制動機構(gòu)的改進及與制動機構(gòu)相關(guān)的改進的制作方法

專利名稱：制動機構(gòu)的改進及與制動機構(gòu)相關(guān)的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制動機構(gòu)的改進以及與制動機構(gòu)相關(guān)的改進，更具體地涉及一種改進的渦流制動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
渦流制動系統(tǒng)用在一系列應(yīng)用中以提供非接觸制動，并且由于制動表面之間不存在摩擦接觸而提供優(yōu)于傳統(tǒng)摩擦制動器的顯著優(yōu)點。渦流制動器基于以下原理工作當(dāng)導(dǎo)體運動穿過磁場(或反之)時，相對運動在導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)出循環(huán)的電流“漩渦”。電流漩渦又感應(yīng)出抵抗外加電磁場的作用的磁場。因此， 渦流制動器利用該相抗的磁場作為導(dǎo)體在磁場中運動的制動器，反之亦然。渦流磁場的強度、進而抵抗力取決于多個因素，包括——外加磁場的強度；——穿過導(dǎo)體的磁通量；——導(dǎo)體和磁場的幾何尺度，例如尺寸、物理分隔；——導(dǎo)體的電導(dǎo)率；和——導(dǎo)體和磁場之間的相對速度。因此，通過變化上述參數(shù)中的任意一個或多個來獲得可變制動力。為了有助于清晰而避免冗長，在此參考要求用于轉(zhuǎn)動構(gòu)件的制動力矩的應(yīng)用，更具體地關(guān)于本發(fā)明對其具有特別應(yīng)用的自動保護系統(tǒng)。然而，本文對自動保護系統(tǒng)的參考不應(yīng)看作限制，而是可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，存在渦流制動系統(tǒng)的不計其數(shù)的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子相對于磁場的轉(zhuǎn)動速度(角速度)將在本文被稱為“轉(zhuǎn)動速度”，或方便地縮略為“速度”。轉(zhuǎn)動板式渦流制動系統(tǒng)通常使用順磁性傳導(dǎo)性盤，該順磁性傳導(dǎo)性盤構(gòu)造為在正交于由位于盤的一側(cè)或兩側(cè)的磁體施加的磁場的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。當(dāng)盤相對于磁場轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生渦流及相應(yīng)的磁場。由此，向轉(zhuǎn)動的盤施加制動力矩。導(dǎo)體與磁體之間的更高的相對速度將產(chǎn)生更高的制動力矩，由此可能限制轉(zhuǎn)動速度。在達到閾值“特性速度”之前，制動力矩僅與速度線性地成比例。在此特性速度之上，制動力矩對速度的響應(yīng)變?yōu)榉蔷€性的，并且達到最大值，之后開始隨著進一步的速度增加而減小。此特性在圖1中圖示。圖1示出了典型盤式渦流制動系統(tǒng)的制動力矩與轉(zhuǎn)動速度的近似曲線圖。特性速度取決于盤的電阻，而盤的電阻則取決于盤的溫度、材料、導(dǎo)磁率和結(jié)構(gòu)。在特性速度之下操作的典型渦流盤系統(tǒng)的制動力矩近似由如下關(guān)系確定T AdB2R2 ω其中，制動力矩T成比例于A 與磁場相交的導(dǎo)體的表面積；
B2 外加磁場強度的平方；d:盤的厚度；R2 從轉(zhuǎn)動軸線至磁場中導(dǎo)體的半徑(距離)的平方；ω 轉(zhuǎn)動速度。因此，制動力矩的非線性響應(yīng)可以通過變化磁場強度B和/或至轉(zhuǎn)動中心R的距離實現(xiàn)。磁場可以由永磁體和/或電磁體供應(yīng)。磁場強度取決于磁場密度和磁回路的構(gòu)造，即所使用的材料和系統(tǒng)中部件的空間位置。對于永磁體系統(tǒng)，磁回路的變化(例如A、d或R的變化)是改換制動力矩最有效的方式。因此，典型的渦流制動系統(tǒng)將磁體朝向盤的周緣設(shè)置從而使R最大。普通的磁回路構(gòu)造利用安置在盤的一側(cè)或兩側(cè)上的永磁體，其中每個磁體后面具有鋼背襯。設(shè)置鋼板以增強磁場強度，同時為磁體提供結(jié)構(gòu)性支承。自動保護裝置用在攀登、滑降之類中以控制攀登者的下降速率。自動保護裝置還在攀登者上升時自動地縮回繩纜以保持繩纜張緊，從而避免繩纜中出現(xiàn)松弛?，F(xiàn)有的自動保護系統(tǒng)通常使用摩擦制動或液壓阻尼機構(gòu)來控制下降速率。與渦流制動器相比較，摩擦制動器很明顯具有缺點，因為摩擦接觸涉及產(chǎn)生大量的熱、磨損和相應(yīng)的安全問題。液壓阻尼機構(gòu)昂貴且易出現(xiàn)泄漏、壓力和校準(zhǔn)問題。理想的自動保護系統(tǒng)將以最小的摩擦和相應(yīng)的磨損提供恒定或可控的下降速率， 同時還在小的緊湊型裝置中提供充足的制動力?，F(xiàn)有技術(shù)中存在各種渦流制動系統(tǒng)。然而，沒有一種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)看起來適于自動保護中的應(yīng)用或在施加的力矩可能變化的情況下要求恒定的轉(zhuǎn)動速度的其他應(yīng)用。典型的現(xiàn)有技術(shù)板式制動系統(tǒng)使用各種磁回路構(gòu)造，并且具有伴隨的優(yōu)缺點。下面描述典型現(xiàn)有技術(shù)的示例。Sugimoto的專利US 4，567，963中描述了一種現(xiàn)有技術(shù)板式渦流制動裝置，該現(xiàn)有技術(shù)板式渦流制動裝置包括傳導(dǎo)性盤，該傳導(dǎo)性盤通過超速傳動齒輪裝置聯(lián)接至轉(zhuǎn)子， 以使該盤以比轉(zhuǎn)子成比例更大的轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子包括線軸，從該線軸分配繩纜。一系列永磁體被附連至平行于盤的轉(zhuǎn)動平面延伸、并且相對于轉(zhuǎn)動軸線間隔開的鐵板。這些磁體在轉(zhuǎn)動過程中在盤內(nèi)產(chǎn)生渦流，并且按理產(chǎn)生相應(yīng)的磁場和制動作用。該Sugimoto系統(tǒng)還包括散熱片以輔助由盤中的渦流產(chǎn)生的熱量的消散。隨著轉(zhuǎn)動速度(ω)增大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動由不斷增大的力緩速。超速傳動裝置提供與盤直接聯(lián)接至轉(zhuǎn)子相比增加的緩速力，因此， 在Sugimoto裝置中，上述力矩關(guān)系將類似于T - AdB2R2kco，其中，k是超速傳動齒輪比。盡管Sugimoto裝置可能比簡單的板式系統(tǒng)更有效，但是其不能調(diào)整以變化所施加的制動力，并且依賴于超速傳動機構(gòu)即通過增加盤與磁場之間的相對速度來改進制動力。超速傳動機構(gòu)增加了成本、復(fù)雜性、尺寸、磨損、增大的生熱和失效的可能性。此外，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度仍將隨著外加力矩而變化。Sugimoto裝置已經(jīng)借助于變化轉(zhuǎn)動速度提供了相對于較小裝置更大的制動作用。 然而，齒輪機構(gòu)約束尺寸的限值進而約束了可能的小型化程度。因此，Sugimoto裝置對于自動保護是不可取的，自動保護需要在頻繁和/或長時間使用過程中能夠安全可靠操作的緊湊型裝置。
