CN101030725A - 车用缓速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用缓速器，包括由软磁材料制成的定子(1)和可相对于该定子旋转且由软磁材料制成的转子(2)，该定子与转子之间形成工作间隙(3)，在该定子上嵌装有励磁线圈(6)，由该定子与转子形成的工作间隙(3)中填充着软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)，环绕该励磁线圈(6)形成一个行经由该定子(1)、该定子与转子之间填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)的工作间隙(3)和该转子(2)构成的主磁通路径(8)，从而在该励磁线圈通电时通过位于该定子与转子形成的工作间隙中的软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质产生制动转矩。这种车用缓速器在车辆低速运行甚至静止时也能产生大的制动转矩，且励磁电流小、体积小、重量轻。

Description

车用缓速器

技术领域

本发明涉及一种车用缓速器，特别涉及用于公路和农用机动车辆以及水平和垂直运输机械制动的缓速器，该缓速器包括由软磁材料制成的定子和转子，定子与转子之间形成径向的工作间隙，在定子上嵌装有励磁线圈。

背景技术

法国最早将电涡流缓速器应用于车辆上，且这种电涡流缓速器至今仍在欧洲普及应用，并在近来传入中国。在《商用汽车》杂志2001年第12期第40-43页“电涡流缓速器在大中型客车上的使用”一文和《城市车辆》杂志2002年第2期第52-54页“TELMA电涡流缓速器”一文中均对这种电涡流缓速器的结构、工作原理及其性能作了描述。这种电涡流缓速器主要由定子、转子及固定支架组成。定子通过固定支架固定在车辆底盘上，定子上有偶数个(如8个)由高导磁材料制成的铁心，每个铁心的两端装有极靴构成磁极，它们呈圆周分布形式，均匀地安装在定子的底板上。在每个铁心上套有励磁线圈，圆周上相邻铁心上的励磁线圈在铁心和极靴中产生的磁通反向，使相邻两个磁极极性NS相间。缓速器的转子一般有两个，分布在定子两侧，并用过渡法兰连接在一起，转子用导磁性能和导电性能良好的材料制成。转子通过法兰盘装在传动轴上，可随传动轴自由转动，定子两侧的转子和定子磁极间保持有极小而均匀的工作间隙，以使转子旋转时不会刮擦到定子磁极上。转子上可铸有扇叶，以便吹风散热。励磁线圈通电后在定子、转子间的工作间隙中产生磁场，转子相对定子转动后切割磁场，依据电磁感应定律在转子中产生涡流，涡流形成的磁场相对于定子的磁场产生制动转矩使车辆运行中受到制动转矩而起到缓速作用。但使用中发现存在的问题是：在车用直流电压24伏时，因工作间隙磁阻过大，故在工作间隙中产生足够的磁场强度时励磁线圈所需励磁电流过大，一般达到几十安培到一百多安培，汽车电池组负荷太大，有的车不得已只好另加发电机及供电电池。电涡流缓速器产生制动转矩是建立在电磁感应定律基础上的，制动转矩与感应电势、感应电流相关，而感应电势和感应电流都与转子转速有关，因此在高速及低速时，制动转矩都偏小，只有在一定的转速下制动转矩才达到峰值。其主要缺点是低速时制动转矩小，静止时无制动转矩。此外，因工作间隙磁阻大，使磁路截面大、励磁线圈体积大，导致产品体积大，重量大，影响产品的安装和推广应用。

最近又出现了一种新型的缓速器——轻量永磁式缓速器，其工作原理与电涡流缓速器基本相同，在国际上开始流行，但在国内的应用还很少。《商用汽车》杂志2003年第7期第74页“轻量永磁式缓速器”一文对这种轻量永磁缓速器的工作原理与结构作了介绍，其利用在永磁磁场中旋转的转子切割磁力线，依据电磁感应定律在转子中产生涡流并产生相应磁场，该磁场与定子的永磁磁场相互作用产生与旋转方向相反的转矩，使传动轴减速。这种轻量永磁式缓速器应用永磁体产生磁场，不用设置励磁线圈，故重量轻，耗电少，但制动转矩有限，且在车辆正常运行时其剩余制动转矩较大，应用范围有很大局限。而同刊介绍的液力缓速器存在着重量大、可靠性差、制动噪声大、汽车下坡时制动转矩锐减的问题，且从原理上讲该类使用液体涡流理论产生制动转矩的产品都存在着水涡流剩余转矩，故空载时耗能大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车用缓速器，它在车辆低速运行甚至静止时也能产生大的制动转矩，且励磁电流小、体积小、重量轻。

