CN102059954A - 电动驻车制动系统及其永磁直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动驻车制动系统及其永磁直流电机，永磁直流电机(14)括定子和安装到定子内的转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组，所述绕组缠绕转子铁芯的齿并电连接到换向器的换向片，所述绕组包括若干线圈组，每个线圈组包括至少两个线圈(C21，C26)，每个线圈组中的各个线圈(C21，C26)都缠绕到相同的齿(T1，T2)并连接到相同的一对换向片(S1，S2)。本发明的电机的每个线圈组都具有并联的两个线圈，即使某个线圈出现了断路，其他线圈依然能够继续工作，电机的性能不会有明显的下降，从而确保电机能够顺利执行制动功能，提高了电动驻车制动系统的安全性。

Description

电动驻车制动系统及其永磁直流电机
技术领域
本发明涉及汽车制动，具体涉及汽车的电动驻车制动(EPB)系统及其使用的永磁直流电机。
背景技术
汽车的制动系统主要包括行车制动系统和驻车制动系统，行车制动系统主要用于在汽车行驶时临时降低车速，而驻车制动系统主要用于防止已经停止的车辆溜动。传统的驻车制动系统是手动操作的，所以又称为“手刹”。装配手刹的汽车在斜坡起步时，驾驶者需要手动释放手刹，并熟练地配合油门踏板、离合器等启动汽车，对驾驶者的要求较高。
随着技术的发展，电动驻车制动(EPB)系统逐渐取代传统的机械手刹，成为汽车的重要功能组件。EPB系统能够在停车等待红灯时、临时停车时、汽车意外熄火时、车钥匙被拔出时等情况下自动启动四轮制动，防止车辆溜动。当汽车需要解除静止状态时，驾驶员只需轻踩油门踏板就可以解除制动。EPB系统是通过电机驱动制动件来实现制动的，因此，电机的故障将直接导致EPB系统的故障。其中一种不可忽视的电机故障是电机绕组的断路。以使用两根电刷的直流永磁电机(PMDC)电机为例，参考图5，线圈C31缠绕转子铁芯的齿T1和T2并端接到换向片S1和S2，线圈C32缠绕转子铁芯的齿T2和T3并端接到换向片S2和S3，其他线圈依此类推。所述两根电刷将这些线圈分成两个并联支路，这种情况下，如果电机绕组的某个线圈例如C31出现了断路，将会导致其中一个支路断路，从而导致电机内只有一个并联支路在工作，导致电机性能下降，进而无法准确地执行制动，甚至，电机会因为绕组不平衡而停止转动，从而导致EPB系统彻底故障。
因此，亟需一种更为安全可靠的电动驻车制动系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种更可靠的电动驻车制动系统，该电动驻车制动系统包括电动控制单元、永磁直流电机、变速箱、制动件以及若干传感器，所述电动控制单元根据所述传感器的检测信号控制所述永磁直流电机，所述永磁直流电机包括定子和安装到定子内的转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组，所述转轴通过所述变速箱驱动所述制动件，所述绕组缠绕转子铁芯的齿并电连接到换向器的换向片，所述绕组包括若干线圈组，每个线圈组包括至少两个线圈，每个线圈组内的各个线圈都缠绕到相同的齿并连接到相同的一对换向片。
优选地，所述绕组包括内层绕组和外层绕组，内层绕组的线圈比外层绕组的线圈更靠近转子铁芯的中心；每个线圈组包括两个线圈，其中一个线圈位于内层绕组，另一个线圈位于外层绕组。
优选地，所述内层绕组和外层绕组由同一根绕线连续缠绕而成。
优选地，转子铁芯中，每两个相邻的齿形成绕线槽用于收容所述绕组，所述绕线槽相对于转子铁芯的轴向倾斜。
本发明还提供一种适用于电动驻车制动系统的永磁直流电机，该永磁直流电机，包括定子和安装到定子内的转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组，所述绕组缠绕转子铁芯的齿并电连接到换向器的换向片，所述绕组包括若干线圈组，每个线圈组包括至少两个线圈，所述两个线圈都缠绕到相同的齿并连接到相同的一对换向片。
与现有的电动驻车制动系统相比，本发明的电动驻车制动系统更加可靠，即使某个线圈的出现了断路，其他线圈还能够继续工作，且电机的性能不会有明显的下降，从而确保电机能够顺利执行制动功能，提高了电动驻车制动系统的安全性和可靠性。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
