CN1520496A - 使用磁粉的刹车设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用磁粉的刹车设备。该设备包括：彼此相向的第一支架和第二支架；安装在第一支架和第二支架之间的环形定子，其内部具有线圈；同定子的内周面隔开一定距离安装的环形制动闸；可转动地联接在形成于所述第二支架中心上的轴孔中的转轴；外表面与制动闸的内表面隔开一定距离的可旋转地安装在转轴上的转子，和在制动闸的内周面和转子的外周面之间的空间内填充的磁粉。

Description

使用磁粉的刹车设备

技术领域

本发明涉及一种使用磁粉的刹车设备，特别是一种可以通过制备位于定子和转子间的制动闸以使闸贴合在定子上来精确地根据控制电流变化而操作的使用磁粉的刹车设备。

背景技术

使用磁粉进行刹车的设备通常被用在对环绕转轴圆心转动的物体进行减速或止停。这种刹车设备包括在施加磁力时被磁化的磁粉，从而在磁粉和转子间产生摩擦力使目标减速或止停。在日本未决专利申请H7-293607中公开了一种磁粉刹车设备，图1是这种磁粉刹车设备的示意图。

参照图1，传统的磁粉刹车设备包括安放在环形定子1中的周向绕制的线圈2。定子1被固定支撑在第一支架3和第四支架29上，第一支架3和第四支架29为铝制或铸铁制成，并呈碟形。转轴8和第一支架3连接，被轴承9、轴承10支撑。转子26面向定子1的内周面，并通过第五支架30在转轴8的周向上整体吸附到转轴8上。保护板28贴附在转子26的一侧，以使磁粉12密封在转子26的内周面和制动闸27的外周面间的狭小空间内。同时，使用支撑板19、20、21和22使密封的磁粉不会从操作单元泄漏出来。温度开关25设置在定子1的外周面，用于检测从操作单元传来的摩擦热。风扇23设置在第四支架29的外部，在第四支架29中开有多个气孔。定子1、转子26和制动闸27是由具有磁性的碳钢的低碳钢制成，在线圈2被激磁后碳钢可以有效地产生磁通量6。

上面提到的传统的使用磁粉刹车的设备按以下步骤操作。如果电流通过固定在定子1上的线圈2，线圈2被激磁从而产生磁通量6。然后在转子26的内周面和制动闸27的外周面间的狭小空间内磁粉12被束缚(chained)。束缚力随着电流强度而变化。束缚力的变化也随着与转轴8一同旋转的转子26的刹车状态而变化，以使转子26保持持续转动或者完全被刹车而停止转动。如果切断电流，那么磁通量消失，对磁粉的束缚连接也消失，那么转子26就可以无制动地自由转动。

因此，如果转子26在磁粉12成链的情况下转动，就会在磁粉12和随制动闸27的外周面一起转动的转子26的内周面间产生摩擦，从而产生摩擦热。如果摩擦热增加到高过一定标准，磁粉12就会被氧化并熔结，就会恶化刹车设备的性能。另外，摩擦热被传递到定子1而使线圈2发热，就不会产生磁通量6，会导致刹车设备失去制动能力。为了解决以上问题，提出了一项技术就是在第四支架29的外部安装风扇23，强行吹动外部的空气，将传递到第四支架29和保护板28的摩擦热传递出去，提高了刹车设备的性能，延长了使用寿命。然而，运用这项技术，如果风扇23由于某种原因停止工作或者由于异物阻塞了排气孔致使摩擦热的散发延迟，那么刹车设备就会因过热而损坏，使其丧失制动能力。由于以上原因，将温度开关25安装在定子1的外周面上，当定子1外周面上的温度达到一定标准时切断通过线圈2的电流，从而防止对刹车设备的损伤。

如上所述，当定子1、转子26和制动闸27同心时，传统的使用磁粉的刹车设备的结构是转子26定位于定子1的内周面和制动闸27的外周面之间。另外，传统的使用磁粉的刹车设备在定子1的内周面和转子26的外周面间提供了一条0.2mm-0.6mm的缝隙，以产生连续的、高效的磁性。因此，由于加工偏差导致同心性产生偏差的情况下，如果施加制动力或转动转子，定子、转子和制动闸的同心性将更加偏离，因此即使流过规则的电流也产生了不规则的转动力。更严重时它使得定子的内周面同转子的外周面接触，从而刹车设备会失去制动能力。另外，由于从转子26传送到安装在定子11外部的温度开关25的摩擦热热容量和传送速率间的不一致性将会使温度开关25发生故障。而且，安装在定子11外部的温度开关25不能迅速检测出精确的摩擦热，因为它是与转子26的内周面和制动闸27的外周面间隔开一定距离的，而摩擦热是在转子26的内周面和制动闸27的外周面产生的。