为解决上述技术问题，本发明的车用缓速器包括由软磁材料制成的定子和可相对于该定子旋转且由软磁材料制成的转子，该定子与转子之间形成径向工作间隙，在该定子上嵌装有励磁线圈；在由该定子与转子形成的工作间隙中填充着软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质，环绕所述励磁线圈形成一个行经由该定子、该定子与转子之间填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质的工作间隙和该转子构成的主磁通路径，从而在该励磁线圈通电时通过位于该定子与转子间形成的工作间隙中的软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质产生制动转矩。

采用这种结构的车用缓速器，当励磁线圈通入励磁电流后，在该励磁线圈周围由导磁材料构成的上述封闭主磁路中产生磁通，工作间隙中的软磁性粉末粒子在直流磁场下被磁化，首尾相吸形成磁性粉末粒子链，从而由磁场的电磁吸力控制的磁性粉末粒子链来传递制动转矩。由于这种车用缓速器的制动转矩主要是依靠电磁吸力产生而不是由电磁感应产生的，故传递的制动转矩与转子转速无关，在低速及静止时制动转矩大；此外，由于工作间隙中的软磁性粉末介质的磁导率高、磁阻小，因而磁路所需总磁势小，故励磁线圈所需电流小；尤其是制动转矩与转速无关，仅是励磁电流的函数，控制方便，可无级调节，增加了制动的舒适性。

作为本发明车用缓速器的第一种改进结构，定子包括外定子、内定子和由非磁性材料制成的隔磁环，内定子包括内定子本体和与内定子本体相配装的极靴，内定子本体通过隔磁环与外定子相连接，励磁线圈嵌装在该内定子本体和极靴两者的轴向之间；转子的杯形圆筒部分包括位于励磁线圈外侧的隔磁结构(例如是由非磁性材料制成的隔磁环或者是磁饱和结构)，以及在该隔磁结构两侧的、由导磁性材料制成的前圆筒段和后圆筒段；转子的杯形圆筒部分插入到内定子和外定子之间，且与内定子和外定子之间形成了用于填充软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质的工作间隙，该工作间隙以隔磁结构为界分成第一外工作间隙、第二外工作间隙、第一内工作间隙和第二内工作间隙，从而环绕该励磁线圈形成了由内定子本体、第一内工作间隙、转子的前圆筒段、第一外工作间隙、外定子、第二外工作间隙、转子的后圆筒段、第二内工作间隙、极靴而回到内定子本体的封闭主磁通路径。在这种改进结构中，由于有四个产生制动转矩的工作间隙，故体积小、重量轻、制动转矩大。

作为本发明车用缓速器的第二种改进结构，该定子包括定子本体和相配装到该定子本体中的极靴，励磁线圈嵌装在该定子本体和极靴两者的轴向之间；该转子的杯形圆筒部分插入到该定子本体和极靴两者的径向之间，且沿径向与该定子本体和极靴之间形成了用于填充软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质的工作间隙，其中位于该转子杯形圆筒部分外侧的是外工作间隙，位于该转子杯形圆筒部分内侧的是内工作间隙；从而环绕该励磁线圈形成了所述由该定子本体经该极靴、内工作间隙、该转子的杯形圆筒部分、外工作间隙再回到该定子本体的封闭主磁通路径。在此第二种改进结构中，由于只有两个产生制动转矩的工作间隙，故体积、重量比前一种改进结构略大，但其结构简单、工艺性好。

作为上述两种改进结构的进一步改进，可以在外定子或定子本体上设有散热片，以加强该车用缓速器的散热性能。尤其是还可以在外定子或定子本体中设有液体冷却管路时，这样可方便地对该车用缓速器进行液体强迫冷却，这种带有强迫冷却的车用缓速器可以用作大型车用缓速器。

作为本发明车用缓速器的第三种改进结构，该定子包括定子本体和与定子本体相配装的极靴，励磁线圈嵌装在该定子本体和极靴两者的轴向之间；转子带有散热叶片，该转子的圆筒部分位于该定子的径向外侧，且转子圆筒部分与定子本体和极靴的径向之间形成了用于填充软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质的工作间隙，该工作间隙包括两部分：转子圆筒部分与定子本体径向之间的右工作间隙和转子圆筒部分与极靴径向之间的左工作间隙；从而环绕该励磁线圈形成了由定子本体经右工作间隙、转子圆筒部分、左工作间隙、极靴再回到该定子本体的封闭主磁通路径。在此第三种改进结构中，虽然转子的结构复杂，且转动惯量加大了，但是将发热的外壳转动起来，且设有散热叶片使外表自然散热加强，有利于自然冷却的产品正常使用，因而可以在中小型产品中推广应用。

