CN102497084B

CN102497084B - 一种径向阵列的永磁涡流缓速器

Info

Publication number: CN102497084B
Application number: CN 201110437138
Authority: CN
Inventors: 魏燕定; 郭远晶; 周晓军; 魏春雨; 罗竹辉; 余小勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102497084A

Abstract

本发明公开了一种径向阵列的永磁涡流缓速器。转子安装在传动轴上，传动轴安装在固定板中心孔中；双向丝杠轴的两端分别安装在固定板中心孔上方的孔中；三根直线光轴的两端分别固定在固定板中心孔前、后、下方的孔中；两个定子均由一个径向阵列永磁体环和一个保持架组成；永磁体环的一侧端面通过螺栓固定在保持架的端面上，永磁环的内、外环圆柱面分别与转子环形槽的内、外圆柱面间保持有径向间隙；保持架上均布有四个安装孔，其中上安装孔通过丝杠螺母与双向丝杠轴配合，其余三个安装孔分别通过直线轴承与直线光轴配合；伺服电机通过联轴器与双向丝杠轴连接。本发明中磁体利用率高、制动力矩大、响应时间快，并实现了制动力矩的无级调节。

Description

一种径向阵列的永磁涡流缓速器

技术领域

本发明涉及车辆用辅助制动装置，具体涉及一种径向阵列的永磁涡流缓速器。

背景技术

目前国内外车辆上使用的缓速器主要有液力缓速器和电涡流缓速器，其中电涡流缓速器一般由定子、转子、产生磁场的线圈及固定支架等组成。

电涡流缓速器工作时，电磁线圈通电产生磁场，旋转的转子切割磁力线的工作面内部无数个闭合导线所包围的面积内磁通量发生变化，从而在转子工作面上产生涡旋状的感应电流，即涡电流，涡电流产生后，电磁场对带电转子产生阻止转子旋转的阻力，即制动力，阻力方向由左手定则判断，阻力的合力沿转子工作面周向形成与转子旋转方向相反的制动力矩，车辆的动能最终通过电磁感应和电阻发热最终转化为热能散发，制动力矩的大小可以通过调节电磁线圈的通电电流来产生不同强度的磁场来实现。

相比于依靠电磁线圈产生工作磁场的电涡流缓速器，永磁涡流缓速器是利用永磁体产生工作磁场，因而具有体积小、重量轻、节能环保、可靠性高、维护成本低等优点，近几年来在国内外的车辆上也已进行了相关的试验和应用。

当前永磁涡流缓速器的永磁体排列方式普遍采用径向阵列，即数块瓦片形永磁体排列成一个圆环，每块永磁体的充磁方向为圆环径向，如图1所示，永磁体内箭头方向表示充磁方向，内外环上的细线表示磁力线走向。但采用径向阵列的永磁涡流缓速器，现有的结构基本上是阵列环一侧为安装面，另一侧为工作面，转子只能切割永磁体一侧磁场的磁力线产生涡流进行制动工作，另一侧磁场却不起作用，因此永磁体利用率低。

在发明名称为《车用永磁液冷缓速器》、《转子冷却式汽车液冷缓速器》，申请号分别为201019114044.6、201110089667.X的中国专利中，永久磁铁均匀固定在磁铁保持架上，构成了一个径向阵列的永磁体环。《车用永磁液冷缓速器》的永磁体环内圆柱面为安装面，工作磁场为永磁体环外侧磁场；《转子冷却式汽车液冷缓速器》的磁体环外圆柱面为安装面，工作磁场为永磁体环内侧磁场。它们都只利用永磁体环的一侧磁场进行涡流制动工作，另一侧为安装面而导致该侧磁场无法利用，因此，永磁体利用率很低。