发明内容

设计本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种刹车设备，这种刹车设备由于可以精确迅速地检测在操作单元内部产生的摩擦热从而防止磁粉性能的恶化和防止过热导致线圈损坏。另外，本发明的目的是提供一种刹车设备，通过迅速传送和发散在操作单元内部产生的摩擦热来防止磁粉的氧化和熔结，可以提高性能、延长寿命。

本发明的另一目的是提供一种使用磁粉的刹车设备，可以在定子和制动闸固定的情况下，使定子的内周面和制动闸的外周面间统一地保持一定距离，从而依靠电流强度的制动力可以没有偏移地精确地控制，定子和制动闸可以同心地操作。

为了实现以上的目的，本发明提供了一种使用磁粉的刹车设备，它包括一个环形的定子，环形定子的一端固定在第一支架上，其中有线圈；一端由第一支架支撑的环形制动闸，其外周面与定子的内周面隔开预定的距离；可转动地连接在第一支架中心的轴孔内的转轴；与转轴结合以一起转动的转子，该转子的外周面与制动闸的内周面间隔开；以及填充在制动闸的内周面和转子的外周面之间缝隙中的磁粉。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用磁粉的刹车设备，包括相向安装的第一支架和第二支架；在所述第一支架和第二支架之间固定的环形定子，其内部具有线圈；在所述第一支架和第二支架之间安装的环形制动闸，其与在同心圆周上的所述定子的内周面隔开一定距离；转轴，可转动地联接在形成于所述第二支架中心上的轴孔中；定子，联接于所述转轴，以在所述第一支架和所述第二支架间的一同心周面上一体转动，其外周面同所述制动闸的内周面间隔开；和在所述制动闸的内周面和所述转子的外周面之间的空间内填充的磁粉。

优选地，使用磁粉的刹车设备进一步包括一圆形的散热板，此散热板同转子连接并一起转动；以及在散热板上沿周向突起的多个叶片。

更优选地，使用磁粉的刹车设备进一步包括第三支架，第三支架延伸以与第二支架一起环绕定子并支撑制动闸。

第二支架和第三支架可以由铝制成。

按照本发明的另一实施例，使用磁粉的刹车设备进一步包括热传导部件，置于散热板和转子间用于连接，并且比转子有更高的热传导性以将热量传送到散热板。

优选地，使用磁粉的刹车设备进一步包括一温度开关，此温度开关安装成与制动闸的一端或支架相接触，以检测在刹车设备运行的过程中产生的摩擦热。

根据本发明的另一实施例，使用磁粉的刹车设备进一步包括以非磁材料制造的中间连接部件，此中间连接部件安装在制动闸的中部，将制动闸分为两部分，以使磁力集中。

优选地，形成有穿过转子的排气通道，使空气流过其中以增进冷却效果。

另外，转轴可延伸穿过转子，转轴的一端由轴承旋转支撑。

附图的简要说明

本发明的优选实施例的其他方面、特征和优点将在以下结合附图的详细说明中更充分地描述，在附图中：

图1为现有技术中使用磁粉的刹车设备的实施例的截面视图；

图2为本发明使用磁粉的刹车设备的实施例的截面视图；

图3为本发明使用磁粉的刹车设备的另一实施例的截面视图；

图4为本发明使用磁粉的刹车设备的又一实施例的截面视图；

图5为本发明使用磁粉的刹车设备的进一步实施例的截面视图；

图6为本发明使用磁粉的刹车设备的进一步实施例的截面视图；

图7为本发明使用磁粉的刹车设备的进一步实施例的截面视图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图2表示本发明使用磁粉的刹车设备的优选例示意图。参照图2，根据该实施例的使用磁粉的刹车设备包括环形定子100，其中设有线圈102。环形定子100固定在相互面向的第一支架104和第二支架105之间，构成刹车设备的主体。轴孔104a开在第一支架104的中央，转轴106依靠轴承107a和轴承107b可转动地组合在轴孔104a中。