附图说明

下面结合附图所示实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明车用缓速器第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明车用缓速器第二种实施方式的结构示意图；

图3是本发明车用缓速器第三种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

在图1所示的本发明车用缓速器第一种实施方式的结构示意图中，定子由外定子11、内定子12、隔磁环13、轴承盖14和后盖15组成。外定子上开有固定安装孔114；为提高车用缓速器的散热性能，可以在由软磁材料制成的外定子11上设有散热片111；作为自然冷却的一种补充，还可以在该外定子11中设有液体冷却管路113及液体进出口接头112。由软磁材料制成的内定子12包括内子定本体121以及与内定子本体121相配装的极靴122，内定子本体121和极靴122两者沿着轴向在它们之间装入励磁线圈6，内定子本体121通过与其固定联接的、由非磁性材料制成的隔磁环13与外定子11用螺钉连接。然后，再装入轴承盖14和后盖15之后才形成定子1。转子2制成杯形，以减轻转子的转动惯量。转子2由其杯形的圆筒部分21、杯底处的支撑盘22和中心的转子轴23组成。该杯形圆筒部分21包括位于励磁线圈6外侧的隔磁结构212和在该隔磁结构212两侧且由导磁性材料制成的前圆筒段213和后圆筒段211。由软磁材料制成的杯形圆筒部分21是磁路的一部分，为了防止该圆筒部分21的两个圆筒段211、213之间产生过大的漏磁，位于其间的隔磁结构212可以由非磁性材料制成，也可以采用磁饱和结构。隔磁结构212可以是一个焊接在前、后圆筒段213和211之间的圆环，也可以在杯形圆筒部分21的相应位置上用使筒壁的环形横截面积变小的方法得到。该转子2的杯形圆筒部分21插入到内定子12和外定子11之间，且与内定子12和外定子11之间形成了可使转子2相对于定子1转动的工作间隙3，该工作间隙3被隔磁结构212分隔成第一外工作间隙312、第二外工作间隙311、第一内工作间隙322和第二内工作间隙321。在这些工作间隙之中填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4，该转子2的圆筒形部分及支撑盘22部分均开有孔，以便软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4在转子两侧流动，且为了更好地防止软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4进入励磁线圈6，在该励磁线圈6和隔磁结构212之间还可以设置非磁性材料制成的线圈挡粉环123。转子轴23依惯例可用实心轴，也可用空心轴，可用花键、普通键或用法兰盘与主动轴、从动轴联接。定子1与转子轴23之间安装轴承7和密封装置5。励磁线圈6可用单线圈，也可以设计成几组线圈，可单独或共同控制。采用这种结构后，环绕该励磁线圈6形成了一个由内定子本体121、第一内工作间隙322、转子2的前圆筒段213、第一外工作间隙312、外定子11、第二外工作间隙311、转子2的后圆筒段211、第二内工作间隙321、极靴122而回到内定子本体121的封闭主磁通路径8。

在如图1所示实施方式中，当励磁线圈6通入励磁电流后，则在该励磁线圈6周围由导磁材料构成的上述封闭主磁路8中产生磁通。工作间隙3中的软磁性粉末粒子在直流磁场作用下被磁化，首尾相吸形成磁性粉末粒子链，通过这种在定子1和转子2间由磁场的电磁吸力控制的磁性粉末粒子链来传递制动转矩。

这种实施方式由于有四个产生制动转矩的工作间隙，故体积小、重量轻、制动转矩大；在这种方案中由于车用缓速器的制动转矩主要是依靠电磁吸力而不是由电磁感应产生的，传递的制动转矩与转子转速无关，故在低速及静止时制动转矩大；由于在工作间隙填充了软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质，其磁导率高、磁阻小，因而磁路所需总磁势小，励磁线圈所需电流小；此外，由于制动转矩与转速无关，只是励磁电流的函数，控制方便，可无级调节，有液压式柔性控制特性，应用后增加了制动的舒适性；这种车用缓速器在长时间使用后可方便地更换软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质。此外，在这种结构中，因有轴承定位，不会产生转子磕碰类事故，产品寿命长。尤其是其不仅可以采用散热片进行自然冷却，也可以在外定子中设置液体冷却管路进行强迫冷却，因而具有良好的散热性能，这特别适用于大型车用缓速器。

