一种新型永磁涡流制动器的制作方法

1.本实用新型属于涡流制动系统技术领域，特别涉及一种新型永磁涡流制动器。


背景技术：

2.目前，涡流制动系统在游乐设施中已有一定的应用，如“过山车”和“跳楼机”的永磁制动系统，其主要由永磁体阵列和金属制动板两个部分及其他的安装板组成。相较于游乐设施的传统制动方式，永磁涡流制动系统有着相当的技术优势，其最大的优势是无接触制动，一般不会出现磨损及制动失效的情况，且工作无需供电，所以系统具有较高的稳定性和可靠性；其结构紧凑、构件数量少且产品的精度要求也不高；制动力作用平稳，制动过程舒适度较高。
3.以游乐设施的永磁涡流制动系统的永磁体阵列布置在座舱靠近轨道的一侧，制动金属板安装在轨道上，制动金属板可选用铝板、铜板或者钢板。游乐设施现有的永磁涡流制动系统面临着如下技术难题：系统采用的永磁体质量较大，增大了座舱自身质量，提高了制动系统的负载，需要对永磁阵列进行轻量化设计。另外，由于所使用的永磁涡流制动器的制动力是随速度降低逐渐降低的，速度较低时座舱的减速度是很小的，需充足的永磁体和较长的制动板才能确保满载座舱在减速阶段降速至设定值。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能提高磁体利用率的新型永磁涡流制动器。
5.本实用新型所采用的技术方案为：
6.一种新型永磁涡流制动器，包括金属制动板单元和制动磁体单元，制动磁体单元包括永磁体阵列，永磁体阵列靠近金属制动板单元设置；从金属制动板单元往永磁体阵列的方向看，永磁体阵列中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按顺时针方向偏转，偏转角度小于180
°
。
7.本实用新型的永磁体阵列中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按逆时针方向偏转，相邻的磁体磁力线会互相“挤压”，最终导致磁场外部磁力线集中到永磁体阵列靠近金属制动板单元一侧，该侧的磁场得到加强。永磁体阵列中所有的磁块都能提供产生有效磁场所需的磁势，阵列产生的磁场足够强大，提高了磁体的利用率。以这种排列形式后，等质量的磁体可以大大提升工作间隙的磁场，有利于座舱的轻量化设计。
8.作为本实用新型的优选方案，所述永磁体阵列的任意磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极的偏转角度相同，且偏转角度为顺时针方向45
°
或90
°
。实际工程应用中，采用四模块或者八模块结构，使靠近金属制动板单元一侧的磁场加强。
9.作为本实用新型的优选方案，所述永磁体阵列的数量为两组，两组永磁体阵列分设于金属制动板单元的两侧。金属制动板单元的两侧均设置永磁体阵列，从而保证座舱运行的稳定性。
10.作为本实用新型的优选方案，所述制动磁体单元还包括安装支架，安装支架内连接有磁体安装壳体，永磁体阵列设置于磁体安装壳体内，磁体安装壳体靠近金属制动板单元的一侧连接有用于封住永磁体阵列的盖板。若干安装支架对磁体安装壳体进行支撑，磁体安装壳体用于放置排列好的磁体，再用盖板封住磁体安装壳体的开口。
11.作为本实用新型的优选方案，所述永磁体阵列的若干磁体的磁极方向均为水平或均为竖直。
12.作为本实用新型的优选方案，所述金属制动板单元包括若干安装支板，若干安装支板上安装有金属制动板，永磁体阵列靠近金属制动板设置。若干安装支板对金属制动板进行支撑，永磁体阵列靠近金属制动板设置，二者之间产生永磁涡流。
13.作为本实用新型的优选方案，若干安装支板之间安装有用于对金属制动板进行降温的冷却管。涡流制动器工作时，座舱的动能最终是以热能型式耗散的，因此对于制动功率较大的游乐设施需启动永磁涡流制动器的冷却功能，通过冷却管对金属制动板进行冷却，避免制动板温升过高。
14.作为本实用新型的优选方案，所述金属制动板的数量为两块，两块金属制动板分别连接于若干安装支板的两侧。
15.作为本实用新型的优选方案，所述金属制动板包括相互拼接的高速制动板和低速制动板，高速制动板的磁导率高于低速制动板的磁导率。由于不同材料的制动板在相同速度域条件下的感生磁场强度不同，低速制动板能产生更大的制动力。本实用新型将制动板分为高低速两个区域，能够为座舱低速阶段提供更强的制动力，提高了涡流制动的制动功率，同时降低制动板的长度。
