CN101795953B - 采用磁流变流体的升降器制动器 - Google Patents

Abstract

一种升降器制动器组件包括用于提供制动力的制动流体。第一磁体提供第一磁场，所述第一磁场影响所述制动流体以提供制动力。第二磁体选择性地提供第二磁场，所述第二磁场控制所述第一磁场如何影响所述制动流体以控制所述制动力。

Description

采用磁流变流体的升降器制动器

技术领域

本公开一般涉及升降器(或电梯，elevator)系统。更具体而言，本公开涉及升降器制动系统。

背景技术

升降器系统包括制动系统，用于使升降器轿厢保持在期望位置，例如，保持在停靠点(landing)。通常，升降器系统包括升降机，用于使升降器轿厢在各停靠点之间运动。一旦处于期望停靠点，则制动系统施加制动力以使升降器轿厢保持在停靠点。

制动系统通常包括弹簧，用于使可运动板偏置倚靠制动器转子，制动器转子随从升降机延伸的机轴旋转。制动器转子包括制动器内衬。所导致的制动器内衬与可运动板之间的摩擦力用于保持升降器轿厢，或在一些情况下用于减慢升降器轿厢的运动。可运动板与制动器内衬之间的接合是默认的状态。通过使用电磁体来施加磁场，使可运动板与制动器内衬脱离接合。由磁场产生的吸力克服弹簧的偏置力并且将可运动板抬离制动器转子和制动器内衬，从而允许升降器轿厢运动。

基于摩擦的常规结构虽然有效，但其可能具有的缺点是，制动器内衬容易被磨坏。随着时间流逝，制动器内衬可磨损并导致由弹簧施加的制动力大小的变化。此外，磨损可使可运动板与电磁体之间的距离增大，从而需要更强的磁场将可运动板抬离制动器内衬。

因此，需要一种以非摩擦方式提供期望制动力的制动系统。

发明内容

一种示例性的升降器制动器组件，包括用于提供制动力的制动流体。第一磁体提供第一磁场，第一磁场影响制动流体以提供制动力。第二磁体选择性地提供第二磁场，第二磁场控制第一磁场如何(以何种方式或程度)影响制动流体以控制制动力。

在一个示例中，制动流体邻近于可随升降机轴旋转的制动器构件，从而通过影响制动流体的粘度而控制制动器构件的旋转。例如，第一磁体是永磁体，第二磁体是电磁体。

一种控制升降器制动器组件的示例性方法包括：建立第一磁场，以影响制动流体并提供制动力；和选择性地提供第二磁场，以控制所述第一磁场如何影响制动流体，并由此控制制动力。例如，可控制第二磁场的强度或方向以选择性地增大或减小制动力。

附图说明

通过以下对当前优选实施例的详细说明，本发明的各种特征和优点对本领域技术人员而言将变得明显。说明书附图可简要描述如下：

图1示出具有升降机和制动器组件的示例性升降器系统。

图2示出制动器组件的一个示例。

图3示出示例性制动器组件在一个示例性操作状态下的磁场。

图4示出示例性制动器组件在另一操作状态下的磁场。

图5示出一个示例性转子。

图6示出另一示例性转子。

图7示出另一示例性转子和制动器组件。

图8示出图7所示的示例性变例的剖视图。

图9示出另一示例性转子和制动器组件。

图10示出另一示例性转子和制动器组件。

具体实施方式

图1示意性示出升降器系统10的所选择部分，升降器系统10包括在井道14内可运动的升降器轿厢12。升降机16，其在一个示例中例如为无齿轮机器，以已知方式使升降器轿厢12运动。制动器组件18安装成邻近于升降机16，用于使升降器轿厢12保持在井道14内的期望位置，或在一些情况下减慢升降器轿厢12的运动。通过这些描述，本领域普通技术人员将认识到，本公开的示例构造可与所具体说明的示例有所不同。

