专利名称：线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于阻尼器领域。
背景技术：
现有的对物体的控制有两种状态，一种是完全的制动，使其处于被抱死的状态；另 一种是自由状态，即对其没有任何的附加作用力。但实际的应用中，需要的不单单是这两种 状态，例如，我们希望汽车在低速区域转向轻便、灵活；在中高速区转向有稍大阻尼力矩来 产生的转向手感，并且有足够好的稳定性，使得驾驶员有良好的路感，保证安全。而且在许 多设备中，需要技术人员在对其进行控制时，有一定的“手感”。比如在搬动设备的扳手时要 有一定的阻力矩，以免操作人员在搬动时，尤其是在要求精度很高的控制中，由于误操作而 使得搬动过量。同时，随着生产实际中环境的不断改变，以及工业中设备的更新，使得对附属的制 动装置要求越来越高。现有的定位制动装置，大多数都是消耗原材料，如盘式制动器，鼓式 制动器，或是消耗电能，如电磁制动器，或者应用机械原理通过弹簧的压紧和释放来实现对 物体的定位制动。比如在起重机中，它的水平横向或纵向移动机构以及垂直提升机构中，对 制动机构的安全性要求是很高的，不仅要求在短的时间内定位，还希望停止后能对负载位 置能保持不变。专利US6095295描述了一种用电流来控制磁流变液的旋转阻尼器，通过调整绕组 所加电流的大小可以改变磁流变液的程度，来改变对转轴的阻尼。专利ZL200420112224. 3描述了一种带金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器， 有效的解决了轴径偏心率增大，油膜力增大时，油膜刚度随轴径偏心率的增大而呈高度非 线性增长的问题。专利200910011447. 8描述了一种混合型形状记忆合金多维隔振器，综合利用了 奥氏体形状记忆合金的超弹性自复位能力和马氏体形状记忆合金的高阻尼特性，能够应用 于土木工程领域的被动控制。其中挤压油膜阻尼器机构简单，重量轻；但油膜阻尼理论尚不完善，需要制造精 密的阀门和保证良好的密封，同时挤压油膜阻尼器会由于贫油或断油而无法形成挤压油 膜，导致阻尼失效，另外挤压油膜阻尼器需要供油系统，导致系统结构复杂。电流变液和磁 流变液阻尼器在亚临界区和临界转速处控振的效果很好；但机理相对复杂，不稳定，成本 高。形状记忆合金可简化控制机构；但稳定性差。与此同时，永磁材料是一种新兴的能源材料，它的三大特殊性能高剩磁、高矫顽 力和最大磁能积使得它在机电类，医疗核磁共振，航空航天等等方面得到了广泛的应用。
实用新型内容本实用新型的目的设计一种线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统，目的是解决 现有的阻尼器易于老化，结构复杂，不易安装，维护困难，不能自复位的问题。本实用新型适合用于运动设备，如设备的操纵杆，方向盘；也可锁定支柱，或作为位置保持装置。具有磁场 空间利用率高，体积小，重量轻，安装方便的特点。其阻尼力矩与角度之间的线性特性是本 实用新型的一个重点。线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统，包括包括定子，转子，前端盖，后端盖；定 子包括机壳，定子永久磁铁；定子永久磁铁贴于机壳的内表面；转子包括转轴，转子磁铁， 轴承；转子磁铁贴于转轴的外表面，轴承位于转轴的两侧；转子位于定子内部，通过套在转 轴两侧的前后端盖固定于机壳上，用于固定支撑；其特征在于定子和转子上同时分布N = 2M块永久磁铁，M为大于等于2的整数； 定子永久磁铁的两个侧面都为圆弧面，大圆弧面为安装面；转子永久磁铁的一个侧面为圆 弧面，另一个侧面为平面，平面为安装面；N块定子转子永久磁铁拼合后，形成中空的圆柱 柱；N块转子永久磁铁拼合后，形成中心为中空的N棱柱；N块定子永久磁铁的形状大小相 同，N块转子永久磁铁的形状大小也相同；定子永久磁铁和转子永久磁铁采用沿半径方向的充磁或者沿横截面中心与弧面 圆心连线的平行充磁，磁场强度大小相等；安装时定子上相邻的两块永久磁铁的充磁方向 相差90度，转子上两块相邻的永久磁铁的充磁方向相差90度；相对着的定子和转子上的两 永久磁铁充磁方向相同；倾角检测装置是角度检测电路或者采用传感器，将角度检测电路固定在转轴上， 随转轴同步旋转，来检测角度的检测。