CN207921192U - 磁粉制动轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁粉制动轮，由外定子、线圈、磁粉、内定子、转子、转子轴和传感器组成，外定子在内定子外部，内定子连接转子，转子连接转子轴，在转子轴外侧设置激磁线圈，在转子轴外侧设置磁隙，磁隙内放置磁粉，外定于、转子、磁粉和内定子之间不会产生电磁力，内定子和转子之间的磁粉呈松散状态，转子轴上没有制动力矩传递，激磁线圈中通入电流后，线圈周围即刻产生磁场，磁粉受磁场的作用而被磁化，于是在转子和内定子之间连接成磁链，使内定子与转子之间产生连接力。

Description

磁粉制动轮

技术领域

本实用新型属于智能电气控制领域，具体涉及一种磁粉制动轮，该磁粉制动轮应用于单车，它是一种以高导磁性的磁粉为工作介质、以激磁电流为控制手段的、性能良好的新型自动控制元件。

背景技术

磁粉制动器广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工、纺织、印染、电线、电缆、橡胶皮革、金属箔带等有关卷取装置的张力自动控制系统中。磁粉制动器还可以作为模拟加载器使用，广泛用于电机、内燃机、变速箱等动力及传动机械的功率、效率测量，就目前纺织而言，磁粉制动器广泛用于纺织厂卷布机的速度控制。

基于磁粉制动器的上述功能，本申请方案提供了一种磁粉制动轮，应用于单车，使其具有以下功能：

1)阻力作用，通过控制轮入磁粉的电流大小来控制阻力的大小，并且通过控制系统突时捕获磁粉的反馈电流来校正当前阻力，做到闭环控制，使得阻力更精准无误；

2)速度感应，磁粉制动轮设置磁感开关，当磁粉制动轮静止时一直保持低电平，当磁粉制动轮运动时，磁感开关触发一个矩形高电平，速度越快，高电平产生频率越快，在单位时间内(10ms)产生的高电平时间也越久，通过在单位时间内捕获高电平时间，高电平时间越快，越能实时反馈出当前飞轮速度；

3)惯性轮作用，在单车骑行时模拟道路阻力，逼真实现游戏骑行，且飞轮反应当前骑行速度，既产生阻力又反应速度。

实用新型内容

本实用新型提供的磁粉制动轮，应用于单车领域，为实现其上述功能，而采用的具体技术方案为：

本实用新型提供的磁粉制动轮，由外定子、线圈、磁粉、内定子、转子、转子轴和传感器组成，外定子在内定子外部，内定子连接转子，转子连接转子轴，在转子轴外侧设置激磁线圈，在转子轴外侧设置磁隙，磁隙内放置磁粉。

上述的磁粉制动轮，其中：激磁线圈内没有电流时，外定子、转子、磁粉和内定子之间不会产生电磁力，内定子和转子之间的磁粉呈松散状态，转子轴上没有制动力矩传递，激磁线圈中通入电流后，线圈周围即刻产生磁场，磁粉受磁场的作用而被磁化，在转子和内定子之间连接成磁链，使内定子与转子之间产生连接力。

上述的磁粉制动轮，其中：产生阻力的为磁粉制动轮，控制端为单片机MCU，游戏在运行过程中通过游戏的推进将要产生的阻力效果传送参数给单片机MCU，单片机通过对数据分析控制磁粉制动轮来产生阻力。

上述的磁粉制动轮，其中：磁粉制动轮通过皮带和车轮相连接构成最基本阻力和动力单元阻力传送，磁粉制动轮通过皮带将阻力输送到轮转设备，达到了阻力，实时实现反馈单元。

上述的磁粉制动轮，其中：磁粉制动轮通过电路控制，输入电流之后磁粉制动会输出电流，电子元器件通过分析反馈的电流进行分析，做到闭环控制电子控制单元，电子控制单元发出指令，控制整个系统有目的地进行通过上位机游戏的参数来实时控制磁粉阻力的产生。

上述的磁粉制动轮，其中：通过控制轮入磁粉的电流大小来控制阻力的大小，并且控制系统突时捕获磁粉的反馈电流来校正当前阻力。

上述的磁粉制动轮，其中：磁粉制动轮设置磁感开关，当磁粉制动轮静止时一直保持低电平，当磁粉制动轮运动时，磁感开关触发一个矩形高电平，高电平产生频率越快，产生的高电平时间也越久，通过在单位时间内捕获高电平时间实时反馈出当前飞轮速度。

磁粉制动轮是由传动单元(输入轴)和从动单元(输出轴)合并而成。在两组单元之间的空间填有粒状的磁粉(休积大约40微米)。当磁性线圈不导电时，转矩不会从传动轴传于从动轴，但如将线圈电磁通电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现象，在连继滑动之间会把转矩传达。由于内定子固定不动，所以旋转的转子就被制动。调节激磁电流的大小，即可得到所要求的制动力矩，而制动力矩基本上与激磁电流成正比。

另外，本申请方案提供的磁粉制动轮，正式运转前或装置移动后，必须作均匀运转才能正式操作，这样才能产生平滑的转矩。均匀运转方式如下：在无激磁状态下，驱动侧尽可能高速(1800rpm以下)回转约1分钟后，设定激磁电流在额定的1/4-1/5，一方面回转驱动侧，一方面5秒间开，10秒间关，间竭激磁约20次。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：

1)通过电流产生磁场使得磁粉在磁场中受到力的作用；

2)通过单片机控制产生大小不一的阻力，更好的实现了阻力细微调节，更能让人感受科技所带来的魅力，当骑行者上车之后，除了身临其境的感受到游戏带来的画面外，更能体验到阻力带来的路面起伏，让体验者在不知不觉中感受到了阻力，使得锻炼身体更像体验一场旅行，而不是简单的努力为出汗。

