專利名稱：線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于阻尼器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的對(duì)物體的控制有兩種狀態(tài)，一種是完全的制動(dòng)，使其處于被抱死的狀態(tài)；另 一種是自由狀態(tài)，即對(duì)其沒有任何的附加作用力。但實(shí)際的應(yīng)用中，需要的不單單是這兩種 狀態(tài)，例如，我們希望汽車在低速區(qū)域轉(zhuǎn)向輕便、靈活；在中高速區(qū)轉(zhuǎn)向有稍大阻尼力矩來 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向手感，并且有足夠好的穩(wěn)定性，使得駕駛員有良好的路感，保證安全。而且在許 多設(shè)備中，需要技術(shù)人員在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)，有一定的“手感”。比如在搬動(dòng)設(shè)備的扳手時(shí)要 有一定的阻力矩，以免操作人員在搬動(dòng)時(shí)，尤其是在要求精度很高的控制中，由于誤操作而 使得搬動(dòng)過量。同時(shí)，隨著生產(chǎn)實(shí)際中環(huán)境的不斷改變，以及工業(yè)中設(shè)備的更新，使得對(duì)附屬的制 動(dòng)裝置要求越來越高?，F(xiàn)有的定位制動(dòng)裝置，大多數(shù)都是消耗原材料，如盤式制動(dòng)器，鼓式 制動(dòng)器，或是消耗電能，如電磁制動(dòng)器，或者應(yīng)用機(jī)械原理通過彈簧的壓緊和釋放來實(shí)現(xiàn)對(duì) 物體的定位制動(dòng)。比如在起重機(jī)中，它的水平橫向或縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及垂直提升機(jī)構(gòu)中，對(duì) 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全性要求是很高的，不僅要求在短的時(shí)間內(nèi)定位，還希望停止后能對(duì)負(fù)載位 置能保持不變。專利US6095295描述了一種用電流來控制磁流變液的旋轉(zhuǎn)阻尼器，通過調(diào)整繞組 所加電流的大小可以改變磁流變液的程度，來改變對(duì)轉(zhuǎn)軸的阻尼。專利ZL200420112224. 3描述了一種帶金屬橡膠外環(huán)的自適應(yīng)擠壓油膜阻尼器， 有效的解決了軸徑偏心率增大，油膜力增大時(shí)，油膜剛度隨軸徑偏心率的增大而呈高度非 線性增長的問題。專利200910011447. 8描述了一種混合型形狀記憶合金多維隔振器，綜合利用了 奧氏體形狀記憶合金的超彈性自復(fù)位能力和馬氏體形狀記憶合金的高阻尼特性，能夠應(yīng)用 于土木工程領(lǐng)域的被動(dòng)控制。其中擠壓油膜阻尼器機(jī)構(gòu)簡單，重量輕；但油膜阻尼理論尚不完善，需要制造精 密的閥門和保證良好的密封，同時(shí)擠壓油膜阻尼器會(huì)由于貧油或斷油而無法形成擠壓油 膜，導(dǎo)致阻尼失效，另外擠壓油膜阻尼器需要供油系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電流變液和磁 流變液阻尼器在亞臨界區(qū)和臨界轉(zhuǎn)速處控振的效果很好；但機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，不穩(wěn)定，成本 高。形狀記憶合金可簡化控制機(jī)構(gòu)；但穩(wěn)定性差。與此同時(shí)，永磁材料是一種新興的能源材料，它的三大特殊性能高剩磁、高矯頑 力和最大磁能積使得它在機(jī)電類，醫(yī)療核磁共振，航空航天等等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的設(shè)計(jì)一種線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)，目的是解決 現(xiàn)有的阻尼器易于老化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易安裝，維護(hù)困難，不能自復(fù)位的問題。本實(shí)用新型適合用于運(yùn)動(dòng)設(shè)備，如設(shè)備的操縱桿，方向盤；也可鎖定支柱，或作為位置保持裝置。