图2示出了本发明另一种车用缓速器的实施方式。这种车用缓速器与图1所示车用缓速器的主要区别在于：不再将定子1分为外定子和内定子两个部件。该定子1包括定子本体120和与定子本体120相配装的极靴122，定子本体120和极靴122均由软磁材料构成。定子本体120和极靴122两者沿着轴向在它们之间装入励磁线圈6；该转子2由杯形的圆筒部分21和支撑盘22以及与输入轴、输出轴相联接的转子轴23组成。该转子2的杯形圆筒部分21插入到该定子本体120和极靴122两者的径向之间，且沿径向与该定子本体120和极靴122之间形成了用于填充所述软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4的工作间隙3，其中位于该转子2杯形圆筒部分21外侧的是外工作间隙31，位于该转子2杯形圆筒部分21内侧的是内工作间隙32；为了减少定子本体120与极靴122之间漏磁通以及防止软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4进入励磁线圈6，还可以在定子本体120和极靴122两者之间供转子2杯形圆筒部分21插入的空间靠近励磁线圈6处设置一个由非磁性材料制成的线圈档粉环124。在这种实施方式中，环绕该励磁线圈6形成了一个由该定子本体120经该极靴122、内工作间隙32、该转子2的杯形圆筒部分21、外工作间隙31再回到该定子本体120的封闭主磁通路径8。在这种实施方式中由于只有两个产生制动转矩的工作间隙，故体积、重量比第一种实施方式略大，但结构简单、工艺性好。当在定子本体120上装有散热片111进行自然冷却时，适用于中等及轻型车用缓速器；当在定子本体120中设置液体冷却管路113及与其相配的进出口接头112时，可方便地采用液体强迫冷却，也可以用于大型车用缓速器。

在图3所示的本发明第三种车用缓速器的实施方式中，其采用了外转子、内定子的结构。由软磁材料制成的定子1同样由定子本体120和与其相配装的极靴122构成，在定子本体120和极靴122沿轴向之间置入励磁线圈6，而在由软磁材料制成的转子2的圆筒部分21与定子本体120的径向之间以及转子2的圆筒部分21与极靴122的径向之间形成了可供转子2相对于定子1转动的工作间隙3，工作间隙3包括两部分：转子2的圆筒部分21与定子本体120径向之间的右工作间隙33和转子2的圆筒部分21与极靴122径向之间的左工作间隙34，在这些工作间隙中填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4。为了更好地防止软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质4进入励磁线圈6，还可以在该励磁线圈6处设置由非磁性材料制成的线圈挡粉环123。定子1通过自身的短轴伸出转子2外与设有连接孔16的联接盘17相联。定子1装入轴承7后用轴承盖14固定。转子2圆筒部分21的一端与支撑盘22相联，再与转子轴23相联接，另一端与端盖24相配合。转子2上带有散热叶片，这些散热叶片可以是位于转子2圆筒部分21上的散热片126，也可以是附于支撑盘22上的风扇叶片221，也可以是附于端盖24上的风扇叶片241，当然也可以采用其中的两种或三种。在这种实施方式中，环绕励磁线圈6形成了一个由定子本体120经右工作间隙33、转子2的圆筒部分21、左工作间隙34、极靴122再到达定子本体120的封闭主磁通路径8。采用这种结构，转子的结构复杂，且转动惯量加大了，但是能将发热的外壳转动起来，且设有散热片和风扇叶片使外表自然散热加强，有利于自然冷却的产品正常使用，因而可以在中小型产品中推广应用。

本发明具体实施方式不限于上述三种形式，如励磁线圈可安放于转子外部、内部或侧面；转子可设计成圆筒形、杯形、圆柱形；轴承可以安放于目前的中间位置，但若受空间限制，也可以安放于产品的两端或外侧；轴承可用滚动轴承，也可以用滑动轴承。只要在定子与转子转动的工作间隙中填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质，利用励磁线圈所产生的磁场使软磁性粉末介质磁化，从而通过这种在定子和转子间由磁场的电磁吸力控制的磁性粉末粒子链来传递制动转矩的技术方案均落入本发明的保护范围。此外，本发明的车用缓速器不仅适用于公路汽车车辆，也适用于农用机动车辆、有轨或无轨车辆；而且水平和垂直运输机械、倾斜运输机械及测试制动加载装置中应用的缓速器也属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车用缓速器，包括由软磁材料制成的定子(1)和可相对于该定子(1)旋转且由软磁材料制成的转子(2)，该定子(1)与转子(2)之间形成工作间隙(3)，在该定子(1)上嵌装有励磁线圈(6)，其特征在于：所述由该定子(1)与转子(2)形成的工作间隙(3)中填充着软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)，环绕所述励磁线圈(6)形成一个行经由该定子(1)、该定子(1)与转子(2)之间填充有软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)的工作间隙(3)和该转子(2)构成的主磁通路径(8)，从而在该励磁线圈(6)通电时通过位于该定子(1)与转子(2)形成的工作间隙(3)中的软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)产生制动转矩。