16.作为本实用新型的优选方案，所述高速制动板和低速制动板的拼接线相对于竖直线倾斜。高速制动板与低速制动板之间设置过渡段，可降低制动力突变带来振动。游乐设施减速工况时，座舱进入减速阶段时，车载磁体与高速制动板相互作用，产生远大于自身重量的制动力，座舱开始减速，制动力逐渐降低。速度大约在“临界速度”附近时，座舱进入低速制动板作用区域，座舱继续减速至设定速度的平衡状态，最终在制动器作用下停止。
17.本实用新型的有益效果为：
18.1.本实用新型的永磁体阵列中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按逆时针方向偏转，使磁场外部磁力线集中到永磁体阵列靠近金属制动板单元一侧。永磁体阵列中所有的磁块都能提供产生有效磁场所需的磁势，阵列产生的磁场足够强大，提高了磁体的利用率。以这种排列形式后，等质量的磁体可以大大提升工作间隙的磁场，有利于座舱的轻量化设计。
19.2.本实用新型的金属制动板包括相互拼接的高速制动板和低速制动板，根据不同材料的制动板在相同速度域条件下的感生磁场强度不同，低速制动板能产生更大的制动力，降低制动板的长度。并且，高速制动板和低速制动板的拼接线相对于竖直线倾斜，形成过渡段，可降低制动力突变带来振动。
附图说明
20.图1是本实用新型的结构示意图；
21.图2是永磁体阵列的陈列示意图；
22.图3是本实用新型的左视图；
23.图4是本实用新型的主视图；
24.图5是普通正负极交替排列的永磁体阵列的外部磁场示意图；
25.图6是本实用新型的永磁体阵列的外部磁场示意图。
26.图中：1-金属制动板单元；2-制动磁体单元；11-安装支板；12-金属制动板；13-冷却管；21-永磁体阵列；22-安装支架；23-磁体安装壳体；24-盖板； 121-高速制动板；122-低速制动板。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.如图1和图2所示，本实施例的新型永磁涡流制动器，包括金属制动板单元1和制动磁体单元2，制动磁体单元2包括永磁体阵列21，永磁体阵列21 靠近金属制动板单元1设置；从金属制动板单元1往永磁体阵列21的方向看，永磁体阵列21中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按顺时针方向偏转，偏转角度小于180
°
。
30.永磁涡流制动原理：当金属制动板12相对于座舱的永磁体阵列21的磁场运动时，金属制动板12切割磁力线产生感应电动势及涡流，涡流的感生磁场与永磁体源磁场的相互作用，产生与运动方向相反的制动力。
31.永磁体阵列21中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按顺时针方向偏转，用少的磁体产生最大的磁场。将该阵列用于游乐设备的永磁涡流制动器，可以有效渐少磁体质量，并提高制动功率，缩短制动距离。
32.由于相邻磁块的充磁角度并不平行，相邻的磁块磁力线会互相“挤压”，最终导致磁场外部磁力线集中到阵列一侧。阵列的磁块排列是规律且对称的，但是阵列的上下磁场并不对称，阵列一侧磁场几乎为零，另一侧的磁场得到加强。阵列中所有的磁块都能提供产生有效磁场所需的磁势，阵列产生的磁场足够强大，提高了磁体的利用率，因此可以替代传统正负磁极交替排列的阵列作为游乐设备永磁涡流制动器的车载磁体。可以将理想结构阵列的外部磁场分解为水平和竖直分量，并且两个磁场分量具有相同的性质，沿水平方向正弦变化，但是两个分量存在一定的相位差。
33.理想的永磁阵列场强加强一侧的磁场是按照近似正弦曲线规律变化的，若忽略端部效应的影响，总磁场呈指数衰减，磁场在x和y轴方向都是按照正弦分布，阵列下方任一点的(x，y)处的磁场分量为：
34.b
x
(x,y)＝b0cos(kx)e-ky
；
35.by(x,y)＝b0sin(kx)e-ky
；
36.式中，b0为阵列磁场加强一侧表面的磁场峰值。
37.其与剩磁强度br的关系如下：
[0038][0039]
式中，m为阵列模块数，d为永磁体厚度，k为周波数。
[0040][0041]
式中，λ为阵列波长，l为磁块波长方向的长度。
[0042]
根据仿真计算结果对比两种阵列的外部磁场分布特点，普通阵列的磁场计算结果如图5所示，本实用新型的永磁体阵列21的外部磁场计算结果如图6所示。普通磁体阵列的磁力线上下对称分布，本实用新型的永磁体阵列21的磁力线几乎都集束到了阵列下方，阵列上方磁力线极少，具有近似于“磁单极子”的特征。普通阵列下方的磁力线密度明显低于本实用新型的永磁体阵列21，并且普通阵列下方磁力线的分布范围也远小于本实用新型的永磁体阵列21。两阵列两端位置附近的磁力线分布不规律，有很大一部分分散到了阵列两侧。
[0043]