图2是剖视图，示出制动器组件18的示例的所选择部分。在此示例中，制动器组件18包括用于提供制动力的制动流体30、提供第一磁场的第一磁体32和选择性地提供第二磁场的第二磁体34。在此示例中，第二磁体34是由线圈35和制动器壳体40形成的电磁体。第一磁场影响制动流体30以提供制动力。第二磁体34选择性地激活(或称激励)以产生第二磁场，该第二磁场控制第一磁场究竟如何或怎样影响制动流体30，由此以磁方式控制制动力，从而增大或减小制动力。

在所示的示例中，第一磁体32和第二磁体34提供反转制动结构，使得必须将电流施加于线圈35来消除制动力。就这一点而言，制动器组件18在默认状态下提供制动力，并且必须激活来消除制动力。其它制动结构也是可行的。

在该示例中，制动器组件18与从升降机16延伸到制动器组件18中的升降机轴36合作。转子38以已知方式连接到升降机轴36，例如通过使用键槽连接方式进行连接。转子38在制动器壳体40中的腔39内从升降机轴36向外沿径向延伸。在转子38与腔39的壁之间存在间隙，使得转子38可随升降机轴36旋转。制动流体30位于转子38与腔39的壁之间的间隙空间内。制动流体30的量可改变。在一个示例中，制动流体30没有完全充满腔39内的间隙空间。

在所示的示例中，转子38与升降机轴36之间以及转子38与壳体40之间使用密封件41，以防止制动流体30渗漏到腔39之外。

制动流体30是磁流变流体，其具有的粘度响应于由第一磁体32和第二磁体34提供的磁场而变化。这样，可控制所述磁场以控制制动流体30的粘度，并由此控制施加于转子38的制动力。制动流体30在制动器壳体40与转子38之间传递扭矩，从而以磁方式阻止旋转，而不是如先前已知制动器组件中那样基于摩擦而阻止旋转。

在所公开示例中，磁流变流体是磁颗粒在诸如合成油之类的流体中的悬浮物。在一个示例中，磁流变流体是85％重量百分比的磁颗粒和15％重量百分比的流体。在其它示例中，成分可根据期望粘度和对磁场的响应性而不同。在磁场的影响下，磁颗粒链式定向以增大磁流变流体的粘度。在没有磁场的情况下，颗粒失去定向，从而磁流变流体的粘度减小。粘度与磁场强度成比例。

任选地，为了防止可导致颗粒团聚的磁颗粒间的相互作用，颗粒可涂覆有已知的表面活性剂。在一些示例中，粘度改变在数微秒内发生，而且如果磁场很强，则磁流变流体将变得接近于固态。例如，约200-300kA/m的磁场使磁流变流体固化。在一个示例中，第一磁场具有适合的强度以固化制动流体30。在进一步的示例中，被固化的制动流体30所提供的益处是，制动力得以维持而没有蠕变，这是因为磁场保持了由定向的、磁锁定的磁颗粒链所传递的剪切模量。

在所公开示例中，第一磁体32是永磁体，第二磁体34是电磁体且基于施加于线圈35的电流大小选择性地提供第二磁场。当第二磁体34失能(即，没有电流)时，第一磁场穿透制动流体30。第一磁场以磁方式使制动流体30内的颗粒对齐以增大制动流体30的粘度，并由此以磁方式阻止转子38旋转。

为了消除由制动流体30提供的制动力，第二磁体34的线圈35被供能以提供第二磁场。第二磁场以磁方式偏移(shift)第一磁场，从而使第一磁场穿过制动流体30的穿透量减小，且在一些示例中减小至零。穿透量(也就是，通量)的减小使制动流体30的粘度减小，从而减小制动力。在一个示例中，当制动流体30的粘度减小时，转子38在制动流体30中以低微摩擦损耗而相对自由地旋转。例如，摩擦损耗可约为制动器组件18额定扭矩的1％-3％。