倾角检测可以是角度检测电路，亦可采用其他传感器，包括导电塑料传感器，线性 电位器，可变电感或可变电容传感器，光学编码器。根据实施方案一，其特征在于将角度检 测电路固定在转轴上，使其随转轴一起转动。在实施方案二中，其特征在于采用导电塑料传 感器，将转轴的一侧出轴端加工为一个凹槽，来接收导电塑料传感器的转轴端，节约了安装 空间。在实施方案三中，其特征在于采用了联轴器来连接导电塑料传感器，可以省去转轴的 加工难度。根据实用新型的另一个方面，提供了一种限制转轴可旋转的角度的限位构件和可 用于连接其他设备的连接构件卡块。其特征在于限位构件的定位销，为固定于前端盖上的 紧定螺钉，和机壳相对静止；卡块为一外部形状为梨形的金属块，一侧有一弧形限位槽，限 位槽是深度为20-50mm的弧形凹槽，同定位销配合使用，达到限位的目的。本实用新型的优点是结构简单，实现了阻尼力矩与偏转角度之间的线性关系，角 度检测方便实现，整个系统具有体积小，重量轻，加工成本低的特点。
图1线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统实施方案一图2定子侧视图图3A转子主视图图;3B转子磁铁拼接剖面图图3C转轴键槽剖面图图4卡块侧视图图5前端盖主视图[0024]图6线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统实施方案二图7线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统实施方案三图中1.定子101.机壳102.定子永久磁铁2.转子201.转轴202.转子永久磁铁203.轴承204.卡位槽205.键槽3.前端盖4.后端盖5.卡块501.限位槽6.角度检测电路7.防尘罩8.键9.定位销10.导电塑料传感器11.联轴器12.气隙
具体实施方式
下面结合本实用新型的一种具体实施方案来对本实用新型做进一步说明。一种线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统的实施方案一如图1所示，包括线性 磁力阻尼定位器，倾角检测，连接构件和限位构件。该线性磁力阻尼定位器包含定子1，转子 2，前端盖3，后端盖4。定子1包括一个导磁的管状的机壳101，它相对转轴201固定不动。 定子永久磁铁102贴于机壳的内表面，四块定子永久磁铁102拼合后可以形成一个圆柱形 内腔。定转子的永久磁铁充磁方向为沿半径方向，或者沿横截面中心与弧面中心连线的方 向，如图2，图;3B所示。转子2包括导磁的转轴201，转子永久磁铁202。四块转子永久磁铁202拼接可形 成中空的四棱柱，如图3B转子磁铁拼接剖视图所示。转子永久磁铁202粘结于转轴201表 面，如图3A转子主视图所示。转子2安置于定子1的圆柱空腔内。例子包括但不局限于四 块永久磁铁，磁铁的数量可以为N = 2M块永久磁铁，M为大于等于2的整数。此外，位于转轴201 —侧的键槽205它的中心线与转轴四个平面中任意两个相邻 平面的相交线重合。其一种位置关系如图3B，图3C所示。分别套在转轴201两侧，固定于机壳101两侧的前端盖3，后端盖4是保证气隙大 小，以及同轴度的关键。前后端盖分别各有的两个沉孔，可将整个系统固定于平台之上。连接构件如图1所示，键8紧配合于转轴201的键槽205内，用于与卡块5的连接。 卡块5如图4所示，使用硬铝材质，例子包括但不局限于硬铝，其外形可以方便的与其他设 备相连。