在本发明中，在第一支架104和第二支架105间有一环形制动闸110，环形制动闸110固定在定子100内，同定子100隔开一预定距离。优选地，制动闸100被从第一支架104延伸出来的第二支架105和第三支架108支撑固定，以使得制动闸110的外周面可以面向定子100的内周面。这里第二支架105和第三支架108为非磁性材料制成，优选铝材，铝材具有优良的热传导性、耐腐蚀性、重量轻和易于成型。

另外，转子120安装在制动闸110内，以使转子120可以和制动闸110分开一预定距离的情况下旋转。转子120和转轴106固定，转轴106可转动地连接于第一支架104，因此它与转轴106一起转动。优选地，转子120可以通过一单独的连接部件109与转轴106连接。更优选地，连接部件109是由非磁性材料制成，因此在刹车设备的操作过程中，磁通量集中在定子100和转子120间。

根据本发明，定子100、制动闸110和转子120同心地被安装，在有磁性的碳钢中优选采用低碳钢制造。

第二支架105和第三支架108延伸以围绕着转子120。另外，在第二支架105和第三支架108内，磁粉111填充在制动闸110和转子120间的缝隙中。磁粉111依靠分别形成于第二支架105、第三支架108的内周面上和转子120上的支撑板112a、支撑板112b、支撑板112c和支撑板112d而不会泄漏出来。

按照以上所描述的本发明的刹车设备，制动闸110同定子100固定后，在定子100的内周面和制动闸110的外周面间的狭小缝隙始终如一。

此外，在本发明中，提供给转子120的散热板113和转子120可一起转动。因此，在刹车设备操作过程中产生的热量可以被有效地冷却。优选地，散热板113是固定在转子120一侧的一块圆形板，位于和转轴106相反的方向。另外，圆形散热板113在表面沿周向成形有多个叶片113a，以便提高气流量。如上所述，散热板13也是由具有良好热传导性的材料(即铝)制成。

在第二支架105的外侧有散热销114，散热销114增大了和空气接触的面积以使内部产生的热量可以迅速地散发出去。在散热板113的外部有盖115，盖115开有多个通气孔。另外，风扇118安装在设置有散热板113的第二支架105的外侧。风扇113起到强制流通外部空气进入刹车设备内部的作用。

按照本发明的另一实施例，热传导单元119的制造材料比转子120(例如铝)具有更好的热传导性，热传导单元119位于转子120和散热板113之间，以使得在转子120和磁粉111间摩擦产生的热量迅速传递到散热板113上。

按照本发明的更为优选的实施例，如图2所示，用于检测刹车设备内部温度和输出控制信号的温度开关121安装在和制动闸110接触的一侧，或如图3所示，接触于制动闸110的一侧部。因此，在刹车设备操作单元内部产生的热量可以被迅速地检测出来。温度开关121的结构在现有技术中已经众所周知，此处不再详细叙述。

尽管参照附图对定子和制动闸进行了详细的描述，它们的结构不仅限于以上情形。例如如图7所示，定子100仅仅可以一端安装在第一支架104上，定子100的另外一端可以直接安装在主体外壳上。另外，制动闸110’可以直接或间接通过任意一其他部件连接、支撑于第一支架104。特别是，第三支架108’的一突出的联接部分可以插入第一支架104的一联接孔内，用诸如螺丝钉等零件进行联接。制动闸110’的一端固定于如上结构的第三支架108’，第二支架105’在制动闸110’的另一端向下延伸。这种结构使制动闸和定子隔开一定间隙，以防止在制动闸附近产生的热量传递到定子附近。如上所述，作为另选的方法，可以将制动闸110’的一端直接安装在第一支架104上。换句话说，如果本发明的技术概念能被实现，当定子安装于制动闸上时，如果能保持定子的内周面和制动闸的外周面距离的一致，那么支架的结构可以被以任何方式更改。

现在，将对按照以上本发明优选实施例提供的使用磁粉的刹车设备进行描述。

如果为了减速或停止转轴106的转动，在线圈102上加载电流，则在制动闸110和转子120间的由于线圈102的激磁而产生磁通，从而束缚磁粉111。同时，在转子120和磁粉111间产生摩擦力，使得转子120和转轴106减速或停止。优选地，诸如第一支架104和第二支架105这类的支撑部件是由非磁性材料制成，如图中点状线所示，磁通量可集中在制动闸110和转子120间。

在按照本发明的刹车设备的操作中，由于制动闸120固定至定子100，制动闸120和定子100间可精确地保持一定距离，例如0.2mm-0.6mm。因此，刹车设备可以相应于线圈102加载的控制电流准确地产生刹车力。