发明内容

针对上述现有的永磁涡流缓速器永磁体利用率低，以及永磁涡流缓速器不能通过改变磁场强度来实现制动力矩的无级调节，本发明的目的在于提供一种径向阵列的永磁涡流缓速器，以径向阵列永磁体环的端面为安装面，径向阵列永磁体环的内、外侧磁场均为工作磁场，并利用双向丝杠来驱动两个定子沿轴向快速趋近或分离，实现径向阵列永磁体环的内、外圆柱面与转子工作面的重合面积，即工作面积的连续调节，从而达到制动力矩无级调节的目的。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括左固定板、右固定板、传动轴、转子、伺服电机、联轴器、电机固定架、双向丝杠轴、两个旋向相反的丝杠螺母、三根直线光轴、两个结构相同的定子。由导磁材料制成的转子，通过键安装在传动轴上，转子外圈有两个对称的环形槽，环形槽的内、外圆柱面构成转子的工作面；传动轴的两端分别通过轴承安装在左、右固定板的中心孔中；双向丝杠轴的两端分别通过轴承安装在左、右固定板中心孔上方的孔中；三根直线光轴的两端分别通过螺母固定在左、右固定板中心孔前、后、下方的孔中；两个定子均由一个径向阵列永磁体环和一个保持架组成；径向阵列永磁体环的一侧端面通过螺栓固定在保持架的端面上，径向阵列永磁环的内、外圆柱面与转子的工作面同轴，径向阵列永磁环的内、外环圆柱面分别与转子环形工作槽的内、外圆柱面间保持有径向间隙；保持架上均布有四个安装孔，其中上安装孔通过丝杠螺母与双向丝杠轴配合，其余三个安装孔分别通过直线轴承与各自的直线光轴配合；伺服电机通过电机固定架安装在左固定板外侧，伺服电机输出轴通过联轴器与双向丝杠轴连接。

所述的径向阵列永磁环内圆柱面与转子环形槽内圆柱面间的径向间隙以及径向阵列永磁环外圆柱面与转子环形槽外圆柱面间的径向间隙均为0.5～2mm。

本发明具有的有益效果是：

1）本发明充分利用了径向阵列永磁体环的内外侧磁场，相比于现有的径向阵列永磁涡流缓速器，永磁体利用率提高一倍，因此，在永磁体体积相同的条件下，本发明的制动力矩提高一倍。

2）采用伺服电机和丝杠驱动定子轴向移动，传动易于控制，定子定位准确，工作面积调节方便，因而制动力矩调节准确、简便。此外，相比于单向丝杠驱动单个定子，在达到相同工作面积的条件下，本发明采用的双向丝杠驱动两个定子的响应速度要快一倍，更适合于紧急制动的场合。

3）采用直线轴承和直线光轴对定子的轴向直线移动进行支撑和导向，使定子移动稳定、顺畅、可靠性高，并使得缓速器散热条件好。

附图说明

图1是径向阵列永磁体环的结构形式及其磁场分布示意图；

图2是本发明工作状态的总体示意图；

图3是本发明非工作状态的总体示意图；

图4是本发明工作状态的剖面示意图；

图5是本发明非工作状态的剖面示意图；

图中：1.伺服电机，2.联轴器，3.电机固定架，4，5.角接触球轴承，6.双向丝杠轴，7，14. 螺栓，8，13.左、右径向阵列永磁体环，9，12.左、右丝杠螺母，10，11.左、右保持架，15.深沟球轴承，16.传动轴，17.左固定板，18.直线光轴，19，21.左、右直线轴承，20.转子，22.圆螺母，23.右固定板。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

如图2、图3、图4、图5所示，一种径向阵列的永磁涡流缓速器，包括左固定板17、右固定板23、传动轴16、转子20、伺服电机1、联轴器2、电机固定架3、双向丝杠轴6、旋向相反的左、右丝杠螺母9、12、三根直线光轴18、两个结构相同的定子。由导磁材料制成的转子20，通过键安装在传动轴16上，转子20一端靠轴肩，另一端用圆螺母22固定；转子20外圈有两个对称的环形槽，环形槽的内、外圆柱面构成转子20的工作面；转子毂与转子外圈间的腹板加工成风扇叶片状，转子20随传动轴16转动时，产生的轴向气流将制动时产生的热量带走。传动轴16的两端分别通过轴承安装在左、右固定板17、23的中心孔中。双向丝杠轴6左、右两半段螺纹参数相同，旋向相反；两端分别通过轴承安装在左、右固定板17、23中心孔上方的孔中；双向丝杠轴6的安装形式为固定—游动型，左端通过一对角接触球轴承4、5安装到左固定板17上，右端通过一个深沟球轴承15安装到右固定板23上。三根直线光轴18的两端分别通过螺母固定在左、右固定板17，23中心孔前、后、下方的孔中。两个定子分别由左、右径向阵列永磁体环8、13和左、右保持架10、11组成；左、右径向阵列永磁体环8、13的一侧端面分别通过螺栓7、14固定在左、右保持架10、11的端面上；左、右径向阵列永磁体环8、13的内、外圆柱面与转子20的工作面同轴；左、右径向阵列永磁体环8、13的内、外圆柱面分别与转子20环形槽的内、外圆柱面间保持有径向间隙。左、右保持架10、11上分别均布有四个安装孔，其中左保持架10的上安装孔与右保持架11的上安装孔分别通过左、右丝杠螺母9、12与双向丝杠轴6配合，左保持架10其余三个安装孔与右保持架11其余三个安装孔分别通过左、右直线轴承19、21与各自的直线光轴18配合；伺服电机1通过电机固定架3安装在左固定板17外侧，伺服电机1输出轴通过联轴器2与双向丝杠轴6连接。

