低惯量宽速域永磁涡流制动器

本发明属于电机技术领域。

背景技术：

制动器是使系统中的运动部件停止或减速的机械装置。制动器因现代工业机械的发展而出现多种新的结构型式，主要分为摩擦式制动器和非摩擦式制动器两大类，而涡流制动器属于非摩擦式制动器，特别是永磁涡流制动器是随着永磁体性能的提高而逐步发展起来的一种新型制动器，当其导体板与永磁体发生相对运动时，永磁体磁场会在导体板中感应出涡流，涡流与永磁体磁场相互作用而产生制动转矩。

与传统的机械制动相比，涡流制动具有非接触、无摩擦、无噪音、免维护、冲击小、响应速度快、结构紧凑、可靠性高等优点。另外，利用永磁体产生磁场时，无需外部能量，是一种节能环保、可靠性高的制动技术，在高速列车制动装置、汽车电磁制动装置、软起动装置、节能调速装置、非接触传动装置、电磁拦阻装置等系统中具有广阔的应用前景。

而通常的永磁涡流制动器的导体板由单一材料构成，其制动转矩只能在某一速度下达到最大，而在其它速度点制动转矩较小，不适合在高速、宽速度变化范围情况下使用。同时，由于感应盘采用磁性材料，材料密度高、转子惯量大，在制动开始瞬间，转子速度变化快、加速度高，从而作用于高速运动物体上的制动力冲击大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有永磁涡流制动器感应盘的转动惯量大，对高速运动物体上的制动力冲击大的问题，提出了一种低惯量宽速域永磁涡流制动器。

本发明所述的低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘和n个复合感应盘；n+1个励磁盘和n个复合感应盘沿轴向依次交替排列，每个励磁盘和复合感应盘之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个复合感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；所述励磁盘和复合感应盘均为圆环形；n+1个励磁盘形成串联磁路，其中，n为正整数；

每个复合感应盘均包括一个高电导率导电板和两个高磁导率导磁板；

所述两个高磁导率导磁板位于高电导率导电板轴向的两侧，且同轴设置；所述高电导率导电板的轴向厚度大于高磁导率导磁板轴向厚度；

每个励磁盘均包括轭板，所述轭板的每个气隙侧均固定有多块永磁体，所述多块永磁体为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板同轴。

优选地，本发明中，高电导率导电板的材料可为铝或合金等，高磁导率导磁板材料可为硅钢或低碳钢等。

低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘和n个复合感应盘；n+1个励磁盘和n个复合感应盘沿轴向依次交替排列，每个励磁盘和复合感应盘之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘和复合感应盘均为圆环形；n+1个励磁盘形成串联磁路；其中，n为正整数；

每个复合感应盘均包括一个支撑板、两个高磁导率导磁板和两个高电导率导电板；

所述两个高磁导率导磁板位于支撑板轴向的两侧，且同轴设置，两个高电导率导电板分别粘贴或镀设在高磁导率导磁板上，且位于高磁导率导磁板与支撑板之间；

每个励磁盘均包括轭板，所述轭板的每个气隙侧均固定有多块永磁体，所述多块永磁体为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板同轴。

优选地，本发明中，支撑板的材料可为碳纤维材料等，高磁导率导磁板的材料可为硅钢或低碳钢等，高电导率导电板材料可为银或铜等。

低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘和n个复合感应盘；n+1个励磁盘和n个复合感应盘沿轴向依次交替排列，每个励磁盘和复合感应盘之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘和复合感应盘均为圆环形；n+1个励磁盘形成串联磁路，其中，n为正整数；

每个复合感应盘均包括三个高磁导率导磁板；所述三个高磁导率导磁板同轴排列，位于中间的高磁导率导磁板的两个侧面上均粘贴或镀设有高电导率导电板；

每个励磁盘均包括轭板，所述轭板的每个气隙侧均固定有多块永磁体，所述多块永磁体为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板同轴。

优先地，本发明中，高磁导率导磁板材料为可硅钢或低碳钢等，高电导率导电板材料可为银或铜等。

进一步地，本发明中，高电导率导电板的轴向厚度大于高磁导率导磁板轴向厚度。

进一步地，本发明中，高电导率导电材料层的轴向厚度小于1mm；

进一步地，本发明中，励磁盘为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或halbach永磁体阵列结构。

低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘和n个复合感应盘；n+1个励磁盘和n个复合感应盘沿轴向依次交替排列，每个励磁盘和复合感应盘之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘和复合感应盘均为圆环形；n+1个励磁盘形成串联磁路；其中，n为正整数；