在刹车过程中产生的热量被传递到第一支架104和第二支架105，通过与第一支架104和第二支架105连接的散热销114散发出去。同时，热量迅速地传递到与转子120结合的散热板113，由于散热板113与转子120一同转动，接触空气的叶片113a通过风扇118将散热板113散发的热量散发出去。同时，如果在转子120和散热板113间加装热传导单元119，将进一步促进从转子120和散热板113间的热传导。由于散热板113的叶片113a同样起到冷却扇的作用，冷却效率进一步提高。

此外，在本实施例中，由于检测刹车设备操作单元产生热量的温度开关121设置在制动闸110一端附近，在制动闸110和转子120间产生的摩擦热能被迅速地检测出来。

图3表示本发明刹车设备的又一实施例。这里，如前图一样，同一参考数字表示同一部件。

参照图3，这一实施例中的转子120’通过热传导部件129转动地固定在被第一支架104支撑的转轴106’上。热传导部件129用诸如具有良好热传导能力和易成形的铝制成。为了转子120’和转轴106’间的稳固连接，在转子120’和转轴106’上各自形成有不平坦(uneven)部分129a和不平坦部分106a。转子120’可嵌入热传导部件129内，或者它们可通过整体浇铸成形。如前一实施例描述，散热板113也延伸到热传导部件129处。

依照本发明的另一特征，如图3所示，制动闸110’在中部被一非磁性材料制成的中间连接部件139分为两部分，这两部分间可保持一规定距离。当线圈102加载电流形成磁通，这种结构对于在中心部集聚转子120’和制动闸110’间的磁通量是很有用的。

按照本发明的一更优选特征，穿过转子120’形成多个空气通道130，空气通道130连接在安装风扇118的空间和提供转轴106’的空间之间。更优选地，形成连接转子120’和转轴106’的热传导部件129的空气通道130。按照本实施例，在使用磁粉的刹车设备操作过程中，当散热板113’与转轴106’一同旋转时，外部空气通过风扇118流入，如图中的箭头所示，流入的外部空气依靠散热板113’上的叶片113a散布到各个方向，同时流过空气通道130并通过第一支架104上开有的释放孔131释放出去。按照这样的气流，在刹车设备操作单元中产生的摩擦热可以很快地散发到外面。

按照本发明的另一方面，如图4所示，位于转子和转轴间的热传导单元可以被部分采用。这里，如前图一样，同一参考数字表示具有相同功能的同一部件。

如图4所示，在转子120”和转轴106”间，设有热传导部件129’，以部分地连接转子120”和转轴106”。热传导部件129’连接于散热板113，以便于迅速传导在转子和散热板113间的空间产生的热量。如同前面的实施例一样，热传导单元129也是由具有优良热传导能力的材料制成，例如铝。参考数字132表示用于将转子120”固定至转轴106”的辅助连接部件。

热传导单元120’和辅助连接部件132可以装配入转轴106”或通过整体浇铸而与转轴106”组合为一体。另外，设有空气通道130’用于连通安放风扇118处的空间和安放第一支架104处的外部空间，空气通道与前文所述相同。

按照本发明的又一实施例，如图5和图6分别所示，第一支架为了稳定转动在两点连接第二支架。未说明的图中参考数字同前文中的意义一样。

换言之，参照图5和图6，转轴116或转轴116’的一端穿过转子120’或转子120”，被轴承117或轴承117’旋转支撑。优选地，转轴116或转轴116’的一端由盖115支撑，或者转轴116或转轴116’的端部可被构成刹车设备的壳体支撑。

按照这种结构，由于转轴116或转轴116’的一端被轴承117或轴承117’支撑，转轴116或转轴116’可平稳地旋转。另外，转轴116或转轴116’平稳旋转使得转子120’或转子120”随着转轴116或转轴116’同心转动，因此较好地保证了刹车设备的操作可靠性。

工业应用性

按照本发明的使用磁粉的刹车设备，由于制动闸安装在定子和转子之间，在制动闸和定子间狭小缝隙保持一致。因此，尽管转子转动时被施加强大的刹车力，对应于加载在线圈上的控制电流的磁通量准确地传递到制动闸，因此产生一致的刹车力。另外，与现有技术中的同心性随着转子旋转而偏离从而影响制动闸磁化的情况相比，本发明的制动闸可不管转子而获得一致的磁化特性。