在Berges等的專利US 5，342，000中描述了與Sugimoto裝置類似的裝置。Berges 等描述了一種具有離心離合器的板式渦流制動系統(tǒng)，該離心離合器在轉(zhuǎn)子達到足夠的轉(zhuǎn)動速度時接合渦流制動系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意，Sugimoto或Berges等的裝置均不能在不拆卸和不改變超速傳動齒輪比或磁場強度的情況下進行調(diào)整以控制制動作用。因此，這些裝置證明在需要適應(yīng)不同外加力矩的應(yīng)用中是不方便的。已經(jīng)進行了種種嘗試以提供可變制動系統(tǒng)，示例性裝置在Muramatsu的專利US 4，612，469、Imanishi 等的專利 EP 1，480，320、Reiser 的專利 US 3，721，394 和 Gersemsky 等的專利US 6，460，828中描述。Muramatsu裝置具有能夠相對于磁體陣列手動調(diào)整位置的轉(zhuǎn)動盤，從而提供在其中改變由該盤相交的磁場面積(A)的裝置。Muramatsu裝置可以是可調(diào)整的以改變制動作用和能夠獲得的最大制動力矩，但仍受到盤的尺寸和磁體的強度的約束，由此證明在較小尺寸有利情況下例如對于自動保護裝置的情況下是不方便的。此外，Muramatsu裝置必須手動變化。Imanishi等描述的裝置基于與Muramatsu描述的相類似的原理工作。然而， Imanishi等的系統(tǒng)不是改變與磁場相交的盤面積，而是使用附連至線性驅(qū)動器的磁體陣列，從而使陣列沿軸向遠離盤或朝向盤運動，以分別減小或增加分隔和與盤相交的磁通量。 與Muramatsu裝置一樣，Imanishi等的制動作用不能自動地調(diào)整以適應(yīng)不同的外加力矩。Reiser等的專利US 3，721，394中描述了 Imanishi等的裝置的自動化變體，并將繩纜線軸聯(lián)接至傳導(dǎo)性盤，傳導(dǎo)性盤設(shè)置在磁體陣列上方，兩者之間具有彈簧。繩纜從線軸解開時，彈簧上的重量減小，彈簧延伸，增加了盤與磁體之間的間隔，由此在繩纜解開時減小了制動作用。彈簧被校準(zhǔn)從而在繩纜解開時使線軸的轉(zhuǎn)動速度保持恒定。Reiser系統(tǒng)依賴于靜態(tài)支承裝置和線軸中的不同的重量改變，因此不適于自動保護裝置。此外，Reiser 裝置的制動作用僅隨轉(zhuǎn)動速度和磁場強度變化，而不隨外加力矩變化。Gersemsky等的專利US 6，460，828中描述了用于起重器械的制動器，該制動器使用改變磁體相對于轉(zhuǎn)動傳導(dǎo)性盤的位置的磁回路。磁體附連至樞轉(zhuǎn)臂的自由端，彈簧附連至該自由端并附連至與盤相鄰的靜止點。盤轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)的渦流提供對盤的制動作用以抑制轉(zhuǎn)動。反作用力通過制動作用施加于磁體以使該臂樞轉(zhuǎn)，從而使磁體徑向向外運動以增加制動力矩。彈簧將壓縮并抵抗此反作用力，由此提供對盤的制動作用。盤的反向轉(zhuǎn)動將產(chǎn)生相反的反作用力，該相反的反作用力將沿著相反方向迫壓磁體，隨后彈簧延伸并抵抗反作用力以施加制動作用。因此，Gersemsky等的系統(tǒng)提供足夠的制動作用，與盤的轉(zhuǎn)動方向無關(guān)。作為不斷增加的相對速度的結(jié)果，磁體的徑向運動也增加制動作用。盡管達到了其目的，但由于所施加的制動力矩僅取決于磁體的相對速度(與轉(zhuǎn)動速度和到轉(zhuǎn)動軸線的半徑成比例)，故而Gersemsky等的系統(tǒng)在適應(yīng)性上受限。此外，自動保護裝置通常需要僅沿一個方向的制動，因此，諸如Gersemsky等的系統(tǒng)的通用制動裝置可能是不適合的。因此，提供能夠在廣泛的外加載荷或力矩下限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度的渦流制動機構(gòu)將是有利的。本發(fā)明的目標(biāo)是解決上述問題，或者至少為公眾提供有用的選擇。
包括在本說明書中引用的任何專利或?qū)＠暾埖乃袇⒖嘉墨I均通過參引包含在本文中。沒認為任何參考文獻構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。參考文獻的討論陳述了其作者所主張的， 而申請人保留質(zhì)疑所引用的文獻的準(zhǔn)確性和相關(guān)性的權(quán)利?？梢院茱@然地理解，盡管在本文述及多個現(xiàn)有技術(shù)公開物；但這種參考不承認任何這些文獻構(gòu)成在本領(lǐng)域中、在新西蘭或在其他任何國家的公知常識。公認的，在不同的司法裁判權(quán)下，術(shù)語“包括”可以認為屬于排他性或包含性意義中的任意一個。出于本說明書的目的，除非另行指出，否則術(shù)語“包括”應(yīng)當(dāng)具有包含性意義——即理解為不僅包括其直接引用的所列出的部件，而且還包括其他非特定部件或元件。此基本原理還將在關(guān)于方法或過程中一個或多個步驟而使用術(shù)語“包括在”或“包括” 時使用。根據(jù)僅以示例方式給出的下文描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得很清楚。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種渦流制動機構(gòu)，包括——轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；——至少一個導(dǎo)電構(gòu)件，所述至少一個導(dǎo)電構(gòu)件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子用于隨所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；——至少一個磁體，所述至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場，并且其特征在于，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從所述轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至所述外加磁場中。一般而言，當(dāng)傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁場相交時，傳導(dǎo)性構(gòu)件穿過外加磁場的運動感應(yīng)出傳感性構(gòu)件中的渦流。為了有助于清晰而避免冗長，本文將參考聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的傳導(dǎo)性構(gòu)件。然而，可以理解，“反向”構(gòu)造也是可能的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此“反向”構(gòu)造可以具有聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的磁體，并且構(gòu)造為朝向傳導(dǎo)性構(gòu)件運動，使得傳導(dǎo)性構(gòu)件將與磁場相交。為了有助于清晰而避免冗長，本發(fā)明將在本文中關(guān)于本發(fā)明對其具有特別應(yīng)用的用于自動保護的制動機構(gòu)進行描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以在其他轉(zhuǎn)動制動或緩速應(yīng)用中使用，因此本文對自動保護的參引僅僅是示例性的，并且不應(yīng)看作是限制性的。還可以理解，本發(fā)明也可以通過將轉(zhuǎn)子例如借助于凸輪或鏈?zhǔn)津?qū)動機構(gòu)聯(lián)接至線性裝置而用于線性制動應(yīng)用中。本文提及的傳導(dǎo)性構(gòu)件的“徑向”運動應(yīng)當(dāng)理解為包括部件沿著朝向或遠離轉(zhuǎn)子和/或傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸線的方向的任何運動，并且應(yīng)解釋為包括線性和非線性的徑向運動。本文提及的“向外”徑向運動指沿著遠離轉(zhuǎn)動軸線的方向的運動，類似地，“向內(nèi)” 指朝向轉(zhuǎn)動軸線的方向。本文提及的傳導(dǎo)性構(gòu)件“聯(lián)接”至轉(zhuǎn)子應(yīng)當(dāng)理解為表示使傳導(dǎo)性構(gòu)件隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的任意直接或間接的連接。還應(yīng)當(dāng)理解，該連接不需要是機械式的。為了有助于清晰，由磁體施加的磁場在本文將稱作“外加”磁場，而由傳導(dǎo)性構(gòu)件中的渦流產(chǎn)生的磁場則稱作“反應(yīng)”磁場。在優(yōu)選實施方式中，傳導(dǎo)性構(gòu)件中感應(yīng)出的渦流產(chǎn)生抵抗外加磁場的反應(yīng)磁場。 因此，由相抗的“外加”磁場與“反應(yīng)”磁場產(chǎn)生的反作用力被傳遞至傳導(dǎo)性構(gòu)件以抵抗其運動。由于傳導(dǎo)性構(gòu)件聯(lián)接至轉(zhuǎn)子，故而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動也受到反作用力的抵抗。如本文所用，術(shù)語“制動器”或“制動”分別指用于施加抵抗物體運動的力的任何設(shè)備或過程。如本文所用，術(shù)語“轉(zhuǎn)子”指任何可轉(zhuǎn)動元件，可包括驅(qū)動軸、軸、齒輪、螺釘、盤、 車輪、嵌齒、其組合或任何其他可轉(zhuǎn)動構(gòu)件。