每个感应盘均包括两个高磁导率导磁板和一个高电导率短路绕组；

两个高磁导率导磁板分别设置在高电导率短路绕组轴向两侧；且与高电导率短路绕组同轴设置；

所述高电导率短路绕组包括内环、外环和多个导电条，多个导电条沿周向均匀排列在内环和外环之间，且每个导电条的两端分别与内环和外环连接，每相邻的两个导电条之间形成通孔；

高磁导率导磁板为圆环形；一个高磁导率导磁板的与高电导率短路绕组相对的面上有多个凸出的齿，所述多个凸出的齿沿周向均匀分布；所述多个凸出的齿插接在两个导电条之间的通孔内；

每个励磁盘均包括轭板，所述轭板的每个气隙侧均固定有多块永磁体，所述多块永磁体为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板同轴。

进一步地，本发明中，永磁体的表面贴设有高电导率金属材料护板。

进一步地，本发明中，高电导率导电板的轴向厚度大于高磁导率导磁板轴向厚度。

进一步地，本发明中，高磁导率导磁板的轴向厚度小于5mm。

进一步地，本发明中，高电导率导电板的轴向厚度小于1mm。

进一步地，本发明中，励磁盘为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或halbach永磁体阵列结构。

低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括一个励磁筒和一个感应筒；所述励磁筒套设在感应筒的外侧，励磁筒和感应筒之间形成气隙，励磁筒作为制动器的定子，感应筒作为制动器的转子；

感应筒包括一个高电导率导电筒和一个高磁导率导磁筒，高磁导率导磁筒套设在高电导率导电筒的外侧，且同轴固定连接；

励磁筒包括轭筒和多块永磁体；所述永磁体为瓦片形；

所述多块永磁体均径向充磁；多块永磁体沿轭筒圆周方向依次n、s极交替排列固定在轭筒的气隙侧。

低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括一个励磁筒和一个感应筒；所述感应筒套设在励磁筒的外侧，励磁筒和感应筒之间形成气隙，励磁筒作为制动器的定子，感应筒作为制动器的转子；

感应筒包括一个高电导率导电筒和一个高磁导率导磁筒，高电导率导电筒套设在高磁导率导磁筒的外侧，且同轴固定连接；

励磁筒包括轭筒和多块永磁体；所述永磁体为瓦片形；

所述多块永磁体均径向充磁；多块永磁体沿轭筒圆周方向依次n、s极交替排列固定在轭筒的气隙侧。

进一步地，本发明中，励磁筒为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或halbach永磁体阵列结构。

进一步地，本发明中，高磁导率导磁筒的径向厚度小于5mm。

进一步地，本发明中，高电导率导体筒材料可为铝或合金等，高磁导率导体筒材料可为可硅钢或低碳钢等。

发明所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，针对高速永磁涡流制动器从高速到低速制动速度变化范围大的特点，通过采用轻质结构材料、导电材料、导磁材料复合结构，有效减小了感应盘的转动惯量，降低了作用于高速运动物体上的制动力冲击，同时实现了从高速到低速平均制动转矩的最大化，提高了宽速度变化范围条件下制动器的转矩密度。

附图说明

图1是实施方式一所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的整体结构示意图；

图2是具体实施方式一所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的拆解结构示意图；

图3是实施方式一所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的整体结构示意图；

图4是具体实施方式一所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的拆解结构示意图；

图5是具体实施方式二所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的整体结构示意图；

图6是具体实施方式二所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的拆解结构示意图；

图7是实施方式二所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的整体结构示意图；

图8是具体实施方式二所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的拆解结构示意图；

图9是具体实施方式三所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的整体结构示意图；

图10是具体实施方式三所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的拆解结构示意图；

图11是具体实施方式三所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的整体结构示意图；

图12是具体实施方式三所述感应盘的拆解结构示意图；

图13是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的整体结构示意图；

图14是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为2时的拆解结构示意图；

图15是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的整体结构示意图；

图16是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的拆解结构示意图；

图17是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器中高电导率短路绕组的结构示意图；

图18是具体实施方式四所述低惯量宽速域永磁涡流制动器中多根高电导率导体条高磁导率导磁板固定连接的结构示意图；

图19是具体实施方式五所述低惯量宽速域永磁涡流制动器整体结构示意图；

图20是具体实施方式五所述低惯量宽速域永磁涡流制动器拆解结构示意图；

图21是具体实施方式六所述低惯量宽速域永磁涡流制动器整体结构示意图；

图22是具体实施方式六所述低惯量宽速域永磁涡流制动器拆解结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述本发明所述的低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2；n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2沿轴向依次交替排列，每个励磁盘1和复合感应盘2之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘1机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个复合感应盘2机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；所述励磁盘1和复合感应盘2均为圆环形；n+1个励磁盘1形成串联磁路，其中，n为正整数；

