[发明专利]发电机-制动集成型旋转机器

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机-制动集成型旋转机器，尤其是涉及一种能够利用外部旋转动能产生的电力获得制动力的发电机-制动集成型旋转机器。

背景技术

通常，要求制动力的设备中需要考虑下面的因素。首先，该制动力必须没有波动。第二，在相同设定值下应获得相同的制动力。第三，设备必须具有惯性力。第四，制动应在无声方式下执行。

同时，通过两个相对运动的物体之间的机械摩擦获得制动力的设备具有下面所述的问题。也就是，摩擦热产生，摩擦表面不均匀地磨损，以及制动力由于物理性质的改变而改变。

为处理这些问题，近来，对于采用涡流产生制动力的设备的研究已经展开。在采用涡流的情况下，涉及波动、磨损、噪音等的问题可以得到解决。然而，由于涡流产生的制动力相对于电流、速度、温度、物理性质等是非线性的，控制制动力是困难的。

为此，采用涡流产生制动力的设备目前只在简单应用中采用。

例如，公开在美国专利6,084,325的带有发电和涡流磁阻的组合的制动设备具有可以旋转的圆盘，布置在该圆盘外面的制动轭和布置在该圆盘里面的发电机，从而制动力可以通过自生方式提供而无需采用外部电源。

然而，公开在美国专利6,084,325的带有发电和涡流磁阻的组合的制动设备中，用于产生涡流的螺线管布置在圆盘外面，而发电机布置在圆盘里面。在这种情况下，尽管制动力可以最大化，气隙可能由于加工误差和组装误差而发生改变。另外，由于磁铁附着于圆盘的热产生部，磁铁的特性易于随着时间的流逝而恶化退化。因此，导致的缺点是磁铁的尺寸增加，以抑制受热导致的磁铁特性的改变。进一步地，由于在制动设备中没有进行惯性补偿，引起的另外一个缺点是圆盘的尺寸显著地增加。而且，由于只使用一个螺线管以获得充足力矩的事实，螺线管中产生的热的温度可能过分地增加，这就很难稳定地控制力矩，因为随着螺线管温度的上升电流会发生改变。此外，由于螺线管轭布置在一侧，力集中地施加于一侧上。因此，用于支撑轴的轴承的功能性可能下降，轴承的有效使用寿命可能缩短。

在另外一个例子中，自主产生制动的装置公开在美国专利6,581,731中，该装置具有螺线管轭，其中用于制动的螺线管和用于发电机的螺线管互相集成在芯上。由于该自主产生制动的装置是芯集成型，在其制造过程中可以减少误差。然而，制动和发电机的螺线管不是在圆周方向上以规则角度间隔布置的。由于这个原因，在发电中需要用许多磁铁，并且在发电过程中力矩波动增加了。而且，由于用于制动的螺线管布置在轭的里面，由涡流产生的制动力矩的大小显著下降。因此，为防止制动力矩下降，需要具有大量匝数的线圈。

在另一个例子中，发电组和调节驱动机构相组合的磁控加载设备公开在美国专利7,018,324中，金属导体中产生的涡流量随着金属导体和永久磁铁之间的距离的减小而增加，从而可以提高制动力。该设备采用压缩弹簧来将磁盘推向飞轮。

然而，由于压缩弹簧的弹性随着时间的流逝而改变，金属导体和永久磁铁之间的气隙在马达的单一旋转过程中可能变化，从而制动力可能改变。此外，由于气隙的长度和制动力的大小具有非线性关系，导致难以控制制动的缺点。

发明内容

相应地，本发明旨在解决产生在相关技术中的问题，本发明的目的是提供一种发电机-制动集成型旋转机器，其中发电机侧轭和制动侧轭是集成构建的，从而使该旋转机器的尺寸下降，并减小机械误差。

本发明的另一目的在于提供一种发电机-制动集成型旋转机器，其中转子和圆盘相互尽可能远地彼此分开，从而可以使基于涡流产生的热对布置在该转子上的磁铁的影响最小化。

本发明的还一目的在于提供一种发电机-制动集成型旋转机器，其中由径向磁场力产生的力矢量为零，从而，由线圈温度升高而引起的制动特性的改变可以得到抑制。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种发电机-制动集成型旋转机器，其包括惯性圆盘，该惯性圆盘结合到用于旋转的轴上；转子环，该转子环绕着该轴在该惯性圆盘里面旋转，并具有多个安装到其圆周的外表面的磁铁；和层压轭，该层压轭布置在该惯性圆盘和转子环之间，并具有多个在其圆周外表面上以规则角度间隔分布的制动线圈和多个在其圆周内表面上以规则角度间隔分布的发电机线圈，其中所述多个发电机线圈各自缠绕在多个从该层压轭的圆周内表面向内突出的第一线轴上，所述多个制动线圈各自缠绕在多个从该层压轭的圆周外表面向外突出的第二线轴上，并且其中该层压轭固定地结合到定子保持架上，且该定子保持架通过轴承结合到该轴上并固定地结合到外壳上。

根据本发明的另一个方面，至少两个制动线圈布置在层压轭的圆周外表面上。