如本文所用，術(shù)語“傳導(dǎo)性構(gòu)件”指任何導(dǎo)電、優(yōu)選非含鐵構(gòu)件。如本文所用，術(shù)語“磁體”指能夠產(chǎn)生磁場的任何磁體或裝置，并且可以包括電磁體、“永”磁體、“暫時”磁體、磁化鐵磁材料或者其任意組合。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至磁場中。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件繞轉(zhuǎn)子軸線隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。應(yīng)當(dāng)理解，傳導(dǎo)性構(gòu)件無需直接連接至轉(zhuǎn)子，也可能反而通過中間齒輪或其他聯(lián)接裝置連接。在這種實施方式中，附連至傳導(dǎo)性構(gòu)件的齒輪或聯(lián)接裝置可以認為是“轉(zhuǎn)子” 或轉(zhuǎn)子的一部分。還應(yīng)當(dāng)理解，在傳導(dǎo)性構(gòu)件間接聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的這種實施方式中，傳導(dǎo)性構(gòu)件可以繞平行于或不平行于轉(zhuǎn)子軸線的另一軸線轉(zhuǎn)動。在另一實施方式中，轉(zhuǎn)子可以通過超速、低速齒輪傳動裝置聯(lián)接至輸入軸之類，使轉(zhuǎn)子以不同于輸入軸的速度轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子聯(lián)接至線軸并且構(gòu)造為隨著線軸轉(zhuǎn)動。因此，可以借助于通過制動機構(gòu)控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度來控制繩纜從線軸分配或縮回的速率。優(yōu)選地，制動機構(gòu)包括多個導(dǎo)電構(gòu)件(此后簡稱作傳導(dǎo)性構(gòu)件)?？梢越柚谠黾舆\動穿過外加磁場的傳導(dǎo)性構(gòu)件的數(shù)量來增加制動作用。然而， 傳導(dǎo)性構(gòu)件的數(shù)量和尺寸將受到應(yīng)用的尺寸和重量約束的限制。因此，例如在自動保護應(yīng)用中，優(yōu)選地設(shè)置三個所述傳導(dǎo)性構(gòu)件。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件樞轉(zhuǎn)地附連至轉(zhuǎn)子，并構(gòu)造為繞樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，以在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時至少部分地徑向運動至外加磁場中。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件在偏心于轉(zhuǎn)子軸線的點處樞轉(zhuǎn)地附連至轉(zhuǎn)子。傳導(dǎo)性構(gòu)件優(yōu)選地具有偏心于樞軸和轉(zhuǎn)子軸線的質(zhì)量中心(或質(zhì)心)。因此，傳導(dǎo)性構(gòu)件將作為由轉(zhuǎn)子經(jīng)由樞轉(zhuǎn)連接部施加于傳導(dǎo)性構(gòu)件的力矩、以及施加于定中心于質(zhì)心上的傳導(dǎo)性構(gòu)件上的離心作用的結(jié)果而樞轉(zhuǎn)。離心作用的強度取決于轉(zhuǎn)子速度和外加力矩，因此傳導(dǎo)性構(gòu)件將以取決于轉(zhuǎn)子速度以及作為外加力矩的結(jié)果的速率徑向運動。在另一實施方式中，質(zhì)量中心(或質(zhì)心)可以位于樞轉(zhuǎn)軸線處。例如，傳導(dǎo)性構(gòu)件可以成形為關(guān)于樞轉(zhuǎn)軸線具有均勻質(zhì)量分布的抗衡布置。這種實施方式提供了徑向力直接繞樞轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)移，因而不向臂施加關(guān)于樞轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)矩。因此，此實施方式中的制動響應(yīng)獨立于施加在臂質(zhì)量上的徑向力。應(yīng)當(dāng)理解，傳導(dǎo)性構(gòu)件可以是適于該應(yīng)用的任意形狀。傳導(dǎo)性構(gòu)件的形狀確定由傳導(dǎo)性構(gòu)件在徑向運動至磁場中時相交的磁場的面積、產(chǎn)生的渦流和反應(yīng)磁場、進而相應(yīng)的制動力矩?？梢孕薷膫鲗?dǎo)性構(gòu)件的形狀以修改應(yīng)用所要求的制動力矩特性。優(yōu)選地，諸如彈簧或其他偏置構(gòu)件/機構(gòu)的偏置裝置的一端在遠離樞轉(zhuǎn)軸線的點處附連至傳導(dǎo)性構(gòu)件，而另一端在一個位置處附連至轉(zhuǎn)子以提供抵抗由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動的偏置力。因此，偏置裝置的校準(zhǔn)提供了用于控制傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動的速率進而傳導(dǎo)性構(gòu)件與外加磁場相交的面積的方法。在運動穿過外加磁場的過程中施加于傳導(dǎo)性構(gòu)件的制動力也可以通過偏置裝置和/或通過傳導(dǎo)性構(gòu)件到轉(zhuǎn)子的附連施加于轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，偏置裝置包括校準(zhǔn)機構(gòu)，該校準(zhǔn)機構(gòu)能夠選擇性地增加和/或減少所施加的偏置裝置的偏置力的水平。這種校準(zhǔn)機構(gòu)可以例如借助于張緊螺釘提供，該張緊螺釘能夠可逆地縮回/延伸彈簧，以此調(diào)整所施加的偏置裝置的偏置力。這種張緊螺釘可以證明在無需拆卸以調(diào)整或替換偏置裝置的情況下快速而容易地校準(zhǔn)制動機構(gòu)中是有用的。在自動保護應(yīng)用中，這種快速的校準(zhǔn)可以證明在有必要改變所要求的最大轉(zhuǎn)動速度的情況下是重要的?？梢岳斫?，偏置裝置可以構(gòu)造為使傳導(dǎo)性構(gòu)件根據(jù)各應(yīng)用的要求朝向或遠離外加磁場偏置。例如，在要求通過增加外加力矩來增加制動力矩(以防止加速)的應(yīng)用中，偏置裝置優(yōu)選地使傳導(dǎo)性構(gòu)件徑向偏置出外加磁場。在替代性實施方式中，(對于要求通過外加力矩減小制動力矩的應(yīng)用)偏置裝置可以附連至傳導(dǎo)性構(gòu)件并附連至轉(zhuǎn)子，以提供對傳導(dǎo)性構(gòu)件的偏置力，從而使傳導(dǎo)性構(gòu)件徑向運動至外加磁場中。傳導(dǎo)性構(gòu)件可以構(gòu)造為例如通過提供配重或?qū)①|(zhì)心設(shè)置在樞轉(zhuǎn)軸線的與偏置裝置附連裝置相對的一側(cè)而在轉(zhuǎn)動時徑向向內(nèi)運動?？梢岳缤ㄟ^將傳導(dǎo)性構(gòu)件設(shè)置在能夠繞中間點樞轉(zhuǎn)的桿的一端上、而桿的另一端具有構(gòu)造為當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時在離心作用下向外運動的配重來獲得這種實施方式?？梢詫鲗?dǎo)性構(gòu)件或替代性地可以將配重通過偏置裝置附連至轉(zhuǎn)子以便將傳導(dǎo)性構(gòu)件向外加磁場偏置。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，桿將抵抗施加于傳導(dǎo)性構(gòu)件的偏置力和制動力矩而使傳導(dǎo)性構(gòu)件樞轉(zhuǎn)遠離磁場。優(yōu)選地，偏置裝置沿著將要制動的轉(zhuǎn)動方向在與偏心樞轉(zhuǎn)軸線間隔開的位置處附連至轉(zhuǎn)子。在替代性實施方式中，偏置裝置可以設(shè)置為在一端附連至轉(zhuǎn)子而在另一端處附連至繞樞轉(zhuǎn)軸線的傳導(dǎo)性構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)彈簧或類似彈簧，扭轉(zhuǎn)彈簧構(gòu)造為抵抗傳導(dǎo)性構(gòu)件朝向或遠離(取決于應(yīng)用)磁場的樞轉(zhuǎn)。上述彈簧構(gòu)造優(yōu)選地分別通過傳導(dǎo)性構(gòu)件與外加磁場相交的最大和最小面積，將傳導(dǎo)性構(gòu)件的樞轉(zhuǎn)范圍約束在最大和最小彈簧延伸之間。樞轉(zhuǎn)范圍還優(yōu)選地約束到樞轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)，以保證制動力矩僅沿著一個轉(zhuǎn)動方向而不會在相反方向上施加。這種“單向”構(gòu)造在自動保護應(yīng)用中是有用的，在自動保護應(yīng)用中不期望當(dāng)上升時在繩纜上有制動作用，因為這將抵抗繩纜縮回機構(gòu)并且可能產(chǎn)生繩纜中的松弛。傳導(dǎo)性構(gòu)件向磁場運動的速率取決于施加在傳導(dǎo)性構(gòu)件上的外加力矩、“彈簧”偏置力和反作用離心力，即如果抵抗彈簧偏置力的外加力矩的分量和離心力(取決于轉(zhuǎn)動速度和傳導(dǎo)性構(gòu)件質(zhì)量)大于彈簧偏置力，則傳導(dǎo)性構(gòu)件將朝向磁場運動。彈簧延伸時，彈簧 “偏置力”或回復(fù)力Fs近似根據(jù)Fs = kx而增加，其中k是彈簧常數(shù)，而χ是從平衡位置的