每个复合感应盘2均包括一个高电导率导电板202和两个高磁导率导磁板201；

所述两个高磁导率导磁板201位于高电导率导电板202轴向的两侧，且同轴设置；所述高电导率导电板202的轴向厚度大于高磁导率导磁板201轴向厚度；

每个励磁盘1均包括轭板101，所述轭板101的每个气隙侧均固定有多块永磁体102，所述多块永磁体102为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体102沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板101同轴。

本实施方式中，当励磁盘1位于两个感应盘之间时，励磁盘1包括两组永磁体，所述两组永磁体分别位于轭板101的两侧；励磁盘1为双边结构，当励磁盘1的一侧设有感应盘时，励磁盘1的轭板101的一侧设有永磁体即位于两端励磁盘1为单边结构，轭板101只有一侧有气隙，该气隙侧固定有多块永磁体102，轭板101的另一侧没有气隙，且轭板101另一侧固定于机壳上；位于复合感应盘2之间的励磁盘1的两侧均设有气隙，此时，励磁盘1中轭板101的两侧均固定有永磁体。本实施方式中，当n为1时，该涡流制动器为双定子-单转子结构，如图3和图4所示。

复合感应盘2结构的设计难点在于如何实现低磁阻的磁通路径且高电密的感应涡流路径。本制动器的复合感应盘2面对气隙的表层板可选取在高速优良制动性能的高磁导率金属材料，其芯层板可选取在低速具有良制动性能的高电导率、轻质金属材料。

进一步地，本实施方式中，高电导率导电板202的材料可为铝或合金等，高磁导率导磁板201材料可为硅钢或低碳钢等。

这种高磁导率材料表层-高电导率材料芯层的两材料复合感应盘2结构，相较于较常见的高电导率材料表层-高磁导率材料芯层的复合结构，不但也具有从高速到低速宽制动速域内制动转矩平稳的优点，还具有转动惯量小、轻质、不易氧化变形的优点。

具体实施方式二：下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2；n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2沿轴向依次交替排列，每个励磁盘1和复合感应盘2之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘1机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘1和复合感应盘2均为圆环形；n+1个励磁盘1形成串联磁路；其中，n为正整数；

每个复合感应盘2均包括一个支撑板203、两个高磁导率导磁板201和两个高电导率导电板202；

所述两个高磁导率导磁板201位于支撑板203轴向的两侧，且同轴设置，两个高电导率导电板202分别粘贴或镀设在高磁导率导磁板201上，且位于高磁导率导磁板201与支撑板203之间；

每个励磁盘1均包括轭板101，所述轭板101的每个气隙侧均固定有多块永磁体102，所述多块永磁体102为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体102沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板101同轴。

本实施方式中的高磁导率导磁板201贴设的表层为高电导率薄/镀板(层)-轻质绝缘支撑材料芯层的三种材料复合感应盘2结构，虽然结构相对复杂，加工难度大，但有更高的电涡流密度、制动转矩密度及更小的转动惯量，当n为1时，该涡流制动器为双定子-单转子结构，如图图7和图8所示。

进一步地，本实施方式中，支撑板203的材料可为碳纤维材料，高磁导率导磁板201的材料可为硅钢或低碳钢等，高电导率导电板202材料可为银或铜等。

具体实施方式三、下面结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2；n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2沿轴向依次交替排列，每个励磁盘1和复合感应盘2之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘1机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘1和复合感应盘2均为圆环形；n+1个励磁盘1形成串联磁路，其中，n为正整数；

每个复合感应盘2均包括三个高磁导率导磁板201；所述三个高磁导率导磁板201同轴排列，位于中间的高磁导率导磁板201的两个侧面上均粘贴或镀设有高电导率导电板202；

每个励磁盘1均包括轭板101，所述轭板101的每个气隙侧均固定有多块永磁体102，所述多块永磁体102为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体102沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板101同轴。

本方式中的感应盘在中间盘两侧粘贴或镀设高电导率金属薄层，等效提高了导磁材料的电导率，进而增大涡流制动器的制动转矩密度。同时由于高电导率金属薄层嵌覆于感应盘的芯层，不裸露于空气，不易氧化，在制动过程中不易挤压形变。当n为1时，该涡流制动器为双定子-单转子结构，如图11和图12所示。进一步地，本实施方式中，高磁导率导磁板201材料可为硅钢或低碳钢等，高电导率导电板202材料可为银或铜等。