3)此外，磁粉制动轮具有良好的机械特性。在一定的激磁电流下，磁粉的连接力与转速的关系不大，磁粉与工作面之间的摩擦系数也几乎相等。因此，可以认为制动力矩与转速几乎无关，体现了转矩控制的稳定性和准确性。

附图说明

图1为磁粉制动轮的结构示意图。

图中：

1外定子 2励磁线圈 3导线 4磁通 5驱动体 6转子轴 7磁隙 8传感器

具体实施方式

本实用新型提供了一种磁粉制动轮，由外定子1、励磁线圈2、磁粉、内定子、转子和转子轴6组成，外定子1在内定子外部，内定子连接转子，转子连接转子轴6，在转子轴6外侧设置激磁线圈2，在转子轴6外侧设置磁隙7，磁隙7内放置磁粉。

励磁线圈2内没有电流时，外定子1、转子、磁粉和内定子之间不会产生电磁力，内定子和转子之间的磁粉呈松散状态，转子轴6上没有制动力矩传递，激磁线圈2中通入电流后，线圈周围即刻产生磁场，磁粉受磁场的作用而被磁化，于是在转子和内定子之间连接成磁链，使内定子与转子之间产生连接力。

磁粉制动轮在使用中，产生阻力的为磁粉制动轮，控制端为单片机MCU，游戏在运行过程中，通过游戏的推进，将要产生的阻力效果传送参数给单片机，单片机通过对数据分析，控制磁粉制动轮来产生阻力，具体来说有以下几个装置：

机械本体：机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。对于本申请方案来说，磁粉制动轮通过皮带和车轮相连接，构成了最基本阻力和动力单元阻力传送，磁粉制动轮通过皮带将阻力输送到轮转设备，达到了阻力实时实现反馈单元；

检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。具体来说，磁粉制动轮是通过电路控制的，当然，输入电流之后，磁粉制动也会输出电流，电子元器件通过分析反馈的电流来进行分析，做到闭环控制、电子控制单元；电子控制单元发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行，是整个磁粉制动轮的大脑，通过上位机游戏的参数来实时控制磁粉阻力的产生。

磁粉制动轮由申请人研发的控制器来控制，可以做到细微调节，从一个鸡蛋的力量到一头大象的力量，可以无极调节；在运行游戏的时候配合游戏中的路况和骑行者的骑行速度，做到阻力的不同变化，让骑行者出汗又瘦身，健康又快乐。

磁粉制动轮装置属于阻尼自动控制装置，该装置具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点，是一种多用途、性能优越的自动控制元件；磁粉制动轮还是一种性能优越的自动控制元件，它以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的，其输出转矩与激磁粉电流呈良好的线性关系而与转速或滑差无关，并具有响应速度快，结构简单的优点。

总之，磁粉制动轮具有以下方面的优越性：

1)CNC精密制造，精确度高，加工精细，线性度好，性能优越；

2)磁粉纯度高，不加黑色碳粉，性能稳定，寿命长；

3)纯铁构造，具有优良的散热性能，良好的退磁性，响应速度快；

4)运行平稳、在启动、运行、制动状态下，无振动、无冲击、无噪声。

Claims (7)

1.一种磁粉制动轮，其特征在于：由外定子、励磁线圈、磁粉、内定子、转子、转子轴和传感器组成，外定子在内定子外部，内定子连接转子，转子连接转子轴，在转子轴外侧设置激磁线圈，在转子轴外侧设置磁隙，磁隙内放置磁粉。

2.如权利要求1所述的磁粉制动轮，其特征在于：激磁线圈内没有电流时，外定子、转子、磁粉和内定子之间不会产生电磁力，内定子和转子之间的磁粉呈松散状态，转子轴上没有制动力矩传递，激磁线圈中通入电流后，线圈周围即刻产生磁场，磁粉受磁场的作用而被磁化，于是在转子和内定子之间连接成磁链，使内定子与转子之间产生连接力。

3.如权利要求2所述的磁粉制动轮，其特征在于：磁粉制动轮产生阻力，控制端为单片机MCU，游戏在运行过程中通过游戏的推进将要产生的阻力效果传送参数给单片机，单片机通过对数据分析控制磁粉制动轮来产生阻力。

4.如权利要求3所述的磁粉制动轮，其特征在于：磁粉制动轮通过皮带和车轮相连接，构成最基本阻力和动力单元阻力传送，磁粉制动轮通过皮带将阻力输送到轮转设备，达到了阻力，实时实现反馈单元。

5.如权利要求4所述的磁粉制动轮，其特征在于：磁粉制动轮通过电路控制，输入电流之后磁粉制动会输出电流，电子元器件通过分析反馈的电流来进行分析,做到闭环控制、电子控制单元，电子控制单元发出指令，控制整个系统有目的地进行通过上位机游戏的参数来实时控制磁粉阻力的产生。

6.如权利要求5所述的磁粉制动轮，其特征在于：通过控制轮入磁粉的电流大小来控制阻力的大小，通过控制系统突时捕获磁粉的反馈电流来校正当前阻力。

7.如权利要求6所述的磁粉制动轮，其特征在于：磁粉制动轮设置传感器，当磁粉制动轮静止时一直保持低电平，当磁粉制动轮运动时，传感器触发一个矩形高电平，高电平产生频率越快，产生的高电平时间也越久，通过在单位时间内捕获高电平时间实时反馈出当前飞轮速度。