。
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