另外，本发明由于贴着转子安装散热板和叶片作为冷却扇，可更有效地冷却在操作单元中产生的摩擦热。从本发明的各实施例中可以很好地理解，在转子和散热板间采用热传导单元可以进一步提高冷却效果。进一步地，通过连接安装风扇部的空间和安装转轴部的空间设置空气通道流通空气，摩擦热被更快地释放出去。

此外，通过接触制动闸安装温度开关或在制动闸的一端安装温度开关以迅速地检测出刹车设备内操作单元产生的热量，当需要时，本发明可以迅速精确地检测出过量的摩擦热并控制设备。

以上详细地阐述了本发明。然而，应该理解，详细的描述和具体的例子尽管是给出了本发明的优选实施例，但它们仅是一种说明，因为对于本领域技术人员而言，根据这些详细的说明显然可以做出各种在本发明精神和范围内的各种修改和变型。

Claims (21)

1.一种使用磁粉的刹车设备，包括：

一端固定在第一支架上的环形定子，其内部具有线圈；

一端由所述第一支架支撑的环形制动闸，其外周面与所述定子内周面间隔预定的距离；

转轴，可转动地联接在形成于所述第一支架的中心上的轴孔中；

转子，与所述转轴联接以一同旋转，其外周面与制动闸内周面间隔预定的距离；和

在制动闸的内周面和转子的外周面之间的环绕空间内填充的磁粉。

2.根据权利要求1所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，

所述制动闸的一端直接固定在所述第一支架上。

3.根据权利要求1所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，

所述制动闸通过另一向下形成的环绕所述转子的支架，固定在所述第一支架上。

4.根据权利要求1所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括：

一圆形散热板，与所述转子连接以共同旋转；和

在所述散热板上沿周向分布的多个突出的叶片。

5.根据权利要求4所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括：在所述散热板和所述转轴间用于连接的热传导部件，所述热传导部件比所述转子有更高的热传导性，以将热量传递至所述散热板。

6.根据权利要求5所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，所述定子通过所述热传导部件和一辅助连接部件与所述转轴相结合。

7.根据权利要求6所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，形成有一穿过热传导部件和辅助连接部件的空气通道，以使空气从中流过。

8.一种使用磁粉的刹车设备，包括：

相向安装的第一支架和第二支架；

在所述第一支架和第二支架之间固定的环形定子，其内部具有线圈；

在所述第一支架和第二支架之间安装的环形制动闸，其与在同心圆周上的所述定子的内周面隔开一定距离；

转轴，可转动地联接在形成于所述第二支架中心上的轴孔中；

定子，联接于所述转轴，以在所述第一支架和所述第二支架间的一同心周面上一体转动，其外周面同所述制动闸的内周面间隔开；和

在所述制动闸的内周面和所述转子的外周面之间的空间内填充的磁粉。

9.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括：

连接于所述转子以与述转子一体旋转的一散热板；和

在述散热板上沿周向分布的多个凸出的叶片。

10.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括一第三支架，延伸以与所述第二支架一起环绕所述定子，并支撑所述制动闸。

11.根据权利要求9所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括一连接于所述散热板和所述转子间的热传导部件，所述热传导部件比所述转子有更高的热传导性，以将热量传递到所述散热板。

12.根据权利要求11所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，所述转子通过所述热传导部件连接所述转轴。

13.根据权利要求12所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，形成有一穿过所述热传导部件的空气通道，以使空气从中流过。

14.根据权利要求11所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，所述转子通过所述热传导部件和一辅助连接部件连接所述转轴。

15.根据权利要求14所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，所述空气通道穿过所述热传导部件和所述辅助连接部件，以使空气从中流过。

16.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括一温度开关，所述温度开关安装成与所述制动闸的一侧接触，或与支撑所述制动闸该侧的支架接触，以检测所述使用磁粉的刹车设备在操作过程中产生的摩擦热。

17.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，进一步包括一中间连接部件，所述中间连接部件为非磁性材料制成，并安装在所述制动闸的中部，以将所述制动闸分为两部分，从而使磁力集中。

18.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，形成有穿过所述转子的空气通道，以使空气从中流动。

19.根据权利要求18所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，当所述转子转动时，通过所述空气通道的空气通过所述第一支架上形成的释放孔排放出去。

20.根据权利要求8所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，所述转轴延伸穿过所述转子，所述转轴的一端由一轴承转动支撑。

21.根据权利要求8至权利要求20任一项所述的使用磁粉的刹车设备，其特征在于，

在所述第二支架外部有一开有多个通气孔的盖，和

在所述盖的一侧有一强行使空气流动的风扇。

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