所述的左、右径向阵列永磁体环8、13内圆柱面与转子20环形槽内圆柱面间的径向间隙以及左、右径向阵列永磁体环8、13外圆柱面与转子20环形槽外圆柱面间的径向间隙均为0.5～2mm。

本发明的工作方式为:

径向阵列的永磁涡流缓速器工作时，伺服电机1旋转，带动双向丝杠轴6旋转，从而驱动两个定子沿轴向快速趋近，当左、右径向阵列永磁体环8、13嵌入到转子20的环形槽中时，左、右径向阵列永磁体环8、13的内、外圆柱面与转子20的工作面有重合面积，旋转的转子20切割磁力线的工作面内部无数个闭合导线所包围的面积内磁通量发生变化，从而在转子20工作面上产生涡旋状的感应电流，即涡电流。涡电流产生后，左、右径向阵列永磁体环8、13的内、外侧磁场对带电转子产生阻止转子20旋转的阻力，即制动力，阻力方向由左手定则判断，阻力合力沿转子20工作面周向形成与转子20旋转方向相反的制动力矩，当左、右径向阵列永磁体环8、13与转子20工作面完全重合时，制动力矩达到最大值，车辆的动能最终通过电磁感应和电阻发热最终转化为热能散发。

径向阵列的永磁涡流缓速器不需要制动时，伺服电机1反转，带动双向丝杠轴6反转，从而驱动两个定子快速分离至转子20两个端面外侧，使得左、右径向阵列永磁体环8、13的内、外圆柱面与转子20工作面相互错开，左、右径向阵列永磁体环的8、13的内、外侧磁场无法对转子20产生作用，转子20外圆柱面上不会产生涡电流，因而无法产生制动力矩，最终解除对车辆的制动。

Claims

1.一种径向阵列的永磁涡流缓速器，包括左固定板（17）、右固定板（23）、传动轴（16）、转子（20）、光轴、电机固定架（3）；其特征在于，还包括：伺服电机（1）、联轴器（2）、双向丝杠轴（6）、两个旋向相反的丝杠螺母、三根直线光轴、两个结构相同的定子；由导磁材料制成的转子（20），通过键安装在传动轴（16）上，转子（20）外圈有两个对称的环形槽，环形槽的内、外圆柱面构成转子（20）的工作面；传动轴（16）的两端分别通过轴承安装在左、右固定板（17、23）中心孔中；双向丝杠轴（6）的两端分别通过轴承安装在左、右固定板（17，23）中心孔上方的孔中；三根直线光轴的两端分别通过螺母固定在左、右固定板（17，23）中心孔前、后、下方的孔中；两个定子均由一个径向阵列永磁体环和一个保持架组成；径向阵列永磁体环的一侧端面通过螺栓固定在保持架的端面上，径向阵列永磁环的内、外圆柱面与转子（20）的工作面同轴，径向阵列永磁环的内、外圆柱面分别与转子（20）环形槽的内、外圆柱面间保持有径向间隙；每个保持架上均布有四个安装孔，其中上安装孔通过丝杠螺母与双向丝杠轴（6）配合，其余三个安装孔分别通过直线轴承与各自的直线光轴配合；伺服电机（1）通过电机固定架（3）安装在左固定板（17）外侧，伺服电机（1）输出轴通过联轴器（2）与双向丝杠轴（6）连接。

2.如权利要求1所述的一种径向阵列的永磁涡流缓速器，其特征在于：所述的径向阵列永磁环内圆柱面与转子（20）环形槽内圆柱面间的径向间隙以及径向阵列永磁环外圆柱面与转子（20）环形槽外圆柱面间的径向间隙均为0.5～2mm。