10延伸。一旦傳導(dǎo)性構(gòu)件在磁場中，則渦流反作用力將增加至由外加力矩和離心力引起的樞轉(zhuǎn)，因此彈簧偏置力抵抗全部三個力，因此彈簧將延伸，直至回復(fù)力等于繞樞轉(zhuǎn)軸線施加于傳導(dǎo)性構(gòu)件的力矩。優(yōu)選地，制動機構(gòu)包括多個永磁體，該多個永磁體布置成與轉(zhuǎn)子同心的大體圓形或弧形的磁體陣列。在替代性實施方式中，制動機構(gòu)可以包括多個永磁體，該多個永磁布置成線性陣列，例如布置成方形或三角形陣列，其中轉(zhuǎn)動軸線大體在其中心。優(yōu)選地，兩個所述陣列設(shè)置在傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面的相對側(cè)上，具有相反極的每個陣列的磁體大致彼此相對。因此產(chǎn)生在相對磁體的相反的極(北極對南極)之間、優(yōu)選地沿著大致垂直于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面的方向延伸的磁場。在替代性實施方式中，一個陣列可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子的一側(cè)上，鋼或鐵磁性板則位于另一側(cè)上。然而，可以理解，這種“一側(cè)式”磁體陣列可能提供比相比較的兩側(cè)式陣列更弱的磁場。在另一實施方式中，設(shè)置在傳導(dǎo)性構(gòu)件一側(cè)或兩側(cè)上的磁體陣列可以設(shè)置為哈爾巴赫或類似構(gòu)造，從而沿著傳導(dǎo)性構(gòu)件的方向集中磁場。優(yōu)選地，磁體陣列設(shè)置有在傳導(dǎo)性構(gòu)件相對“外”側(cè)附連至磁體表面的鋼或其他鐵磁性背襯。在又一實施方式中，磁體可設(shè)置為成形為為包圍轉(zhuǎn)子和傳導(dǎo)性構(gòu)件的單個磁體， 這樣傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動將造成傳導(dǎo)性構(gòu)件與外加磁場相交。可以理解，為了產(chǎn)生渦流作用，傳導(dǎo)性構(gòu)件必須與磁場相交并相對于磁場運動。通過示例，這可以通過如下方式獲得a)將磁體固定在位并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子和傳導(dǎo)性構(gòu)件，使得傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁場相交并運動穿過磁場，反之亦然；或b)以不同角速度轉(zhuǎn)動傳導(dǎo)性構(gòu)件和磁體，例如轉(zhuǎn)子和傳導(dǎo)性構(gòu)件可以構(gòu)造為沿著與磁體相同的方向但以更大的角速度轉(zhuǎn)動，或者替代性地，磁體可以構(gòu)造為沿著與傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動。因此，在一個優(yōu)選實施方式中，磁體固定在位從而磁體不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子和傳導(dǎo)性構(gòu)件能夠相對于磁體轉(zhuǎn)動，使得傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁場相交并運動穿過磁場。應(yīng)當(dāng)理解，本實施方式中使用的術(shù)語“固定”指磁體相對于轉(zhuǎn)子靜止，例如類似于馬達定子。因此，術(shù)語“固定”不應(yīng)解釋為表示磁體相對于任何殼體、上部構(gòu)造或其他物體固定在位。在優(yōu)選實施方式中，磁體構(gòu)造為在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時以與轉(zhuǎn)子的角速度不同的角速度轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，(一個或多個)磁體相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動提供了改變相對角速度因而改變制動力矩強度的機構(gòu)。(一個或多個)磁體可以沿著與轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動以減小制動力矩，或沿著相反方向轉(zhuǎn)動以增加制動力矩。在優(yōu)選實施方式中，磁體聯(lián)接至轉(zhuǎn)子，以沿著與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向大致相反的方向隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在優(yōu)選實施方式中，轉(zhuǎn)子通過聯(lián)接傳動裝置聯(lián)接至磁體。在此實施方式中，聯(lián)接傳動裝置可以用于改換轉(zhuǎn)子(和傳導(dǎo)性構(gòu)件)相對于磁體的相對角速度，其中外加力矩通過聯(lián)接傳動裝置驅(qū)動連接至磁體并聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的鼓。在替代性實施方式中，可能反過來布置。貫穿本說明書所提及的聯(lián)接傳動裝置應(yīng)當(dāng)理解為指用于在其所聯(lián)接的兩個物品之間傳遞動力的機構(gòu)。聯(lián)接傳動裝置可以是機械式、或者流體齒輪傳動裝置、或鏈?zhǔn)津?qū)動或摩擦聯(lián)接裝置、或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的任何其他這種傳動裝置。例如，齒輪傳動裝置可以構(gòu)造為使(一個或多個)磁體沿著與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動，由此可能倍增傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁體之間的相對速度。因此，此制動機構(gòu)可以通過增加傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁體之間的相對速度獲得增加的制動作用，而不顯著增加材料或尺寸。在其他實施方式中，轉(zhuǎn)子可以通過多種裝置，包括通過鏈?zhǔn)津?qū)動或摩擦聯(lián)接裝置聯(lián)接至磁體。在另一實施方式中，可以設(shè)置止動件以限制傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動范圍。優(yōu)選地，止動件安置為將傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動限制于所相交的最大磁場的位置?？梢岳眠@種止動件在傳導(dǎo)性構(gòu)件在磁場中時，通過有效地相對于轉(zhuǎn)子“固定”傳導(dǎo)性構(gòu)件而將施加于傳導(dǎo)性構(gòu)件的制動力轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)子。此外，設(shè)置這種止動件提供了“安全”結(jié)構(gòu)以保證如果偏置裝置斷開、分離或然則失效，傳導(dǎo)性構(gòu)件仍將向轉(zhuǎn)子施加(優(yōu)選地最大的)制動力矩。沒有這種止動件，則傳導(dǎo)性構(gòu)件可能移出磁場而不再施加制動力矩。