具有磁場 空間利用率高，體積小，重量輕，安裝方便的特點(diǎn)。其阻尼力矩與角度之間的線性特性是本 實(shí)用新型的一個(gè)重點(diǎn)。線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)，包括包括定子，轉(zhuǎn)子，前端蓋，后端蓋；定 子包括機(jī)殼，定子永久磁鐵；定子永久磁鐵貼于機(jī)殼的內(nèi)表面；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子磁鐵， 軸承；轉(zhuǎn)子磁鐵貼于轉(zhuǎn)軸的外表面，軸承位于轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)；轉(zhuǎn)子位于定子內(nèi)部，通過套在轉(zhuǎn) 軸兩側(cè)的前后端蓋固定于機(jī)殼上，用于固定支撐；其特征在于定子和轉(zhuǎn)子上同時(shí)分布N = 2M塊永久磁鐵，M為大于等于2的整數(shù)； 定子永久磁鐵的兩個(gè)側(cè)面都為圓弧面，大圓弧面為安裝面；轉(zhuǎn)子永久磁鐵的一個(gè)側(cè)面為圓 弧面，另一個(gè)側(cè)面為平面，平面為安裝面；N塊定子轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中空的圓柱 柱；N塊轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中心為中空的N棱柱；N塊定子永久磁鐵的形狀大小相 同，N塊轉(zhuǎn)子永久磁鐵的形狀大小也相同；定子永久磁鐵和轉(zhuǎn)子永久磁鐵采用沿半徑方向的充磁或者沿橫截面中心與弧面 圓心連線的平行充磁，磁場強(qiáng)度大小相等；安裝時(shí)定子上相鄰的兩塊永久磁鐵的充磁方向 相差90度，轉(zhuǎn)子上兩塊相鄰的永久磁鐵的充磁方向相差90度；相對(duì)著的定子和轉(zhuǎn)子上的兩 永久磁鐵充磁方向相同；傾角檢測(cè)裝置是角度檢測(cè)電路或者采用傳感器，將角度檢測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)軸上， 隨轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，來檢測(cè)角度的檢測(cè)。傾角檢測(cè)可以是角度檢測(cè)電路，亦可采用其他傳感器，包括導(dǎo)電塑料傳感器，線性 電位器，可變電感或可變電容傳感器，光學(xué)編碼器。根據(jù)實(shí)施方案一，其特征在于將角度檢 測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)軸上，使其隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在實(shí)施方案二中，其特征在于采用導(dǎo)電塑料傳 感器，將轉(zhuǎn)軸的一側(cè)出軸端加工為一個(gè)凹槽，來接收導(dǎo)電塑料傳感器的轉(zhuǎn)軸端，節(jié)約了安裝 空間。在實(shí)施方案三中，其特征在于采用了聯(lián)軸器來連接導(dǎo)電塑料傳感器，可以省去轉(zhuǎn)軸的 加工難度。根據(jù)實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供了一種限制轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)的角度的限位構(gòu)件和可 用于連接其他設(shè)備的連接構(gòu)件卡塊。其特征在于限位構(gòu)件的定位銷，為固定于前端蓋上的 緊定螺釘，和機(jī)殼相對(duì)靜止；卡塊為一外部形狀為梨形的金屬塊，一側(cè)有一弧形限位槽，限 位槽是深度為20-50mm的弧形凹槽，同定位銷配合使用，達(dá)到限位的目的。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)了阻尼力矩與偏轉(zhuǎn)角度之間的線性關(guān)系，角 度檢測(cè)方便實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)具有體積小，重量輕，加工成本低的特點(diǎn)。