如图2所示，其中一种实施方式中，永磁体阵列21的任意磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极的偏转角度相同，且偏转角度为顺时针方向90
°
。即，将磁块磁极方向按照“上右下左上右下左
……”
排布组成的磁体阵列成为四模块永磁阵列结构，这种排布方式能够将磁块的磁力线集束到阵列单侧，有效提升阵列这一侧的磁场强度，而另一侧的磁场强度几乎为零。
[0044]
另一种实施方式中，永磁体阵列21的任意磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极的偏转角度相同，且偏转角度为顺时针方向45
°
。即，将磁块磁极方向按照“北、东北、东、东南、南、西南、西、西北
……”
排布组成的磁体阵列成为八模块永磁阵列结构，这种排布方式将磁块的磁力线集束到阵列单侧的能力进一步加强，有效提升阵列这一侧的磁场强度。
[0045]
本实用新型的永磁体阵列21中右侧的磁体磁极相对于相邻左侧的磁体磁极按逆时针方向偏转，相邻的磁体磁力线会互相“挤压”最终导致磁场外部磁力线集中到永磁体阵列21靠近金属制动板12单元1一侧，该侧的磁场得到加强。永磁体阵列21中所有的磁块都能提供产生有效磁场所需的磁势，阵列产生的磁场足够强大，提高了磁体的利用率。以这种排列形式后，等质量的磁体可以大大提升工作间隙的磁场，有利于座舱的轻量化设计。
[0046]
具体地，如图1和图3所示，所述制动磁体单元2还包括安装支架22，安装支架22内连接有磁体安装壳体23，永磁体阵列21设置于磁体安装壳体23内，磁体安装壳体23靠近金属制动板12单元1的一侧连接有用于封住永磁体阵列 21的盖板24。若干安装支架22对磁体安装壳体23进行支撑，磁体安装壳体23 用于放置排列好的磁体，再用盖板24封住磁体安装壳体23的开口。
[0047]
其中，所述永磁体阵列21的数量为两组，两组永磁体阵列21分设于金属制动板12单元1的两侧。金属制动板12单元1的两侧均设置永磁体阵列21，从而保证座舱运行的稳定性。
[0048]
所述永磁体阵列21的若干磁体的磁极方向均为水平或均为竖直。
[0049]
具体地，如图1和图3所示，所述金属制动板12单元1包括若干安装支板 11，若干安装支板11上安装有金属制动板12，永磁体阵列21靠近金属制动板 12设置。若干安装支板11对金属制动板12进行支撑，永磁体阵列21靠近金属制动板12设置，二者之间产生永磁涡流。所述金属制动板12的数量为两块，两块金属制动板12分别连接于若干安装支板11的两侧。
[0050]
为了对金属制动板12进行冷却，若干安装支板11之间安装有用于对金属制动板12进行降温的冷却管13。涡流制动器工作时，座舱的动能最终是以热能型式耗散的，因此对于制动功率较大的游乐设施需启动永磁涡流制动器的冷却功能，通过冷却管13对金属制动板12进行冷却，避免制动板温升过高。
[0051]
如图4所示，为了缩短制动板的长度，所述金属制动板12包括相互拼接的高速制动板121和低速制动板122，高速制动板121的磁导率高于低速制动板 122的磁导率。由于不同材料的制动板在相同速度域条件下的感生磁场强度不同，低速制动板122能产生更大的制动力。本实用新型将制动板分为高低速两个区域，能够为座舱低速阶段提供更强的制动力，提高了涡流制动的制动功率，同时降低制动板的长度。
[0052]
在本实施例中，低速制动板122可采用非铁磁性金属，以提供更大的制动力。具体地，高速制动板121采用钢板，低速制动板122采用铝板或成本更低的铜板。
[0053]
更进一步，所述高速制动板121和低速制动板122的拼接线相对于竖直线倾斜。高速制动板121与低速制动板122之间设置过渡段，可降低制动力突变带来振动。
[0054]
根据游乐设施的技术参数，选定制动器工作间隙，计算匹配适宜的永磁体，经过计算得到两种制动板材料对应的“临界速度”，设定减速阶段的尾速，选定高速和低速制动板122的过渡段，为尽可能降低制动力突变带来振动，采用高度制动板和低速制动板122拼接线倾斜的过渡段。
[0055]
游乐设施减速工况时，座舱进入减速阶段时，车载磁体与高速制动板121 相互作用，产生远大于自身重量的制动力，座舱开始减速，制动力逐渐降低。速度大约在“临界速度”附近时，座舱进入低速制动板122作用区域，座舱继续减速至设定速度的平衡状态，最终在制动器作用下停止。
[0056]
本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。