在替代性實施方式中，止動件可以設(shè)置為偏置的棘齒機構(gòu)的一部分，傳導(dǎo)性構(gòu)件抵抗偏置力運動至漸進的徑向位置，進而產(chǎn)生漸進的制動力矩水平。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種渦流制動機構(gòu)，包括——轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子能夠繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；——至少一個導(dǎo)電構(gòu)件，該至少一個導(dǎo)電構(gòu)件聯(lián)接至轉(zhuǎn)子而隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；——至少一個磁體，該至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場；并且其特征在于，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從轉(zhuǎn)子軸線徑向向外運動至外加磁場中，當(dāng)傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁場相交時，傳導(dǎo)性構(gòu)件穿過外加磁場的運動由此感應(yīng)出傳導(dǎo)性構(gòu)件中的渦流。優(yōu)選地，磁場主要地大致正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸。優(yōu)選地，設(shè)置有多個磁體和傳導(dǎo)性構(gòu)件，每個傳導(dǎo)性構(gòu)件均能夠可逆地運動至由一個或多個磁體施加的磁場中。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動從轉(zhuǎn)子軸線沿著徑向軌道相對于轉(zhuǎn)子運動。優(yōu)選地，傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為作為由聯(lián)接的轉(zhuǎn)子施加的徑向加速度的結(jié)果運動至磁場中，因此傳導(dǎo)性構(gòu)件相對于轉(zhuǎn)子徑向向外運動。優(yōu)選地，諸如彈簧或等效偏置構(gòu)件/機構(gòu)的偏置裝置附連至傳導(dǎo)性構(gòu)件并附連至轉(zhuǎn)子，以提供抵抗傳導(dǎo)性構(gòu)件的向外徑向運動的偏置力。因此，偏置裝置的校準(zhǔn)提供了用于控制傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動速率進而控制傳導(dǎo)性構(gòu)件與磁場相交的面積的方法。
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因此，此“線性”實施方式提供了獨立于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向工作的制動機構(gòu)?？梢酝ㄟ^改變偏置力的水平來修改和校準(zhǔn)施加于“線性”和“樞轉(zhuǎn)”(即具有樞轉(zhuǎn)的傳導(dǎo)性構(gòu)件)實施方式的制動力矩的構(gòu)造，由此提供適應(yīng)要求特定制動力矩曲線圖的應(yīng)用的有效方法。根據(jù)本發(fā)明的渦流制動機構(gòu)可以構(gòu)造為使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度在一定范圍的外加力矩(“操作范圍”)上是恒定的，外加力矩是施加于轉(zhuǎn)子使其轉(zhuǎn)動的力。在(操作范圍內(nèi)的) 外加力矩的任何增加與導(dǎo)體與更多磁場相交感應(yīng)出的渦流導(dǎo)致的制動力矩的相等反向增加相平衡時，上述恒定轉(zhuǎn)動速度可能會因此而增加。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子初始開始轉(zhuǎn)動時，根據(jù)本發(fā)明的渦流制動機構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相類似地工作，即轉(zhuǎn)動速度大致線性地隨外加力矩增加。這種情況持續(xù)，直至聯(lián)接至轉(zhuǎn)子以隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電導(dǎo)體進入磁體的外加磁場。導(dǎo)體穿過磁場的運動感應(yīng)出導(dǎo)體內(nèi)的渦流，該渦流抵抗穿過磁場的運動，由此提供對導(dǎo)體的運動的制動力。制動力的大小取決于多種因素， 包括導(dǎo)體與磁場相交的程度和場的強度。在根據(jù)本發(fā)明的渦流制動機構(gòu)中，磁場強度、導(dǎo)體構(gòu)造和偏置機構(gòu)均可以選擇為使得在要求的力矩的整個操作范圍內(nèi)，施加于轉(zhuǎn)子的力矩的增加被制動力矩的相等反向增加平衡，由此產(chǎn)生在整個操作范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子的恒定轉(zhuǎn)動速度。在本發(fā)明的特定實施方式下，在一些外加力矩下，導(dǎo)體可能與可能的磁場的最大面積相交。在此力矩下，制動力矩也處于最大值。因此，當(dāng)外加扭矩進一步增加時，轉(zhuǎn)動速度將再次變得相對于外加力矩的增加大致呈線性關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種繩纜分配裝置，包括大致如上文描述的制動機構(gòu)，和線軸繩纜，該線軸繩纜聯(lián)接至轉(zhuǎn)子和/或傳導(dǎo)性構(gòu)件以隨轉(zhuǎn)子和/或傳導(dǎo)性構(gòu)件轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，該繩纜分配裝置是自動保護裝置。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子和/或線軸包括用于抵抗繩纜從線軸的延伸的偏置縮回機構(gòu)，該縮回機構(gòu)構(gòu)造為當(dāng)施加于繩纜的張緊力落至低于預(yù)定水平時縮回繩纜。如本文所用，術(shù)語“繩纜”指任何纜線、繩子、細繩、鏈子、導(dǎo)線、帶或任何其他一段柔性材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制動物體的轉(zhuǎn)動的方法，該方法包括如下步驟——將傳導(dǎo)性構(gòu)件聯(lián)接至物體而隨物體轉(zhuǎn)動；——設(shè)置至少一個磁體，該至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于可轉(zhuǎn)動傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場；——將傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為在物體轉(zhuǎn)動時運動至磁場中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種大致如上文描述的制動物體的轉(zhuǎn)動的方法， 還包括如下步驟——轉(zhuǎn)動物體，因此使傳導(dǎo)性構(gòu)件運動至磁場中，由此在傳導(dǎo)性構(gòu)件中感應(yīng)出渦流。因此，本發(fā)明可以通過提供一種渦流制動機構(gòu)來提供相對于現(xiàn)有技術(shù)的顯著優(yōu)點，該渦流制動機構(gòu)能夠做到如下的一個或多個在一定的外加力矩范圍內(nèi)，將速度限制為恒定水平；使用緊湊型設(shè)備施加足夠的制動力矩；提供用于與自動下降器/自動保護裝置一起使用的渦流制動器。可以理解，本發(fā)明可能因此發(fā)現(xiàn)特別用于多種應(yīng)用中的速度控制和/或制動的特別用途，例如通過示例的方式，對如下設(shè)備的速度控制風(fēng)力渦輪機、水力渦輪機和其他轉(zhuǎn)動渦輪機中的轉(zhuǎn)子；例如劃船運動練習(xí)器、周轉(zhuǎn)訓(xùn)練機的訓(xùn)練設(shè)備；過山車和其他娛樂乘坐裝置；升降電梯和自動扶梯系統(tǒng)；疏散下降機和防火梯裝置；傳送系統(tǒng)；工廠生產(chǎn)設(shè)施中的轉(zhuǎn)動驅(qū)動器；諸如傳送帶的物料處理裝置，或者例如斜槽中的制動裝置，或者控制物品滑下滑道的下降速率；動態(tài)顯示指示牌，例如在控制轉(zhuǎn)動標(biāo)記的轉(zhuǎn)動速度中；路邊安全系統(tǒng)，例如可以將制動器連接在系統(tǒng)中以通過制動中的能量耗散來提供碰撞衰減。事實上，本發(fā)明可以用在任何轉(zhuǎn)動制動和/或速度限制系統(tǒng)中。