图3示出处于第一操作状态的制动器组件18的一部分，其中显示的磁场线42表示由第一磁体32提供的第一磁场。在此示例中，线圈35失能使得线圈35不通电流，并且第二磁场为零。在此状态下，磁场线42穿透制动流体30，使得制动流体固化以在转子38上提供制动力。被固化的流体基本上将转子38锁定到壳体40，这是因为腔39不再在它们之间提供间隙。进一步地，不使用摩擦来施加制动力，这是因为制动流体30通过制动流体30内颗粒的磁锁定而硬化。

图4示出处于第二操作状态的制动器组件18的一部分。现在，线圈35通有预定大小的电流。第二磁体34响应性地提供由磁场线44表示的第二磁场。第二磁场以磁方式偏移第一磁场，使得第一磁场被有效地推离制动流体30。在没有第一磁场的影响的情况下，制动流体30由于制动流体30内的颗粒磁解锁而粘度减小，由此允许转子38旋转。因此，控制由第二磁体34提供的第二磁场的强度即可控制第一磁场如何影响制动流体30(例如，改变粘度)，从而控制制动力。

使用第二磁体34的线圈35以磁方式偏移第一磁场来控制制动力，允许制动器组件18比先前已知的组件更轻且更紧凑。此外，如果第二磁体34的线圈35以磁方式对抗第一磁场而不是以磁方式偏移第一磁场，则可能需要大得多的线圈以产生适合强度的用于对抗的磁场。因此，也可以采用磁对抗，但可能使尺寸和重量增大。

在图3和图4所示的示例中，第一磁场通过磁回路52传播。在所公开示例中，壳体40、转子38、制动流体30和非铁磁阻断部54是磁回路52的一些部分。例如，壳体40和转子38包括适于磁场传播的铁磁材料，例如，钢。通过这些描述，本领域普通技术人员将能够选择适于形成磁回路52的材料，例如铁基材料。

在所示的示例中，磁回路52包括第一回路环56a，第一回路环56a形成经过制动器壳体40、制动流体30和转子38的连续磁路径，该连续磁路径围绕第一磁体32。当线圈35失能时，磁回路52使第一磁场通过第一回路环56a而无阻断地传播(例如图3)。不过，当线圈35被供能时，第二磁场44以磁方式将第一磁场42偏移或推动至磁回路52的第二回路环56b(例如图4)。第二回路环56b是非连续的，由制动器壳体40和非铁磁阻断部54形成。

在所公开示例中，非铁磁阻断部54是制动器壳体40中的缝隙，例如，(相对于制动器壳体40的材料)不太适于允许磁场传播的空气缝隙。如果非铁磁阻断部54的尺寸较大，则需要更强的第二磁场以磁方式将第一磁场偏移到第二回路环56b。也就是说，第一磁场在磁阻最小的路径上传播，这可通过在制动器组件18的设计阶段选择非铁磁阻断部54的尺寸而进行控制。因此，减小非铁磁阻断部54的尺寸可使偏移第一磁场所需的第二磁场的强度较低，反之亦然。

在上述示例中，转子38的名义厚度在转子38的整个径向范围上是均匀的。不过，如图5显示的示例中所示，具有不同形状和不同表面积的转子38’可用于提供不同的制动力。转子38’的厚度相对于升降机轴36沿径向减小(即，渐缩)。在此示例中，转子38’在离升降机轴36最远的边缘附近最细。转子38’的渐缩外形提供的表面积不同于在前述示例中所示均匀厚度转子38的表面积。对于给定磁场强度，制动力的大小近似与供制动流体30作用其上以提供制动力的表面积的大小成比例。转子38’因而提供与前述示例中转子38所提供的制动力大小不同的制动力。

图6是另一变例，其中例示出的转子38”比前述示例中的转子38或38’具有更大的径向直径。因此，转子38”提供更大的表面积供制动流体30作用其上，从而提供相应的更大的制动力。此外，由于转子38”的尺寸更大以及制动流体30的量更大，因而使用多组第一磁体32和第二磁体34。在所示的示例中，第一磁体32之一和第二磁体34之一设置在转子38”的每一侧上，且每组磁体32和34类似于图3和图4所述那样操作。