2.按照权利要求1所述的车用缓速器，其特征在于：所述定子(1)包括外定子(11)、内定子(12)和由非磁性材料制成的隔磁环(13)，该内定子(12)包括内定子本体(121)以及与该内定子本体(121)相配装的极靴(122)，该内定子本体(121)通过该隔磁环(13)与该外定子(11)相连接，所述励磁线圈(6)嵌装在该内定子本体(121)和极靴(122)两者的轴向之间；所述转子(2)的杯形圆筒部分(21)包括位于该励磁线圈(6)外侧的隔磁结构(212)以及在该隔磁结构(212)两侧的、由导磁性材料制成的前圆筒段(213)和后圆筒段(211)；该转子(2)的杯形圆筒部分(21)插入到该内定子(12)和外定子(11)之间，且与该内定子(12)和外定子(11)之间形成了所述用于填充软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)的工作间隙(3)，该工作间隙(3)以所述隔磁结构(212)为界分成第一外工作间隙(312)、第二外工作间隙(311)、第一内工作间隙(322)和第二内工作间隙(321)，从而环绕该励磁线圈(6)形成了所述由该内定子本体(121)、第一内工作间隙(322)、该转子(2)的前圆筒段(213)、第一外工作间隙(312)、该外定子(11)、第二外工作间隙(311)、该转子(2)的后圆筒段(211)、第二内工作间隙(321)、该极靴(122)而回到该内定子本体(121)的封闭主磁通路径(8)。

3.按照权利要求2所述的车用缓速器，其特征在于：所述外定子(11)上设置有散热片(111)。

4.按照权利要求2或3所述的车用缓速器，其特征在于：所述外定子(11)中设有液体冷却管路(113)。

5.按照权利要求2或3所述的车用缓速器，其特征在于：所述隔磁结构(212)为由非磁性材料制成的隔磁环或者为磁饱和结构。

6.按照权利要求1所述的车用缓速器，其特征在于：所述定子(1)包括定子本体(120)和与定子本体(120)相配装的极靴(122)，所述励磁线圈(6)嵌装在该定子本体(120)和极靴(122)两者的轴向之间；所述转子(2)的杯形圆筒部分(21)插入到该定子本体(120)和极靴(122)两者的径向之间，且沿径向与该定子本体(120)和极靴(122)之间形成了用于填充所述软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)的工作间隙(3)，其中位于该转子(2)杯形圆筒部分(21)外侧的是外工作间隙(31)，位于该转子(2)杯形圆筒部分(21)内侧的是内工作间隙(32)，从而环绕该励磁线圈(6)形成了所述由该定子本体(120)经该极靴(122)、内工作间隙(32)、该转子(2)的杯形圆筒部分(21)、外工作间隙(31)再回到该定子本体(120)的封闭主磁通路径(8)。

7.按照权利要求6所述的车用缓速器，其特征在于：所述定子本体(120)上设置有散热片(111)。

8.按照权利要求6或7所述的车用缓速器，其特征在于：所述定子本体(120)中设有液体冷却管路(113)。

9.按照权利要求1所述的车用缓速器，其特征在于：所述定子(1)包括定子本体(120)和与该定子本体(120)相配装的极靴(122)，所述励磁线圈(6)嵌装在该定子本体(120)和极靴(122)两者的轴向之间；所述转子(2)带有散热叶片(126)，该转子(2)的圆筒部分(21)位于该定子(1)的径向外侧，且该转子(2)的圆筒部分(21)与该定子本体(120)和极靴(122)的径向之间形成了所述用于填充所述软磁性粉末介质或含软磁性粉末的液体介质(4)的工作间隙(3)，该工作间隙(3)包括两部分：该转子(2)的圆筒部分(21)与该定子本体(120)径向之间的右工作间隙(33)和该转子(2)的圆筒部分(21)与该极靴(122)的径向之间的左工作间隙(34)；从而环绕该励磁线圈(6)形成了所述由该定子本体(120)经右工作间隙(33)、该转子(2)的圆筒部分(21)、左工作间隙(34)、该极靴(122)再回到该定子本体(120)的封闭主磁通路径(8)。

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