永磁电磁复合盘式涡流制动装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种用于高速运动体制动的永磁电磁复合盘式涡流制动装置。
【背景技术】
[0002]机动车辆、电机加速机构等高速运动体的制动装置较多采用闸片与制动圆盘相接触产生摩擦，从而产生制动，即机械摩擦制动。但在高速运动情况下，若采用机械摩擦制动，会带来车轮或制动圆盘等部件的机械磨损以及噪声摩擦热应力等问题，维修工作量也会大大增加，目前解决摩擦制动问题的措施主要有改善接触面材料和接触方式，但不能完全克服机械摩擦制动带来的缺陷。
[0003]磁涡流制动无需接触即可实现制动，有效避免了因机械摩擦产生的问题。磁涡流制动可以分为电磁涡流制动，永磁涡流制动和永磁电磁复合式涡流制动。电磁涡流制动受限于励磁绕组电压和电流，存在断电时制动失效的危险，影响装置可靠性，且制动时励磁绕组发热剧烈，对设备制动性能、绕组绝缘、设备可靠性和使用寿命有很大影响。
[0004]永磁涡流制动可有效解决上述问题，其特点是:I)不需要外加励磁电源和励磁绕组，大大节省了制动装置用电量和用铜量，很好地避免了电磁制动的温升问题；2)不需电源，不存在断电时制动失效的危险，且永磁制动力矩稳定，可靠性高;3)永磁体相比于电磁体有更高的能量密度，可以有效降低制动装置重量，并实现大间隙情况下有效制动，减小加工难度。但是目前存在的问题是永磁涡流制动装置输出制动力矩不可调，限制了永磁涡流制动装置的适用性。
[0005]文献“王江波，李耀华，严陆光.直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究.电气传动，2010，05:8-11中描述了一种直线Halbach磁体用于磁浮列车祸流制动的技术，在永磁材料使用量相等的情况下，能够获得比常规磁体排布更大的功率密度，实现有效制动。但该制动装置需铺设与制动距离长度相等的制动轨道，永磁材料使用量较大，且需占用较大空间位置。
[0006]文献“杨超君，郑武，李志宝.可调速异步圆盘式磁力联轴器的转矩计算及其影响因素分析.电机与控制学报，2012,01:85-91.”描述了可调速异步圆盘式磁力联轴器，该装置采用圆盘式永磁磁极排布形式，其调速功能通过调速装置调节永磁圆盘和铜圆盘之间的间隙长度来实现，在传送带、升降机等传动系统中有很好应用，如果将其一方固定，即可实现磁力制动，可通过调节间隙改变制动力大小。但是，这种可调速圆盘式磁力联轴器输出力矩有限，且永磁圆盘需长期处于移动状态，对机械装置的安装可靠性有较高要求。
[0007]CN 102270911 A的中国专利公布了一种磁转子中永磁体形状为扇形的磁力親合器，制动源为永磁磁体，磁力不可调节。
[0008]CN103219864 A的中国专利“一种电磁与永磁复合式祸流缓速器”公布了一种电磁与永磁复合的方式实现运动体缓速效果的机理，在该装置中，电磁体和永磁体之间构成与制动圆盘面平行的径向磁路，电磁体不通电时永磁体的磁路被短路、不能在反应圆盘中产生涡流，装置没有制动力矩输出，电磁体通电时该装置输出可调制动力矩。该缓速器实现在车辆行驶速度过快时减速的目的，但是，如果电磁体控制失灵，完全失去制动效果。
[0009 ]总结上述现有技术可知，永磁直线制动永磁用量较大，如用于制动的永磁体铺在轨道上时，永磁体利用率很低、体积大、质量重，易使轨道发生变形，导致间隙等参数改变影响制动性能。既有的旋转结构的可调速磁力联轴器采用圆盘形结构，结构紧凑，减小了制动装置占用空间，但是制动功率不可调。永磁电磁复合制动可调节输出功率，但是输出转矩有限。
【发明内容】
[0010]为克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种永磁电磁复合盘式涡流制动装置。本发明改进了目前制动器的磁路设计，制动转矩可调、输出制动力矩大，可简单实现制动和非制动状态切换，特别适合在短时间内快速有效制动高速运动体。