图7和图8示出制动器组件18的变例，其具有从升降机轴36向外沿径向延伸的转子70。在此示例中，转子70包括套72，套72以已知方式连接，例如使用键槽连接方式连接，以便随升降机轴36旋转。套72与相对于升降机轴36向外沿径向延伸的盘74相连。鼓76与盘74的外端相连并相对于升降机轴36沿轴向延伸(即平行于轴的轴线延伸)。在此示例中，盘74是非铁磁性的，鼓76是铁磁性的。

至少一个第一磁体32和至少一个第二磁体34位于转子70的每一侧上。每个第一磁体32均设置在铁磁元件78a和78b之间，铁磁元件78a和78b与铁磁元件80、鼓76和制动流体30形成磁回路，从而以如前所述的方式操作。在此示例中，铁磁元件78a和78b由诸如前述空气缝隙之类的非铁磁阻断部54’分离。当线圈35去激活时，由第一磁体32提供的第一磁场通过铁磁元件78a和78b、铁磁元件80、鼓76和制动流体30传播，从而在转子70上提供制动力。鼓76所提供的益处是，提供期望的表面积大小用以提供期望的制动力。

当线圈35激活时，由第二磁体34提供的第二磁场以磁方式偏移由第一磁体32提供的第一磁场，以减小第一磁场穿过制动流体30的穿透量(即，通量)，并由此减小制动力。制动流体30邻近于(非铁磁的)盘74的部分的粘度没有显著改变，这是因为非铁磁盘74不传播磁场。

图9示出制动器组件18的另一变例，其具有从升降机轴36向外沿径向延伸的转子90。在此示例中，转子90以已知方式连接，例如使用键槽连接方式连接，以随升降机轴36旋转。转子90包括相对于升降机轴36向外沿径向延伸的盘92。鼓94与盘92的外端相连并相对于升降机轴36沿轴向延伸(即平行于轴的轴线延伸)。在此示例中，鼓94是铁磁性的，盘92是顺磁性的以限制寄生磁通量。

制动器组件18包括多个模块96，多个模块96进行模块式组装以形成制动器组件18。制动流体30位于鼓94与模块96之间。所用模块96的数量可基于期望制动力的大小而从单一模块96到多个模块96不等。模块96相对于随升降机轴36旋转的转子90而在鼓94内侧沿径向紧固在静止位置。每个模块96均包括第一磁体32之一和第二磁体34之一，其中第二磁体34具有封装在填注材料97中的线圈35。第一磁体32设置在铁磁元件98a和98b之间，铁磁元件98a和98b与鼓94和制动流体30形成磁回路，从而以如前所述的方式操作。类似于前述方式，铁磁元件98a和98b由非铁磁阻断部54’分离。

在所示的示例中，第一磁体32的北极相邻定向。替代性地，南极可相邻定向。任意额外的模块96也可相应定向，即，相邻模块96的第一磁体32的相同的极相邻定向。

当线圈35去激活时，由第一磁体32提供的第一磁场通过铁磁元件98a和98b、鼓94和制动流体30在磁回路环上传播，以在转子90上提供制动力。鼓94提供的益处是，提供期望的表面积大小用以提供期望的制动力。当线圈35激活时，由第二磁体34的线圈35提供的第二磁场以磁方式偏移由第一磁体32提供的第一磁场，以减小第一磁场穿过制动流体30的穿透量(即，通量)，并由此减小制动力，类似于前述方式。

任选地，在此示例或任意前述示例中，传感器100(例如，霍尔传感器)可安装成至少部分地处于非铁磁阻断部54’内，并且与升降器控制器相连以检测第一磁场是否存在。如果第一磁场存在，则制动器组件18处于释放状态，以允许转子90旋转。如果第一磁场不存在，则制动器组件18处于保持状态，从而以磁方式锁定转子90以防止或限制旋转。

