永磁電磁復合盤式渦流制動裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種用于高速運動體制動的永磁電磁復合盤式渦流制動裝置。
【背景技術】
[0002]機動車輛、電機加速機構等高速運動體的制動裝置較多采用閘片與制動圓盤相接觸產生摩擦，從而產生制動，即機械摩擦制動。但在高速運動情況下，若采用機械摩擦制動，會帶來車輪或制動圓盤等部件的機械磨損以及噪聲摩擦熱應力等問題，維修工作量也會大大增加，目前解決摩擦制動問題的措施主要有改善接觸面材料和接觸方式，但不能完全克服機械摩擦制動帶來的缺陷。
[0003]磁渦流制動無需接觸即可實現制動，有效避免了因機械摩擦產生的問題。磁渦流制動可以分為電磁渦流制動，永磁渦流制動和永磁電磁復合式渦流制動。電磁渦流制動受限于勵磁繞組電壓和電流，存在斷電時制動失效的危險，影響裝置可靠性，且制動時勵磁繞組發熱劇烈，對設備制動性能、繞組絕緣、設備可靠性和使用壽命有很大影響。
[0004]永磁渦流制動可有效解決上述問題，其特點是:I)不需要外加勵磁電源和勵磁繞組，大大節省了制動裝置用電量和用銅量，很好地避免了電磁制動的溫升問題；2)不需電源，不存在斷電時制動失效的危險，且永磁制動力矩穩定，可靠性高;3)永磁體相比于電磁體有更高的能量密度，可以有效降低制動裝置重量，并實現大間隙情況下有效制動，減小加工難度。但是目前存在的問題是永磁渦流制動裝置輸出制動力矩不可調，限制了永磁渦流制動裝置的適用性。
[0005]文獻“王江波，李耀華，嚴陸光.直線Halbach磁體用于磁浮列車渦流制動的研究.電氣傳動，2010，05:8-11中描述了一種直線Halbach磁體用于磁浮列車禍流制動的技術，在永磁材料使用量相等的情況下，能夠獲得比常規磁體排布更大的功率密度，實現有效制動。但該制動裝置需鋪設與制動距離長度相等的制動軌道，永磁材料使用量較大，且需占用較大空間位置。
[0006]文獻“楊超君，鄭武，李志寶.可調速異步圓盤式磁力聯軸器的轉矩計算及其影響因素分析.電機與控制學報，2012,01:85-91.”描述了可調速異步圓盤式磁力聯軸器，該裝置采用圓盤式永磁磁極排布形式，其調速功能通過調速裝置調節永磁圓盤和銅圓盤之間的間隙長度來實現，在傳送帶、升降機等傳動系統中有很好應用，如果將其一方固定，即可實現磁力制動，可通過調節間隙改變制動力大小。但是，這種可調速圓盤式磁力聯軸器輸出力矩有限，且永磁圓盤需長期處于移動狀態，對機械裝置的安裝可靠性有較高要求。
[0007]CN 102270911 A的中國專利公布了一種磁轉子中永磁體形狀為扇形的磁力親合器，制動源為永磁磁體，磁力不可調節。
[0008]CN103219864 A的中國專利“一種電磁與永磁復合式禍流緩速器”公布了一種電磁與永磁復合的方式實現運動體緩速效果的機理，在該裝置中，電磁體和永磁體之間構成與制動圓盤面平行的徑向磁路，電磁體不通電時永磁體的磁路被短路、不能在反應圓盤中產生渦流，裝置沒有制動力矩輸出，電磁體通電時該裝置輸出可調制動力矩。該緩速器實現在車輛行駛速度過快時減速的目的，但是，如果電磁體控制失靈，完全失去制動效果。
[0009 ]總結上述現有技術可知，永磁直線制動永磁用量較大，如用于制動的永磁體鋪在軌道上時，永磁體利用率很低、體積大、質量重，易使軌道發生變形，導致間隙等參數改變影響制動性能。既有的旋轉結構的可調速磁力聯軸器采用圓盤形結構，結構緊湊，減小了制動裝置占用空間，但是制動功率不可調。永磁電磁復合制動可調節輸出功率，但是輸出轉矩有限。
【發明內容】
[0010]為克服現有技術的上述缺點，本發明提出一種永磁電磁復合盤式渦流制動裝置。本發明改進了目前制動器的磁路設計，制動轉矩可調、輸出制動力矩大，可簡單實現制動和非制動狀態切換，特別適合在短時間內快速有效制動高速運動體。
[0011]本發明解決技術問題采用的技術方案如下:
[0012]本發明永磁電磁復合盤式渦流制動裝置包括兩面磁體圓盤、一面金屬圓盤和傳動軸。兩面磁體圓盤并行固定在靜止設備上;金屬圓盤固定在傳動軸上，金屬圓盤平行安裝在兩面磁體圓盤之間，并與兩面磁體圓盤同軸。傳動軸通過軸承支撐在兩面磁體圓盤上。每面磁體圓盤上，沿圓周等間隔均勻布置有由永磁體和電磁線圈復合而成的m個復合磁極，m為偶數，m個復合磁極沿磁體圓盤圓周等間隔均勻布置。在軸線方向上，左右兩面磁體圓盤上沿磁體圓盤圓周等間隔均勻布置的復合磁極與復合磁極兩兩相對，通過調節電磁體線圈中電流的大小和方向，改變金屬圓盤所在位置處的磁場大小，從而改變金屬圓盤與兩面磁體圓盤之間有相對運動時產生的相互作用力矩的大小。
[0013]本發明有以下兩種結構方式:
[0014]方式一:
[0015]每一面磁體圓盤由圓盤型背鐵、沿圓周布置固定在背鐵表面的m塊鐵芯、m個電磁線圈和m個永磁體組成，m為偶數。永磁體貼在鐵芯表面，電磁線圈套裝在鐵芯和永磁體的外側，形成永磁電磁復合磁極。永磁體軸向充磁，相鄰磁體極性相反，m個電磁線圈串聯連接，相鄰電磁線圈繞向相反，電磁線圈流過的直流電流大小和方向通過外部電源調節。
[0016]所述的金屬圓盤可以是非導磁材料，該情況下，所述的兩面磁體圓盤面上的m個復合磁極在軸線方向上磁極與磁極兩兩相對、極性相反，磁體圓盤上的磁體產生的磁力線通過復合磁極、磁體圓盤與金屬圓盤之間的第一間隙、金屬圓盤、磁體圓盤與金屬圓盤之間的第二間隙、再穿過另一側的復合磁極形成閉合回路。
[0017]所述的金屬圓盤可以是導磁材料，該情況下，所述的磁體圓盤上的m個復合磁極在軸線方向上復合磁極與復合磁極兩兩相對、極性相同，磁體圓盤上的復合磁極產生的磁力線通過復合磁極、磁體圓盤與金屬圓盤之間的第一間隙、金屬圓盤，在金屬盤內沿圓周方向返回形成閉合回路。
[0018]當需要所述的永磁電磁復合盤式渦流制動裝置提供較大的制動力矩時，在所述的電磁線圈中通入直流電流，使其產生的磁場方向與所述的永磁體產生的磁場方向一致，提高所述的金屬圓盤所在位置的磁場強度，增強渦流制動力矩。當需要所述的永磁電磁復合盤式渦流制動裝置提供較小的制動力矩時，在所述的電磁線圈中通入直流電流使其產生的磁場方向與永磁體產生的磁場方向相反，減少所述的金屬圓盤所在位置的磁場強度，減弱渦流制動力矩；當運動物體不需要制動力矩時，在所述的電磁線圈中通入電流使其產生的磁場方向與永磁體產生的磁場方向相反、大小相等，間隙中永磁體產生的磁場和電磁體產生的磁場相互抵消，對所述的金屬圓盤不產生制動力矩。
[0019]電磁線圈中不通電時，間隙磁場僅由永磁體產生。
[0020]當運動物體需要制動時，通過繩輪或齒輪等傳動機構將傳動軸與運動體連接，運動體帶動金屬圓盤高速運動，并與磁體圓盤產生相對運動，產生制動力矩；當運動物體不需要制動時，通過傳動機構將傳動軸與運動體脫開，使傳動軸和金屬圓盤與磁體圓盤相對靜止。
[0021]方式二:
[0022]每一面磁體圓盤由圓盤型背鐵、沿圓周方向間隔布置軸向充磁的η個永磁體和η個電磁線圈組成，η為偶數。相鄰的永磁體極性相同，當需要提高制動力矩時時，電磁線圈與相鄰的永磁體極性相反，當需要減小制動力矩時，電磁線圈與相鄰的永磁體極性相同，電磁線圈套在鐵芯外側形成電磁體，η個電磁線圈串聯連接，相鄰電磁線圈繞向相同，電磁線圈通入大小可以調節的直流電。
[0023]方式一和方式二的金屬圓盤可以是鋁或銅等非導磁材料，或是鋼鐵等導磁材料。
[0024]所述的永磁電磁復合盤式渦流制動裝置的金屬圓盤可為圓盤面不開槽的整體型圓形金屬盤，或者在金屬圓盤表面開大小形狀相同、沿金屬圓盤表面均勾分布的槽，開槽槽型可為梯形槽，方形槽，梨形槽或其他形狀的槽型，開槽數個數為整數。
[0025 ]目前已有的復合磁體制動裝置，永磁體和電磁體沿徑向排布，永磁體徑向充磁。本發明永磁電磁復合盤式渦流制動裝置的永磁體采用軸向充磁，提高了裝置能量傳遞效率，從而產生更大的制動力矩密度。本發明合理地安排了制動裝置的