通過僅以示例性方式給出并參照附圖的下文描述，本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點將變得顯而易見，圖中圖1示出了示例性現(xiàn)有技術(shù)的渦流制動機構(gòu)的“力矩-速度”曲線圖；圖加示出了轉(zhuǎn)子靜止時根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的渦流制動機構(gòu)的示意性平面圖；圖2b示出了轉(zhuǎn)子在中等制動力矩下轉(zhuǎn)動時圖加所示渦流制動機構(gòu)的示意性平面圖；圖2c示出了轉(zhuǎn)子在最大制動力矩下轉(zhuǎn)動時圖加和圖2b所示渦流制動機構(gòu)的示意性平面圖；圖3示出了圖2所示渦流制動機構(gòu)的局部示意性側(cè)視圖；圖4示出了圖2和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的替代性構(gòu)造的局部示意性側(cè)視圖；圖如示出了當(dāng)力矩初始施加于轉(zhuǎn)子時(即“起動”時)圖2和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的受力圖；圖恥示出了當(dāng)外加力矩增加時圖2和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的受力圖；圖5c示出了當(dāng)施加的恒定力矩與制動力矩相同時(即處于“穩(wěn)定狀態(tài)”時)圖2 和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的受力圖；圖5d示出了處于最大制動扭矩的圖2和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的受力圖k示出了當(dāng)外加力矩減小時圖2和圖3中示出的渦流制動機構(gòu)的受力圖；圖6示出了與圖2至圖3和圖5所示的制動機構(gòu)一起使用的轉(zhuǎn)子的“力矩-速度” 曲線圖；圖7示出了與圖2至圖3和圖5所示的制動機構(gòu)一起使用的轉(zhuǎn)子的“速度-力矩” 曲線圖；圖8示出了圖2至圖3和圖5所示的制動機構(gòu)的替代性構(gòu)造的“速度-力矩”曲線圖；圖9示出了圖2至圖3和圖5所示的制動機構(gòu)的另一替代性構(gòu)造的“速度-力矩” 曲線圖；圖IOa示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施方式的渦流制動機構(gòu)的示意性平面圖；圖IOb示出了圖IOa中示出的制動機構(gòu)的局部放大圖；和圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的渦流制動機構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了利用構(gòu)造為在磁場中轉(zhuǎn)動的傳導(dǎo)性盤的示例性現(xiàn)有技術(shù)渦流制動機構(gòu)的“力矩-速度”曲線圖。當(dāng)該盤轉(zhuǎn)動時，盤中感應(yīng)出渦流，并且產(chǎn)生與外加磁場相抗的反應(yīng)磁場。該相抗的磁場產(chǎn)生抵抗該盤穿過磁場的反作用力。施加于盤的制動力矩的大小取決于磁場強度和轉(zhuǎn)動速度，因此，當(dāng)速度增加時，制動力矩也增加。該系統(tǒng)將根據(jù)外加力矩將速度限制為一定的水平。然而，制動力矩進而平衡速度僅在預(yù)定操作范圍內(nèi)與速度線性成比例(如圖1中示出的)，直至達到閾值“特性速度”(S)，在該閾值“特性速度”(S)處制動力矩變?yōu)榉蔷€性并達到最高值，之后開始隨著速度的增加而減小。因此，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)僅在達到特性速度之前以對外加力矩的線性響應(yīng)調(diào)節(jié)速度方面是有效的。因此，這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不適合于自動保護(auto-belay)和其中可能需要在更寬范圍的外加力矩下保持恒定速度的其他應(yīng)用。圖加至圖2c、圖3和圖fe至圖k示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的渦流制動機構(gòu)，該渦流制動機構(gòu)總體上由箭頭1指示。為清晰起見，在圖fe至圖5e中，示出了僅一個傳導(dǎo)性構(gòu)件3附連至轉(zhuǎn)子2。制動機構(gòu)1聯(lián)接至形成自動保護裝置(未示出)的一部分的線軸繩纜(未示出)。 該線軸繩纜連接至制動機構(gòu)1的轉(zhuǎn)子2，并將隨轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動。繩纜23從線軸延伸至用戶的線束。轉(zhuǎn)子2具有偏置的縮回機構(gòu)(未示出)，該縮回機構(gòu)用于抵抗繩纜23從線軸的延伸， 并用于當(dāng)繩纜張緊力(和外加力矩)減小時(例如當(dāng)用戶在攀登同時升高時)自動地縮回繩纜23。因此，可以利用制動機構(gòu)1通過控制轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動速度來調(diào)節(jié)繩纜從線軸的分配速度。制動機構(gòu)1包括轉(zhuǎn)子2和以聯(lián)接到轉(zhuǎn)子2的樞轉(zhuǎn)臂3的形式設(shè)置的三個導(dǎo)電導(dǎo)電構(gòu)件，該轉(zhuǎn)子2能夠繞轉(zhuǎn)子軸線X轉(zhuǎn)動。臂3在偏心于轉(zhuǎn)子軸線X的點8處樞轉(zhuǎn)地附連至轉(zhuǎn)子2。多個磁體4相對于轉(zhuǎn)子軸線X設(shè)置并固定在位。磁體4在臂3和轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動平
15面的相對側(cè)上形成兩個圓形陣列5 (圖2中僅示出了一個)。圖3示出了位于臂3的轉(zhuǎn)動平面的任一側(cè)的磁體4。每個磁體5均與轉(zhuǎn)子2同軸地布置，并且施加正交于臂3的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場 6。兩個磁體陣列5的磁體4具有大致彼此相對的相反的極。因此，磁場6形成為沿著正交于轉(zhuǎn)子2和臂3的轉(zhuǎn)動平面的方向在相對磁體4的相對的極(北極對南極)之間延伸。鋼或其他鐵磁性背襯7 (圖3中示出)在與臂3相對的一側(cè)上附連至每個磁體陣列5的外表面。此鋼背襯7幫助加強磁場6，以及能夠保護磁體4免受沖擊破壞。圖4中示出了一種替代性構(gòu)造，其中只有一個磁體陣列5具有鋼背襯7。如從圖加至圖2c的過程示出的，一旦向轉(zhuǎn)子2施加切向力Fapp(例如由于攀登者下降)，轉(zhuǎn)子2就將轉(zhuǎn)動，并且臂3將繞樞轉(zhuǎn)點8樞轉(zhuǎn)。當(dāng)施加力Fapp使轉(zhuǎn)子2加速時，臂 3將運動至外加磁場6中并與磁場6相交。臂3穿過外加磁場6的任意運動(例如當(dāng)轉(zhuǎn)動時)在臂3中感應(yīng)出渦流，該渦流又產(chǎn)生抵抗外加磁場6的反應(yīng)磁場。臂3具有與磁體陣列5的輪廓相配的弧形外邊緣10，這樣與磁場6的最大面積相交，同時使臂3的尺寸和重量最小化。臂3成形為當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時嵌套在一起，即每個傳導(dǎo)性構(gòu)件3的“后部”成形為與下一傳導(dǎo)性構(gòu)件3的“前部”抵接。將理解，此處述及轉(zhuǎn)子“靜止” 是指轉(zhuǎn)子相對于磁場6不轉(zhuǎn)動或運動。當(dāng)臂3繞樞轉(zhuǎn)點8樞轉(zhuǎn)時，每個臂3的逐步增大的部分運動至磁場6中并與磁場 6相交。臂3還成形為使得在圖加中示出的縮回位置，臂3組合在一起以占據(jù)可能的最小量的空間，由此最小化制動機構(gòu)1的尺寸要求，同時在處于圖2b和圖2c中示出的磁場6中時的可能制動力矩最大化。偏置裝置以彈簧12的形式設(shè)置，該彈簧12在遠離樞轉(zhuǎn)軸線8的點13處附連至臂 3，并且在沿著將要制動的轉(zhuǎn)動方向R(即圖2中示出的順時針方向)與樞轉(zhuǎn)軸線8間隔開的位置14處附連至轉(zhuǎn)子2。