进一步地，上述具体实施方式中，高电导率导电板202的轴向厚度大于高磁导率导磁板201轴向厚度。

高电导率导电材料层的轴向厚度小于1mm。

进一步地，具体实施方式三中，高磁导率导磁板201材料可为硅钢或低碳钢等，高电导率短路绕组204短路绕组材料可为铜或铝等。

本方式中高电导率短路绕组204可使感应涡流沿径向导条方向流动，从而有效规范涡流路径，增大制动转矩密度。

励磁盘1为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或halbach永磁体阵列结构。

具体实施方式四、下面结合图13和图14说明本实施方式，本实施方式所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2；n+1个励磁盘1和n个复合感应盘2沿轴向依次交替排列，每个励磁盘1和复合感应盘2之间均形成有气隙；

n+1个励磁盘1机械上连接在一起，作为制动器的定子，n个感应盘机械上连接在一起，与转轴连接，作为制动器转子；

所述励磁盘1和复合感应盘2均为圆环形；n+1个励磁盘1形成串联磁路；其中，n为正整数；

每个感应盘均包括两个高磁导率导磁板201和一个高电导率短路绕组204；

两个高磁导率导磁板201分别设置在高电导率短路绕组204轴向两侧；且与高电导率短路绕组204同轴设置；

所述高电导率短路绕组204包括内环、外环和多个导电条，多个导电条沿周向均匀排列在内环和外环之间，且每个导电条的两端分别与内环和外环连接，每相邻的两个导电条之间形成通孔；

高磁导率导磁板201为圆环形；一个高磁导率导磁板201的与高电导率短路绕组204相对的面上有多个凸出的齿，所述多个凸出的齿沿周向均匀分布；所述多个凸出的齿插接在两个导电条之间的通孔内；

每个励磁盘1均包括轭板101，所述轭板101的每个气隙侧均固定有多块永磁体102，所述多块永磁体102为扇形或梯形，且均为轴向充磁；

所述多块永磁体102沿圆周方向依次n、s交替排列呈圆环形；所述圆环形与轭板101同轴。

低惯量宽速域永磁涡流制动器在n为1时的结构示意图如图15和图16所示，

高电导率短路绕组204短路绕组的结构如图17所示，多个凸出的齿与高磁导率导磁板201的结构如图18所示。

进一步地，上述实施方式中，永磁体102的表面贴设有高电导率金属材料护板。

本实施方式中，所述的高电导率金属材料护板为薄护板。

进一步地，上述具体实施方式中，高磁导率导磁板201的轴向厚度小于5mm。

进一步地，上述具体实施方式中，高电导率导电材料层的轴向厚度小于1mm。

具体实施方式五、下面结合图19和图20说明本实施方式，本实施方式所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括一个励磁筒3和一个感应筒4；所述励磁筒3套设在感应筒4的外侧，励磁筒3和感应筒4之间形成气隙，励磁筒3作为制动器的定子，感应筒4作为制动器的转子；

感应筒4包括一个高电导率导电筒402和一个高磁导率导磁筒401，高磁导率导磁筒401套设在高电导率导电筒402的外侧，且同轴固定连接；

励磁筒3包括轭筒301和多块永磁体102；所述永磁体102为瓦片形；

所述多块永磁体102均径向充磁；多块永磁体102沿筒形轭板101圆周方向依次n、s极交替排列固定在筒形轭板101的气隙侧。

具体实施方式六、下面结合图21和图22本实施方式所述低惯量宽速域永磁涡流制动器，包括一个励磁筒3和一个感应筒4；所述感应筒4套设在励磁筒3的外侧，励磁筒3和感应筒4之间形成气隙，励磁筒3在定子上，感应筒4在转子；

感应筒4包括一个高电导率导电筒402和一个高磁导率导磁筒401，高电导率导电筒402套设在高磁导率导磁筒401的外侧，且同轴固定连接；

励磁筒3包括轭筒301和多块永磁体102；所述永磁体102为瓦片形；

所述多块永磁体102均径向充磁；多块永磁体102沿筒形轭板101圆周方向依次n、s极交替排列固定在筒形轭板101的气隙侧。

具体实施方式五和六中，所述高电导率导电筒402材料可为高强度、轻质材料，如铝或合金等，高磁导率导磁筒401材料可为硅钢、低碳钢等。

具体实施方式五和六中：

励磁筒3为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或halbach永磁体阵列结构。

高磁导率导磁筒401的径向厚度小于5mm。

高电导率导体筒材料可为铝或合金等，高磁导率导体筒材料可为硅钢或低碳钢等。

本发明的低惯量宽速域永磁涡流制动器具有制动速度范围宽、制动转矩密度高、转子惯量小、动态响应快、结构简单、运行稳定、安全可靠、成本低等优点。虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。