涡流制动机构以及自动保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种涡流制动机构以及自动保护装置，该涡流制动机构包括：转子，所述转子能够绕转子轴线转动；至少一个导电构件，所述至少一个导电构件联接至所述转子用于随所述转子转动；至少一个磁体，所述至少一个磁体构造为施加至少部分地正交于所述至少一个导电构件的转动平面延伸的磁场，其中，所述至少一个导电构件在所述转子绕所述转子轴线转动时相对于所述转子轴线径向运动，并且在所述转子转动时，所述至少一个导电构件由于所述转子的转动引起的离心力而运动至所述磁场中或运动出所述磁场。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2010年1月29日，申请号为201080020158.5(国际申请号为PCT/NZ2010/000011)，专利技术名称为“制动机构的改进及与制动机构相关的改进”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及制动机构的改进以及与制动机构相关的改进，更具体地涉及一种改进的涡流制动机构。
技术介绍
涡流制动系统用在一系列应用中以提供非接触制动，并且由于制动表面之间不存在摩擦接触而提供优于传统摩擦制动器的显著优点。涡流制动器基于以下原理工作：当导体运动穿过磁场(或反之)时，相对运动在导体内感应出循环的电流“漩涡”。电流漩涡又感应出抵抗外加电磁场的作用的磁场。因此，涡流制动器利用该相抗的磁场作为导体在磁场中运动的制动器，反之亦然。涡流磁场的强度、进而抵抗力取决于多个因素，包括：——外加磁场的强度；——穿过导体的磁通量；——导体和磁场的几何尺度，例如尺寸、物理分隔；——导体的电导率；和——导体和磁场之间的相对速度。因此，通过变化上述参数中的任意一个或多个来获得可变制动力。为了有助于清晰而避免冗长，在此参考要求用于转动构件的制动力矩的应用，更具体地关于本专利技术对其具有特别应用的自动保护系统。然而，本文对自动保护系统的参考不应看作限制，而是可以由本领域普通技术人员理解，存在涡流制动系统的不计其数的应用。转子相对于磁场的转动速度(角速度)将在本文被称为“转动速度”，或方便地缩略为“速度”。转动板式涡流制动系统通常使用顺磁性传导性盘，该顺磁性传导性盘构造为在正交于由位于盘的一侧或两侧的磁体施加的磁场的平面内转动。当盘相对于磁场转动时，产生涡流及相应的磁场。由此，向转动的盘施加制动力矩。导体与磁体之间的更高的相对速度将产生更高的制动力矩，由此可能限制转动速度。在达到阈值“特性速度”之前，制动力矩仅与速度线性地成比例。在此特性速度之上，制动力矩对速度的响应变为非线性的，并且达到最大值，之后开始随着进一步的速度增加而减小。此特性在图1中图示。图1示出了典型盘式涡流制动系统的制动力矩与转动速度的近似曲线图。特性速度取决于盘的电阻，而盘的电阻则取决于盘的温度、材料、导磁率和结构。在特性速度之下操作的典型涡流盘系统的制动力矩近似由如下关系确定：T∝AdB2R2ω其中，制动力矩T成比例于：A：与磁场相交的导体的表面积；B2：外加磁场强度的平方；d：盘的厚度；R2：从转动轴线至磁场中导体的半径(距离)的平方；ω：转动速度。因此，制动力矩的非线性响应可以通过变化磁场强度B和/或至转动中心R的距离实现。磁场可以由永磁体和/或电磁体供应。磁场强度取决于磁场密度和磁回路的构造，即所使用的材料和系统中部件的空间位置。对于永磁体系统，磁回路的变化(例如A、d或R的变化)是改换制动力矩最有效的方式。因此，典型的涡流制动系统将磁体朝向盘的周缘设置从而使R最大。普通的磁回路构造利用安置在盘的一侧或两侧上的永磁体，其中每个磁体后面具有钢背衬。设置钢板以增强磁场强度，同时为磁体提供结构性支承。自动保护装置用在攀登、滑降之类中以控制攀登者的下降速率。自动保护装置还在攀登者上升时自动地缩回绳缆以保持绳缆张紧，从而避免绳缆中出现松弛。现有的自动保护系统通常使用摩擦制动或液压阻尼机构来控制下降速率。与涡流制动器相比较，摩擦制动器很明显具有缺点，因为摩擦接触涉及产生大量的热、磨损和相应的安全问题。液压阻尼机构昂贵且易出现泄漏、压力和校准问题。理想的自动保护系统将以最小的摩擦和相应的磨损提供恒定或可控的下降速率，同时还在小的紧凑型装置中提供充足的制动力。现有技术中存在各种涡流制动系统。然而，没有一种现有技术的系统看起来适于自动保护中的应用或在施加的力矩可能变化的情况下要求恒定的转动速度的其他应用。典型的现有技术板式制动系统使用各种磁回路构造，并且具有伴随的优缺点。下面描述典型现有技术的示例。Sugimoto的专利US 4,567,963中描述了一种现有技术板式涡流制动装置，该现有技术板式涡流制动装置包括传导性盘，该传导性盘通过超速传动齿轮装置联接至转子，以使该盘以比转子成比例更大的转动速度转动。转子包括线轴，从该线轴分配绳缆。一系列永磁体被附连至平行于盘的转动平面延伸、并且相对于转动轴线间隔开的铁板。