圖1線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案一圖2定子側(cè)視圖圖3A轉(zhuǎn)子主視圖圖;3B轉(zhuǎn)子磁鐵拼接剖面圖圖3C轉(zhuǎn)軸鍵槽剖面圖圖4卡塊側(cè)視圖圖5前端蓋主視圖[0024]圖6線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案二圖7線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案三圖中1.定子101.機(jī)殼102.定子永久磁鐵2.轉(zhuǎn)子201.轉(zhuǎn)軸202.轉(zhuǎn)子永久磁鐵203.軸承204.卡位槽205.鍵槽3.前端蓋4.后端蓋5.卡塊501.限位槽6.角度檢測(cè)電路7.防塵罩8.鍵9.定位銷10.導(dǎo)電塑料傳感器11.聯(lián)軸器12.氣隙
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方案來對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。一種線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案一如圖1所示，包括線性 磁力阻尼定位器，傾角檢測(cè)，連接構(gòu)件和限位構(gòu)件。該線性磁力阻尼定位器包含定子1，轉(zhuǎn)子 2，前端蓋3，后端蓋4。定子1包括一個(gè)導(dǎo)磁的管狀的機(jī)殼101，它相對(duì)轉(zhuǎn)軸201固定不動(dòng)。 定子永久磁鐵102貼于機(jī)殼的內(nèi)表面，四塊定子永久磁鐵102拼合后可以形成一個(gè)圓柱形 內(nèi)腔。定轉(zhuǎn)子的永久磁鐵充磁方向?yàn)檠匕霃椒较颍蛘哐貦M截面中心與弧面中心連線的方 向，如圖2，圖;3B所示。轉(zhuǎn)子2包括導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)軸201，轉(zhuǎn)子永久磁鐵202。四塊轉(zhuǎn)子永久磁鐵202拼接可形 成中空的四棱柱，如圖3B轉(zhuǎn)子磁鐵拼接剖視圖所示。轉(zhuǎn)子永久磁鐵202粘結(jié)于轉(zhuǎn)軸201表 面，如圖3A轉(zhuǎn)子主視圖所示。轉(zhuǎn)子2安置于定子1的圓柱空腔內(nèi)。例子包括但不局限于四 塊永久磁鐵，磁鐵的數(shù)量可以為N = 2M塊永久磁鐵，M為大于等于2的整數(shù)。此外，位于轉(zhuǎn)軸201 —側(cè)的鍵槽205它的中心線與轉(zhuǎn)軸四個(gè)平面中任意兩個(gè)相鄰 平面的相交線重合。其一種位置關(guān)系如圖3B，圖3C所示。分別套在轉(zhuǎn)軸201兩側(cè)，固定于機(jī)殼101兩側(cè)的前端蓋3，后端蓋4是保證氣隙大 小，以及同軸度的關(guān)鍵。前后端蓋分別各有的兩個(gè)沉孔，可將整個(gè)系統(tǒng)固定于平臺(tái)之上。連接構(gòu)件如圖1所示，鍵8緊配合于轉(zhuǎn)軸201的鍵槽205內(nèi)，用于與卡塊5的連接。 卡塊5如圖4所示，使用硬鋁材質(zhì)，例子包括但不局限于硬鋁，其外形可以方便的與其他設(shè) 備相連。卡塊5緊配合套在轉(zhuǎn)軸201和鍵8的外部。限位構(gòu)件定位銷9固定在前端蓋3上，前端蓋主視圖如圖5所示，長出端蓋的部分 通過與卡塊5上的限位槽501配合使用，來限制轉(zhuǎn)軸201的可旋轉(zhuǎn)角度。角度檢測(cè)在本實(shí)施方案中為一檢測(cè)電路，將角度檢測(cè)電路6固定在轉(zhuǎn)軸201的一 端上，安裝時(shí)要保證電路板上的螺孔與轉(zhuǎn)軸上的孔一一對(duì)應(yīng)。電路板需外部提供電源，可引線可直接與外部供電以及信號(hào)處理電路相連，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。防塵罩7用于防護(hù)電路板受潮，將其固定于角度檢測(cè)電路的外側(cè)。一種線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案二如圖6所示，采用導(dǎo)電 塑料傳感器10直接與轉(zhuǎn)軸201相連作為角度檢測(cè)，可以節(jié)約安裝空間，減少零件個(gè)數(shù)。導(dǎo) 電塑料電位器的功能是把一個(gè)機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，并且該信號(hào)能夠與機(jī)械運(yùn)動(dòng)成正 比。一種線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案三如圖7所示，直接使用 聯(lián)軸器11來與導(dǎo)電塑料傳感器10連接，簡化了軸的加工難度。本實(shí)用新型經(jīng)過Ansoft公司提供的商業(yè)電磁軟件Maxwell 2D，以及電磁解析法 進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)，結(jié)果證明，該特殊的永久磁鐵形狀以及其分布結(jié)構(gòu)可以輸出和角度偏轉(zhuǎn)呈 線性關(guān)系的阻尼力矩。