图10例示出制动器组件18的另一变例，其具有从升降机轴36向外沿径向延伸的转子110。在此示例中，转子110以已知方式连接，例如使用键槽连接方式连接，以随升降机轴36旋转。转子110包括相对于升降机轴36向外沿径向延伸的盘112。鼓114与盘112的外端相连并相对于升降机轴36沿轴向延伸(即平行于轴的轴线延伸)。在此示例中，鼓114是非铁磁性的，盘112是顺磁性的以限制寄生磁通量。

多个沿轴向分开的铁磁鼓环116在腔115内从鼓114向内沿径向延伸。鼓环116与鼓114和盘112共同旋转。相应的多个沿轴向分开的铁磁体环118从第二磁体34向外沿径向延伸，并且与铁磁鼓环116相互穿插以在其间形成迷宫结构。保持部120，例如架、填注材料或其它适合的紧固物，可用于将铁磁体环118紧固到第二磁体34。从而，鼓环116相对于静止磁体环118旋转。使用密封件41将制动流体30包容在腔115内，制动流体30填充鼓环116与磁体环118之间的迷宫结构。

第一磁体32设置在铁磁元件98a和98b之间，铁磁元件98a和98b与鼓环116、磁体环118和制动流体30形成磁回路，从而以如前所述的方式操作。类似于前述方式，铁磁元件98a和98b由非铁磁阻断部54’分离。

当线圈35去激活时，由第一磁体32提供的第一磁场通过铁磁元件98a和98b、鼓环116、磁体环118和制动流体30在磁回路环上传播，以在转子110上提供制动力。环116和118提供的益处是，在紧凑空间中提供期望的表面积大小用以提供期望的制动力。当线圈35激活时，由第二磁体34的线圈35提供的第二磁场以磁方式偏移由第一磁体32提供的第一磁场，以减小第一磁场穿过制动流体30的穿透量(即，通量)，并由此减小制动力，类似于前述方式。

替代性地，在任意前述示例中，提供到(一个或多个)线圈35的电流的方向可反转以改变第二磁场的方向，使得第二磁场以磁方式与第一磁场合成来影响制动流体30。也就是说，第一磁场对于制动流体30的粘度的影响可进一步增大以增大制动力。例如，可通过以这种方式控制经过第二磁体34的电流而提供额外制动力，该额外制动力可用于阻止升降器轿厢12的运动，例如，在紧急制动情况下使轿厢12停止。在一些示例中，对第一磁体32进行选择以提供强度足以在正常操作情况下施加制动力的第一磁场。加上第二磁场的磁场影响(例如，穿透通量)允许这样的示例在希望加大制动力的情况下还充当紧急制动器。

虽然在所示的示例中示出了各特征的组合，不过，不是所有这些特征均需要被组合以实现本公开各种实施例的益处。换句话说，根据本公开实施例设计的系统将不必包括在任一附图中所示的全部特征或在附图中示意性示出的所有部分。而且，在一个示例性实施例中的所选特征可与其它示例性实施例中的所选特征进行组合。

以上描述实际上是示例性的，而不是限制性的。在不必背离本公开实质的情况下对所公开示例进行的变化和修改对于本领域技术人员而言可变得明显。对此公开给予的法律保护范围仅可在对所附权利要求书进行研究后确定。

Claims (25)

1.一种升降器制动器组件，包括：

用于提供制动力的制动流体；

用于提供第一磁场的第一磁体，所述第一磁场影响所述制动流体以提供所述制动力；和

用于选择性地提供第二磁场的第二磁体，所述第二磁场控制所述第一磁场如何影响所述制动流体以控制所述制动力。

2.如权利要求1所述的制动器组件，其中，所述制动流体包括磁流变流体。

3.如权利要求2所述的制动器组件，其中，所述磁流变流体包括第一粘度和第二粘度，其中，所述第一粘度不同于所述第二粘度，所述第一粘度响应于所述第二磁场的第一强度，所述第二粘度响应于所述第二磁场的第二强度，其中所述第二强度不同于所述第一强度。