由此，彈簧12提供抵抗臂3的樞轉(zhuǎn)(以及由此徑向)運動的偏置?？梢愿淖儚椈?2的強度以控制臂3朝向磁場6的運動，并由此控制制動機構(gòu)1的特性。臂3的樞轉(zhuǎn)范圍由彈簧12約束于一個扇形區(qū)，由此保證當(dāng)沿一個方向轉(zhuǎn)動時，臂 3將僅僅運動至磁場6中。這種“單向”構(gòu)造在其中在上升時不希望在繩纜23上具有制動作用的自動保護應(yīng)用中是有用的，因為這可能抵抗繩纜縮回機構(gòu)，并且可能在繩纜23中產(chǎn)生松弛。轉(zhuǎn)子2附連有安全止動件(未示出)，安全止動件與臂3接合以限制臂3樞轉(zhuǎn)運動的范圍。該止動件通過附連至臂3的突出部(未示出)與固定至轉(zhuǎn)子2的剛性槽(未示出)之間的滑動接合形成。該突出部在槽中自由滑動，但受到限制臂3運動范圍的槽的長度的限制。因此，止動件(未示出)提供了“安全”結(jié)構(gòu)，以保證如果彈簧12斷開、分離或失效，臂3仍將向轉(zhuǎn)子2施加(優(yōu)選地最大的)制動力矩。當(dāng)突出部達到槽的長度時，該止動件還輔助將制動力矩傳遞至轉(zhuǎn)子2。臂3相對于轉(zhuǎn)子軸線X偏心地安裝，使每個臂3具有相對于樞軸8和轉(zhuǎn)子軸線X 偏心的質(zhì)心9，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動時，臂3將徑向向外運動并使臂3繞樞轉(zhuǎn)點8樞轉(zhuǎn)。
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在自動保護應(yīng)用中，通過載荷(例如人)在圍繞轉(zhuǎn)子2或所連接線軸卷繞的繩纜 23上產(chǎn)生張緊力，由此在轉(zhuǎn)子2上施加力矩(TApp = FAppXr)以引起轉(zhuǎn)動。外加磁場6在臂3中感應(yīng)出渦流，并產(chǎn)生抵抗外加磁場6的反應(yīng)磁場。因此，外加磁場和反應(yīng)磁場之間的斥力提供抵抗臂3穿過磁場6的運動的反作用力Feddy。圖fe至圖 5e是示出了施加在每個臂3上的力的局部示意圖。為了清晰起見，圖fe至圖k中僅示出了 一個臂3?？梢岳斫猓瑘Dfe至圖k的受力圖未示出施加在臂3上的許多且變化的動力的精確、詳細的分析，因此示出的力僅僅是簡單化和指示性的。提供受力圖如至圖5e以示出施加在臂上的主要力的簡化示例。圖fe至圖k中的每一個均包括一個框圖，在框圖中增加了主要的力，以示出在質(zhì)心9處的近似凈力。應(yīng)當(dāng)理解，這些力僅僅是指示性的，而力線可能不具有精確的長度或者方向。圖fe示出了初始“起動”階段的渦流制動機構(gòu)1的受力圖，在初始“起動”階段僅存在切向施加力Fapp，而彈簧12未延伸。因為此力Fapp切向地施加于轉(zhuǎn)子，所以力矩Tapp施加于轉(zhuǎn)子，并且轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)開始加速。此力Fapp的分量(Fapp(S)和Fapp (13))分別通過樞轉(zhuǎn)點8和彈簧連接部13施加于臂3。應(yīng)當(dāng)理解，在另一構(gòu)造中，(一個或多個)臂可以成形和安置為使得在起動階段臂的至少一部分與磁場相交。因此，轉(zhuǎn)子一開始轉(zhuǎn)動，即施加渦流制動作用。此外，因為臂3連接至轉(zhuǎn)子2，所以當(dāng)轉(zhuǎn)動時其將在向心加速度下朝向轉(zhuǎn)子軸線X 加速。該向心力通過連接部8、13施加于本體。F。p是通過質(zhì)心9施加在臂3上抵抗臂3的向心加速度的力。臂3還具有抵抗運動變化的慣性。為了進行此分析，此慣性將與臂的質(zhì)量和繞質(zhì)心9施加的慣性力矩相關(guān)。圖fe至圖k中示出的力通過近似公式在下表中詳述。可以理解，這些公式和力
僅僅是近似和指示性的。
權(quán)利要求
1.一種渦流制動機構(gòu)，包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；至少一個導(dǎo)電構(gòu)件，所述至少一個導(dǎo)電構(gòu)件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子用于隨所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；至少一個磁體，所述至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場，并且其特征在于，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從所述轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至所述外加磁場中。
2.如權(quán)利要求1所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件繞所述轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述磁體構(gòu)造為在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時以與所述轉(zhuǎn)子的角速度不同的角速度轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求3所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述磁體聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子用于在與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向大致相反的方向上隨所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求3或4中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)子通過聯(lián)接傳動裝置聯(lián)接至所述磁體。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)子通過聯(lián)接傳動裝置聯(lián)接至輸入軸，使得所述轉(zhuǎn)子以與所述輸入軸的轉(zhuǎn)動速度不同的轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)動。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)子聯(lián)接至線軸繩纜，并且構(gòu)造為隨著所述線軸繩纜轉(zhuǎn)動。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件樞轉(zhuǎn)地附連至所述轉(zhuǎn)子，并且構(gòu)造為繞樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，以便在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時至少部分地徑向運動至外加磁場中。
9.如權(quán)利要求8所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件具有位于樞軸和所述轉(zhuǎn)子軸線上或者偏心于所述樞軸和所述轉(zhuǎn)子軸線的質(zhì)心。
10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件在偏心于所述轉(zhuǎn)子軸線的點處樞轉(zhuǎn)地附連至所述轉(zhuǎn)子。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，偏置裝置在遠離所述樞轉(zhuǎn)軸線的點處附連至所述傳導(dǎo)性構(gòu)件，并且在一個位置處附連至所述轉(zhuǎn)子以提供抵抗由于所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的傳導(dǎo)性構(gòu)件的運動的偏置力。
12.如權(quán)利要求11所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述偏置裝置包括校準(zhǔn)機構(gòu)，所述校準(zhǔn)機構(gòu)能夠選擇性地增加和/或減少所施加的偏置裝置的偏置力的水平。
13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述偏置裝置在沿著將要制動的轉(zhuǎn)動方向與偏心的樞轉(zhuǎn)軸線間隔開的位置處附連至所述轉(zhuǎn)子。