權(quán)利要求1.線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)，包括包括定子，轉(zhuǎn)子，前端蓋，后端蓋；定 子包括機(jī)殼，定子永久磁鐵；定子永久磁鐵貼于機(jī)殼的內(nèi)表面；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子磁鐵， 軸承；轉(zhuǎn)子磁鐵貼于轉(zhuǎn)軸的外表面，軸承位于轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)；轉(zhuǎn)子位于定子內(nèi)部，通過套在轉(zhuǎn) 軸兩側(cè)的前后端蓋固定于機(jī)殼上，用于固定支撐；其特征在于定子和轉(zhuǎn)子上同時(shí)分布N = 2M塊永久磁鐵，M為大于等于2的整數(shù)；定子 永久磁鐵的兩個(gè)側(cè)面都為圓弧面，大圓弧面為安裝面；轉(zhuǎn)子永久磁鐵的一個(gè)側(cè)面為圓弧面， 另一個(gè)側(cè)面為平面，平面為安裝面；N塊定子轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中空的圓柱柱；N塊 轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中心為中空的N棱柱；N塊定子永久磁鐵的形狀大小相同，N塊轉(zhuǎn) 子永久磁鐵的形狀大小也相同；定子永久磁鐵和轉(zhuǎn)子永久磁鐵采用沿半徑方向的充磁或者沿橫截面中心與弧面圓心 連線的平行充磁，磁場強(qiáng)度大小相等；安裝時(shí)定子上相鄰的兩塊永久磁鐵的充磁方向相差 90度，轉(zhuǎn)子上兩塊相鄰的永久磁鐵的充磁方向相差90度；相對(duì)著的定子和轉(zhuǎn)子上的兩永久 磁鐵充磁方向相同；傾角檢測(cè)裝置是角度檢測(cè)電路或者采用傳感器，將角度檢測(cè)電路固定在轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn) 軸同步旋轉(zhuǎn)，來檢測(cè)角度的檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于傳感 器為導(dǎo)電塑料傳感器，線性電位器，可變電感或可變電容傳感器或光學(xué)編碼器。
專利摘要本實(shí)用新型的目的設(shè)計(jì)一種線性磁力阻尼定位器及其傾角檢測(cè)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的阻尼器易于老化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易安裝，維護(hù)困難，不能自復(fù)位的問題。本系統(tǒng)的定子和轉(zhuǎn)子上同時(shí)分布N＝2M塊永久磁鐵，M為大于等于2的整數(shù)；定子永久磁鐵的兩個(gè)側(cè)面都為圓弧面，大圓弧面為安裝面；轉(zhuǎn)子永久磁鐵的一個(gè)側(cè)面為圓弧面，另一個(gè)側(cè)面為平面，平面為安裝面；N塊定子轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中空的圓柱柱；N塊轉(zhuǎn)子永久磁鐵拼合后，形成中心為中空的N棱柱；N塊定子永久磁鐵的形狀大小相同，N塊轉(zhuǎn)子永久磁鐵的形狀大小也相同。本實(shí)用新型適合用于運(yùn)動(dòng)設(shè)備，如設(shè)備的操縱桿，方向盤；也可鎖定支柱，或作為位置保持裝置。
文檔編號(hào)G01B7/30GK201843934SQ201020580089
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者張一鳴, 池佳寧, 陳東升 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)