附图中：
图1是本发明的电动驻车制动系统的示意图；
图2是本发明一个实施例中的转子铁芯及其绕组的示意图；
图3是图2所示的一个线圈组的电路连接关系示意图；
图4是本发明另一个实施例的电机的转子铁芯的示意图；以及
图5是现有的一种电动驻车制动系统的绕组的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是本发明的电动驻车制动(EPB)系统的示意图。该电动驻车制动系统包括电动控制单元(ECU)9、制动部分10以及若干传感器8。其中，传感器8检测汽车的运行情况并向电动控制单元9反馈检测结果。电动控制单元9对传感器8提供的检测结果进行分析和计算后向制动部分10发出控制指令。制动部分10根据控制指令对随着车轮转动的刹车碟19进行制动，从而实现对汽车的制动。
制动部分10包括驱动器11、制动件17和支撑架18，其中，支撑架18安装到汽车上，相对于汽车的车轮静止，而驱动器11和制动件17都安装到支撑架18上。制动件17又称为刹车片或者刹车皮，用于摩擦刹车碟19从而实现制动。驱动器11包括电机14、变速箱15及其输出轴16，电机14运行时，变速箱15对电机14的输出进行变速并最终转换成输出轴16的轴向运动。在刹车时，沿轴向移动的输出轴16通过活塞推动制动件17，使制动件17与刹车碟19发生摩擦从而实现制动，或者使制动件17与刹车碟19分离从而解除制动。
电机14是永磁直流(PMDC)电机，包括定子和安装到定子内的转子，转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组。绕组包括缠绕在转子铁芯的电枢齿上，并通过换向器的换向片连接外部电源。电机14是可以双向转动的电机，在需要制动时，受控的电机14驱使两个制动件17与刹车碟19发生摩擦；相反，在需要解除制动时，电机14可以反向转动，使制动件17与刹车碟19分离。
图2是本实施例的电机的转子铁芯及其绕组的示意图。如图2所示，转子铁芯具有5个齿T1～T5，相邻的两个齿之间形成绕线槽36用于收容绕组。绕组包括C21～C30共10个线圈，这10个线圈分成5个线圈组，其中，线圈C21和C26作为一个线圈组，线圈C22和C27作为一个线圈组，线圈C23和C28作为一个线圈组，线圈C24和C29作为一个线圈组，线圈C25和C30作为一个线圈组。图3是其中一个线圈组的电路连接关系的示意图。参考图2和图3，每个线圈组中的两个线圈都缠绕相同的齿，并电连接到相同的一对换向片。例如，线圈C21和线圈C26都是缠绕齿T1和T2，并与换向片S1和S2电连接，从而实现并联。在这种情况下，即使某个线圈例如线圈C21出现断路，该线圈组中的其他线圈例如线圈C26还能继续工作，其他线圈组的线圈也能继续工作，因此，电机的性能几乎不受影响，从而提高了电动驻车制动系统的可靠性和安全性。
下面表1是一个实施例的电机中进行的测试结果。
Figure B2009101097412D0000041
表1：本发明一个实施例的电机的测试数据
参考表1，可见，本实施例的电机在负载以及驻车的时候，即使某个线圈的部分线圈出现断路，电机的性能并没有明显下降。
再次参考图2，本实施例中，绕组包括内层绕组和外层绕组，内层绕组包括线圈C21～C25这五个线圈，外层绕组包括线圈C26～C30这五个线圈。在绕线时，先绕制内层绕组(也就是线圈C21～C25)，然后接着绕制外层线圈(也就是线圈C26～C30)，因此，在转子铁芯的径向方向上内层绕组的线圈比外层绕组的线圈更靠近转子铁芯的中心。这种情况下，内层绕组和外层绕组可以由同一根绕线连续缠绕而成。每个线圈组中，一个线圈属于内层绕组，另一个线圈属于外层绕组。本领域的技术人员应当意识到，如果转子铁芯具有偶数个齿，那么，在绕线时可以采用双飞叉(flyer)绕线法，这两个飞叉从转子铁芯的两侧同时开始绕线，共同绕完内层绕组后，继续绕制外层绕组。也就是说，每个飞叉绕制内层绕组中的一半数量的线圈以及外层绕组中的一半数量的线圈。这种情况下，内层绕组的一半数量的线圈和外层绕组的一半数量的线圈由同一根绕线连续缠绕而成，内层绕组的其他线圈和外层绕组的其他线圈由另一根绕线连续缠绕而成。