卡块5紧配合套在转轴201和键8的外部。限位构件定位销9固定在前端盖3上，前端盖主视图如图5所示，长出端盖的部分 通过与卡块5上的限位槽501配合使用，来限制转轴201的可旋转角度。角度检测在本实施方案中为一检测电路，将角度检测电路6固定在转轴201的一 端上，安装时要保证电路板上的螺孔与转轴上的孔一一对应。电路板需外部提供电源，可引线可直接与外部供电以及信号处理电路相连，达到实时监测的目的。防尘罩7用于防护电路板受潮，将其固定于角度检测电路的外侧。一种线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统的实施方案二如图6所示，采用导电 塑料传感器10直接与转轴201相连作为角度检测，可以节约安装空间，减少零件个数。导 电塑料电位器的功能是把一个机械位移转换成电气信号，并且该信号能够与机械运动成正 比。一种线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统的实施方案三如图7所示，直接使用 联轴器11来与导电塑料传感器10连接，简化了轴的加工难度。本实用新型经过Ansoft公司提供的商业电磁软件Maxwell 2D，以及电磁解析法 进行计算检验，结果证明，该特殊的永久磁铁形状以及其分布结构可以输出和角度偏转呈 线性关系的阻尼力矩。
权利要求1.线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统，包括包括定子，转子，前端盖，后端盖；定 子包括机壳，定子永久磁铁；定子永久磁铁贴于机壳的内表面；转子包括转轴，转子磁铁， 轴承；转子磁铁贴于转轴的外表面，轴承位于转轴的两侧；转子位于定子内部，通过套在转 轴两侧的前后端盖固定于机壳上，用于固定支撑；其特征在于定子和转子上同时分布N = 2M块永久磁铁，M为大于等于2的整数；定子 永久磁铁的两个侧面都为圆弧面，大圆弧面为安装面；转子永久磁铁的一个侧面为圆弧面， 另一个侧面为平面，平面为安装面；N块定子转子永久磁铁拼合后，形成中空的圆柱柱；N块 转子永久磁铁拼合后，形成中心为中空的N棱柱；N块定子永久磁铁的形状大小相同，N块转 子永久磁铁的形状大小也相同；定子永久磁铁和转子永久磁铁采用沿半径方向的充磁或者沿横截面中心与弧面圆心 连线的平行充磁，磁场强度大小相等；安装时定子上相邻的两块永久磁铁的充磁方向相差 90度，转子上两块相邻的永久磁铁的充磁方向相差90度；相对着的定子和转子上的两永久 磁铁充磁方向相同；倾角检测装置是角度检测电路或者采用传感器，将角度检测电路固定在转轴上，随转 轴同步旋转，来检测角度的检测。
2.根据权利要求1所述的线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统，其特征在于传感 器为导电塑料传感器，线性电位器，可变电感或可变电容传感器或光学编码器。
专利摘要本实用新型的目的设计一种线性磁力阻尼定位器及其倾角检测系统，解决现有的阻尼器易于老化，结构复杂，不易安装，维护困难，不能自复位的问题。本系统的定子和转子上同时分布N＝2M块永久磁铁，M为大于等于2的整数；定子永久磁铁的两个侧面都为圆弧面，大圆弧面为安装面；转子永久磁铁的一个侧面为圆弧面，另一个侧面为平面，平面为安装面；N块定子转子永久磁铁拼合后，形成中空的圆柱柱；N块转子永久磁铁拼合后，形成中心为中空的N棱柱；N块定子永久磁铁的形状大小相同，N块转子永久磁铁的形状大小也相同。本实用新型适合用于运动设备，如设备的操纵杆，方向盘；也可锁定支柱，或作为位置保持装置。
文档编号G01B7/30GK201843934SQ201020580089
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者张一鸣, 池佳宁, 陈东升 申请人:北京工业大学