14.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，偏置裝置附連至所述傳導(dǎo)性構(gòu)件，并且在一個位置處附連至所述轉(zhuǎn)子以提供抵抗由于所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的傳導(dǎo)性構(gòu)件的運動的偏置力。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，設(shè)置有止動件以限制所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動范圍。
16.如權(quán)利要求15所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述止動件設(shè)置為將所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的徑向運動限制于所截取的最大磁場的位置。
17.如權(quán)利要求15所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述止動件設(shè)置為偏置的棘齒機構(gòu)的一部分，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件抵抗所述偏置力運動至漸進的徑向位置。
18.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述制動機構(gòu)包括多個永磁體，所述多個永磁體布置成與所述轉(zhuǎn)子同心的大體圓形磁體陣列。
19.如權(quán)利要求18所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述多個永磁體布置成兩個大體圓形磁體陣列，分別在所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面的相對兩側(cè)上，每個陣列的磁體均具有大致彼此相對的相反極。
20.如權(quán)利要求18所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述磁體陣列設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)， 并且鐵磁性板位于另一側(cè)。
21.如權(quán)利要求18至20中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述磁體陣列設(shè)置有鐵磁性背襯，所述鐵磁性背襯在所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的相對的“外”側(cè)上附連至所述磁體的表面。
22.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述制動機構(gòu)包括多個所述傳導(dǎo)性構(gòu)件。
23.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為徑向運動至外加磁場中。
24.如權(quán)利要求23所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動沿著徑向軌道相對于所述轉(zhuǎn)子運動。
25.如權(quán)利要求23或權(quán)利要求M所述的渦流制動機構(gòu)，其中，偏置構(gòu)件附連至所述傳導(dǎo)性構(gòu)件并且附連至所述轉(zhuǎn)子，以提供抵抗所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的向外徑向運動的偏置力。
26.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為作為由聯(lián)接的所述轉(zhuǎn)子施加的徑向加速度的結(jié)果運動至磁場中。
27.如前述權(quán)利要求中任一項所述的渦流制動機構(gòu)，其中，所述磁場主要大致正交于所述傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸。
28.—種繩纜分配裝置，包括制動機構(gòu)，所述制動機構(gòu)具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；至少一個導(dǎo)電構(gòu)件，所述至少一個導(dǎo)電構(gòu)件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子用于隨所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；至少一個磁體，所述至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場；和線軸繩纜，其中，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從所述轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至所述外加磁場中，并且所述線軸繩纜聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子和/或所述傳導(dǎo)性構(gòu)件，以便隨所述轉(zhuǎn)子和/或所述傳導(dǎo)性構(gòu)件轉(zhuǎn)動。
29.如權(quán)利要求洲所述的繩纜分配裝置，其中，所述轉(zhuǎn)子和/或所述線軸包括抵抗繩纜從所述線軸延伸的偏置的縮回機構(gòu)，所述縮回機構(gòu)構(gòu)造為當(dāng)施加于所述繩纜的張緊力下降至預(yù)定水平以下時縮回所述繩纜。
30.一種自動保護裝置，包括如權(quán)利要求觀或權(quán)利要求四所述的繩纜分配裝置。
31.一種制動物體的轉(zhuǎn)動的方法，所述方法包括如下步驟i)設(shè)置至少一個磁體，所述至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于可轉(zhuǎn)動的傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場；ii)將所述傳導(dǎo)性構(gòu)件聯(lián)接至所述物體用于隨所述物體一起繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；iii)將所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為在所述物體轉(zhuǎn)動時從所述轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至所述磁場中。
32.—種制動物體的轉(zhuǎn)動的方法，還包括如下步驟轉(zhuǎn)動所述物體以便使傳導(dǎo)性構(gòu)件運動至磁場中。
33.一種大致如圖2至圖5所示并參照圖2至圖5描述的制動機構(gòu)。
34.一種大致如圖2至圖5所示并參照示例描述的制動轉(zhuǎn)動的方法。
35.一種大致如圖10所示并參照圖10描述的制動機構(gòu)。
36.一種大致如圖10所示并參照示例描述的制動轉(zhuǎn)動的方法。
全文摘要
一種渦流制動機構(gòu)，包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動；至少一個導(dǎo)電構(gòu)件，所述至少一個導(dǎo)電構(gòu)件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子用于隨所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；至少一個磁體，所述至少一個磁體構(gòu)造為施加至少部分地正交于傳導(dǎo)性構(gòu)件的轉(zhuǎn)動平面延伸的磁場，并且其特征在于，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述傳導(dǎo)性構(gòu)件構(gòu)造為從所述轉(zhuǎn)子軸線至少部分地徑向運動至所述外加磁場中。
文檔編號A63B69/00GK102428633SQ201080020158
公開日2012年4月25日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者克里斯托弗·詹姆斯·阿林頓, 安德魯·卡爾·迪爾, 布魯斯·約翰·羅伯特森 申請人:霍姆斯解決方案有限公司