[0011]本发明解决技术问题采用的技术方案如下:
[0012]本发明永磁电磁复合盘式涡流制动装置包括两面磁体圆盘、一面金属圆盘和传动轴。两面磁体圆盘并行固定在静止设备上;金属圆盘固定在传动轴上，金属圆盘平行安装在两面磁体圆盘之间，并与两面磁体圆盘同轴。传动轴通过轴承支撑在两面磁体圆盘上。每面磁体圆盘上，沿圆周等间隔均匀布置有由永磁体和电磁线圈复合而成的m个复合磁极，m为偶数，m个复合磁极沿磁体圆盘圆周等间隔均匀布置。在轴线方向上，左右两面磁体圆盘上沿磁体圆盘圆周等间隔均匀布置的复合磁极与复合磁极两两相对，通过调节电磁体线圈中电流的大小和方向，改变金属圆盘所在位置处的磁场大小，从而改变金属圆盘与两面磁体圆盘之间有相对运动时产生的相互作用力矩的大小。
[0013]本发明有以下两种结构方式:
[0014]方式一:
[0015]每一面磁体圆盘由圆盘型背铁、沿圆周布置固定在背铁表面的m块铁芯、m个电磁线圈和m个永磁体组成，m为偶数。永磁体贴在铁芯表面，电磁线圈套装在铁芯和永磁体的外侧，形成永磁电磁复合磁极。永磁体轴向充磁，相邻磁体极性相反，m个电磁线圈串联连接，相邻电磁线圈绕向相反，电磁线圈流过的直流电流大小和方向通过外部电源调节。
[0016]所述的金属圆盘可以是非导磁材料，该情况下，所述的两面磁体圆盘面上的m个复合磁极在轴线方向上磁极与磁极两两相对、极性相反，磁体圆盘上的磁体产生的磁力线通过复合磁极、磁体圆盘与金属圆盘之间的第一间隙、金属圆盘、磁体圆盘与金属圆盘之间的第二间隙、再穿过另一侧的复合磁极形成闭合回路。
[0017]所述的金属圆盘可以是导磁材料，该情况下，所述的磁体圆盘上的m个复合磁极在轴线方向上复合磁极与复合磁极两两相对、极性相同，磁体圆盘上的复合磁极产生的磁力线通过复合磁极、磁体圆盘与金属圆盘之间的第一间隙、金属圆盘，在金属盘内沿圆周方向返回形成闭合回路。
[0018]当需要所述的永磁电磁复合盘式涡流制动装置提供较大的制动力矩时，在所述的电磁线圈中通入直流电流，使其产生的磁场方向与所述的永磁体产生的磁场方向一致，提高所述的金属圆盘所在位置的磁场强度，增强涡流制动力矩。当需要所述的永磁电磁复合盘式涡流制动装置提供较小的制动力矩时，在所述的电磁线圈中通入直流电流使其产生的磁场方向与永磁体产生的磁场方向相反，减少所述的金属圆盘所在位置的磁场强度，减弱涡流制动力矩；当运动物体不需要制动力矩时，在所述的电磁线圈中通入电流使其产生的磁场方向与永磁体产生的磁场方向相反、大小相等，间隙中永磁体产生的磁场和电磁体产生的磁场相互抵消，对所述的金属圆盘不产生制动力矩。
[0019]电磁线圈中不通电时，间隙磁场仅由永磁体产生。
[0020]当运动物体需要制动时，通过绳轮或齿轮等传动机构将传动轴与运动体连接，运动体带动金属圆盘高速运动，并与磁体圆盘产生相对运动，产生制动力矩；当运动物体不需要制动时，通过传动机构将传动轴与运动体脱开，使传动轴和金属圆盘与磁体圆盘相对静止。
[0021]方式二:
[0022]每一面磁体圆盘由圆盘型背铁、沿圆周方向间隔布置轴向充磁的η个永磁体和η个电磁线圈组成，η为偶数。相邻的永磁体极性相同，当需要提高制动力矩时时，电磁线圈与相邻的永磁体极性相反，当需要减小制动力矩时，电磁线圈与相邻的永磁体极性相同，电磁线圈套在铁芯外侧形成电磁体，η个电磁线圈串联连接，相邻电磁线圈绕向相同，电磁线圈通入大小可以调节的直流电。
[0023]方式一和方式二的金属圆盘可以是铝或铜等非导磁材料，或是钢铁等导磁材料。
[0024]所述的永磁电磁复合盘式涡流制动装置的金属圆盘可为圆盘面不开槽的整体型圆形金属盘，或者在金属圆盘表面开大小形状相同、沿金属圆盘表面均勾分布的槽，开槽槽型可为梯形槽，方形槽，梨形槽或其他形状的槽型，开槽数个数为整数。
[0025 ]目前已有的复合磁体制动装置，永磁体和电磁体沿径向排布，永磁体径向充磁。本发明永磁电磁复合盘式涡流制动装置的永磁体采用轴向充磁，提高了装置能量传递效率，从而产生更大的制动力矩密度。本发明合理地安排了制动装置的