4.如权利要求1所述的制动器组件，其中，所述第一磁体包括永磁体，所述第二磁体包括电磁体，所述电磁体包括线圈。

5.如权利要求4所述的制动器组件，其中，所述制动流体提供响应于所述线圈的激活的第一制动力和响应于所述线圈的去激活的第二制动力，且所述第二制动力大于所述第一制动力。

6.如权利要求4所述的制动器组件，其中，所述第二磁场响应于通过所述线圈的第一电流而以磁方式偏移所述第一磁场以提供第一制动力，以及响应于通过所述线圈的第二电流而以磁方式与所述第一磁场合成以提供第二制动力，其中，所述第二制动力大于所述第一制动力，所述第二电流与所述第一电流反向。

7.如权利要求4所述的制动器组件，进一步包括：在通过所述线圈的电流与所述制动力的大小之间的线性对应关系。

8.如权利要求1所述的制动器组件，其中，所述第二磁场选择性地以磁方式使所述第一磁场偏移离开所述制动流体，以选择性地减小所述制动力。

9.如权利要求1所述的制动器组件，其中，所述第二磁场选择性地与所述第一磁场合作，以选择性地增大所述制动力。

10.如权利要求1所述的制动器组件，包括磁回路，所述磁回路包括铁磁材料，用于使所述第一磁场传播通过所述制动流体。

11.如权利要求10所述的制动器组件，其中，所述磁回路包括围绕所述第二磁体的第一回路环和延伸越过非铁磁部分的第二回路环。

12.如权利要求11所述的制动器组件，其中，所述非铁磁部分包括相对的铁磁构件之间的空间。

13.一种升降器制动器组件，包括：

用于随升降机轴旋转的制动器构件；

邻近于所述制动器构件的制动流体；

用于提供第一磁场的永磁体，所述第一磁场影响所述制动流体以在所述制动器构件上提供制动力；和

用于选择性地提供第二磁场的电磁体，所述第二磁场控制所述第一磁场如何影响所述制动流体以控制在所述制动器构件上的所述制动力。

14.如权利要求13所述的制动器组件，其中，所述制动器构件包括相对于所述升降机轴沿径向延伸的转子。

15.如权利要求14所述的制动器组件，其中，所述转子包括鼓，所述鼓与所述制动流体接触并从所述转子沿轴向延伸。

16.如权利要求15所述的制动器组件，进一步包括至少一个铁磁鼓环，所述至少一个铁磁鼓环相对于所述升降机轴从所述鼓向内沿径向延伸。

17.如权利要求16所述的制动器组件，进一步包括至少一个铁磁体环，所述至少一个铁磁体环相对于所述升降机轴从所述电磁体向外沿径向延伸。

18.如权利要求15所述的制动器组件，其中，所述转子包括非铁磁材料，所述鼓包括铁磁材料。

19.如权利要求13所述的制动器组件，其中，所述电磁体位于所述制动器构件与所述永磁体之间。

20.一种升降器制动器组件的控制方法，包括如下步骤：

a)建立第一磁场，以影响制动流体并提供制动力；和

b)选择性地产生第二磁场，以控制所述第一磁场如何影响所述制动流体，并由此控制所述制动力。

21.如权利要求20所述的方法，包括如下步骤：控制施加到电磁体的电流以增大所述第二磁场的强度，由此减小所述制动力。

22.如权利要求20所述的方法，包括如下步骤：选择性地控制所述第二磁场的方向以控制所述制动力。

23.如权利要求20所述的方法，包括如下步骤：选择性地控制所述第二磁场的方向，使得所述第二磁场和所述第一磁场合作以增大所述制动力。

24.如权利要求20所述的方法，包括如下步骤：选择性地控制所述第二磁场的方向，使得所述第二磁场对抗所述第一磁场以减小所述制动力。

25.如权利要求20所述的方法，包括如下步骤：利用所述第二磁场以磁方式使所述第一磁场在第一磁回路环与第二磁回路环之间偏移，所述第一磁回路环不同于所述第二磁回路环。

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