这些磁体在转动过程中在盘内产生涡流，并且按理产生相应的磁场和制动作用。该Sugimoto系统还包括散热片以辅助由盘中的涡流产生的热量的消散。随着转动速度(ω)增大，转子的转动由不断增大的力缓速。超速传动装置提供与盘直接联接至转子相比增加的缓速力，因此，在Sugimoto装置中，上述力矩关系将类似于T∝AdB2R2kω，其中，k是超速传动齿轮比。尽管Sugimoto装置可能比简单的板式系统更有效，但是其不能调整以变化所施加的制动力，并且依赖于超速传动机构即通过增加盘与磁场之间的相对速度来改进制动力。超速传动机构增加了成本、复杂性、尺寸、磨损、增大的生热和失效的可能性。此外，转子的转动速度仍将随着外加力矩而变化。Sugimoto装置已经借助于变化转动速度提供了相对于较小装置更大的制动作用。然而，齿轮机构约束尺寸的限值进而约束了可能的小型化程度。因此，Sugimoto装置对于自动保护是不可取的，自动保护需要在频繁和/或长时间使用过程中能够安全可靠操作的紧凑型装置。在Berges等的专利US 5,342,000中描述了与Sugimoto装置类似的装置。Berges等描述了一种具有离心离合器的板式涡流制动系统，该离心离合器在转子达到足够的转动速度时接合涡流制动系统。应当注意，Sugimoto或Berges等的装置均不能在不拆卸和不改变超速传动齿轮比或磁场强度的情况下进行调整以控制制动作用。因此，这些装置证明在需要适应不同外加力矩的应用中是不方便的。已经进行了种种尝试以提供可变制动系统，示例性装置在Muramatsu的专利US 4,612,469、Imanishi等的专利EP 1,480,320、Reiser的专利US 3,721,394和Gersemsky等的专利US 6,460,828中描述。Muramatsu装置具有能够相对于磁体阵列手动调整位置的转动盘，从而提供在其中改变由该盘相交的磁场面积(A)的装置。Muramatsu装置可以是可调整的以改变制动作用和能够获得的最大制动力矩，但仍受到盘的尺寸和磁体的强度的约束，由此证明在较小尺寸有利情况下例如对于自动保护装置的情况下是不方便的。此外，Muramatsu装置必须手动变化。Imanishi等描述的装置基于与Muramatsu描述的相类似的原理工作。然而，Imanishi等的系统不是改变与磁场相交的盘面积，而是使用附连至线性驱动器的磁体阵列，从而使阵列沿轴向远离盘或朝向盘运动，以分别减小或增加分隔和与盘相交的磁通量。与Muramatsu装置一样，Imanishi等的制动作用不能自动地调整以适应不同的外加力矩。Reiser等的专利US 3,721,394中描述了Imanishi等的装置的自动化变体，并将绳缆线轴联接至传导性盘，传导性盘设置在磁体阵列上方，两者之间具有弹簧。绳缆从线轴解开时，弹簧上的重量减小，弹簧延伸，增加了盘与磁体之间的间隔，由此在绳缆解开时减小了制动作用。弹簧被校准从而在绳缆解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡流制动机构，包括：转子，所述转子能够绕转子轴线转动；至少一个导电构件，所述至少一个导电构件联接至所述转子用于随所述转子转动；以及至少一个磁体，所述至少一个磁体构造为施加磁场，所述磁场至少部分地正交于所述至少一个导电构件的转动平面延伸；其中，所述至少一个导电构件在所述转子绕所述转子轴线转动时相对于所述转子轴线径向运动，并且在所述转子转动时，所述至少一个导电构件由于所述转子的转动引起的离心力而运动至所述磁场中或运动出所述磁场。

【技术特征摘要】
2009.03.10 NZ 5754641.一种涡流制动机构，包括：转子，所述转子能够绕转子轴线转动；至少一个导电构件，所述至少一个导电构件联接至所述转子用于随所述转子转动；以及至少一个磁体，所述至少一个磁体构造为施加磁场，所述磁场至少部分地正交于所述至少一个导电构件的转动平面延伸；其中，所述至少一个导电构件在所述转子绕所述转子轴线转动时相对于所述转子轴线径向运动，并且在所述转子转动时，所述至少一个导电构件由于所述转子的转动引起的离心力而运动至所述磁场中或运动出所述磁场。2.根据权利要求1所述的涡流制动机构，其中，所述至少一个磁体构造为在所述转子转动时以与所述转子的角速度不同的角速度转动。3.根据权利要求1所述的涡流制动机构，其中，所述至少一个导电构件构造为响应于所述转子的转动沿着径向轨道相对于所述转子运动。4.根据权利要求1所述的涡流制动机构，其中，所述至少一个导电构件枢转地附连至所述转子，并且构造为绕枢转轴线枢转，以便在所述转子转动时至少部分地径向运动至所述磁场中。5.根据权利要求1所述的涡流制动机构，其中，所述至少一个导电构件能够沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·詹姆斯·阿林顿，安德鲁·卡尔·迪尔，布鲁斯·约翰·罗伯特森，
申请(专利权)人：涡流有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