本实施例中，换向器的换向片数量等于转子铁芯的齿数，因此，每个换向片直接连接4个线圈，其中两个线圈属于内层绕组，另外两个线圈属于外层绕组。换言之，在绕制内层绕组时，每个换向片的铜钩需要挂接一次绕线；而在绕制外层绕组时，每个换向片的铜钩又要挂接一次绕线。
再次参考图2，每个齿的外周表面上还具有两个盲槽35，这两个盲槽35将齿的外周表面分成面积基本相等的三部分。本发明中，盲槽是指位于齿的外周表面上且不绕线的凹槽。盲槽35能够减小电机的震动和噪音。本实施例中，绕线槽35、盲槽36都沿着转子铁芯的轴向延伸。
图4是本发明另一个优选实施例的电机转子铁芯的示意图。本实施例的转子铁芯与图2所示的转子铁芯的区别在于，本实施例的转子铁芯的绕线槽是斜槽，也就是说，绕线槽相对于转子铁芯的轴向倾斜，倾斜角为10°至30°之间。这种设置能够改善电机的震动和噪音。此外，本实施例中，齿的外周表面不需要设置盲槽。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。例如，每个线圈组可以包含n个线圈，n是大于或等于2的整数。

Claims (11)

1.一种电动驻车制动系统，包括电动控制单元(9)、永磁直流电机(14)、变速箱(15)、制动件(17)以及若干传感器(8)，所述电动控制单元(9)根据所述传感器(8)的检测信号控制所述永磁直流电机(14)，所述永磁直流电机(14)包括定子和安装到定子内的转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组，所述转轴通过所述变速箱(15)驱动所述制动件(17)，所述绕组缠绕转子铁芯的齿并电连接到换向器的换向片，其特征在于，所述绕组包括若干线圈组，每个线圈组包括至少两个线圈(C21，C26)，每个线圈组中的各个线圈都缠绕到相同的齿(T1，T2)并连接到相同的一对换向片(S1，S2)。
2.根据权利要求1所述的电动驻车制动系统，其特征在于，所述绕组包括内层绕组和外层绕组，内层绕组的线圈比外层绕组的线圈更靠近转子铁芯的中心；每个线圈组包括两个线圈，其中一个线圈位于内层绕组，另一个线圈位于外层绕组。
3.根据权利要求2所述的电动驻车制动系统，其特征在于，所述内层绕组和外层绕组由同一根绕线连续缠绕而成。
4.根据权利要求2或3所述的电动驻车制动系统，其特征在于，其特征在于，转子铁芯中，每两个相邻的齿形成绕线槽(36)用于收容所述绕组，所述绕线槽相对于转子铁芯的轴向倾斜。
5.一种用于电动制动系统的永磁直流电机，包括定子和安装到定子内的转子，所述转子包括转轴、固定到转轴的换向器、转子铁芯及其绕组，所述绕组缠绕转子铁芯的齿并电连接到换向器的换向片，其特征在于，所述绕组包括若干线圈组，每个线圈组包括至少两个线圈(C21，C26)，每个线圈组中的各个线圈(C21，C26)都缠绕到相同的齿(T1，T2)并连接到相同的一对换向片(S1，S2)。
6.如权利要求5所述的永磁直流电机，其特征在于，所述绕组包括内层绕组和外层绕组，内层绕组的线圈比外层绕组的线圈更靠近转子铁芯的中心；每个线圈组包括两个线圈，其中一个线圈位于内层绕组，另一个线圈位于外层绕组。
7.如权利要求6所述的永磁直流电机，其特征在于，所述内层绕组和外层绕组由同一根绕线连续缠绕而成。
8.如权利要求6所述的永磁直流电机，其特征在于，所述转子具有偶数个齿，所述内层绕组的一部分线圈和所述外层绕组的一部分线圈由同一根绕线连续缠绕而成，所述内层绕组的其他线圈和所述外层绕组的其他线圈由另一根绕线连续缠绕而成。
9.如权利要求5至8中任意一项所述的永磁直流电机，其特征在于，转子铁芯中，每两个相邻的齿形成一个绕线槽(36)用于收容所述绕组，所述绕线槽相对于所述转子铁芯的轴向倾斜。
10.如权利要求5至8中任意一项所述的永磁直流电机，其特征在于，转子铁芯中，每两个相邻的齿形成一个绕线槽(36)用于收容所述绕组，每个齿的外周表面上具有盲槽(35)，所述绕线槽和所述盲槽都基本上平行于所述转子铁芯的轴向。
11.如权利要求10所述的永磁直流电机，其特征在于，所述转子铁芯具有五个齿(T1-T5)，每个齿的外周表面具有两个盲槽(35)。
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