CN103273850B - 一种电磁制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁制动系统，该电磁制动系统包括减速齿轮、行星齿轮系、发电机、电机、控制器和蓄电池组，减速齿轮通过车轴与车轮联接。减速齿轮在离合器的推动下能够沿车轴轴向方向移动控制所述减速齿轮与行星齿轮系的啮合或脱离。行星齿轮系的一端与发电机相联接，行星齿轮系的另一端与电机相联接。控制器分别与发电机、电机和蓄电池组连接，控制器控制发电机回收制动过程中消耗的能量储存在蓄电池组中，并控制电机为车轮提供额外的制动力矩。该电磁制动系统通过电磁转矩的方式来提供刹车所需的制动力矩，避免了由于摩擦造成的零部件磨损问题，可以回收利用在车辆制动时消耗的能量，提高能源利用率。

Description

一种电磁制动系统

技术领域

本发明属于车辆制动应用领域，具体涉及一种电磁制动系统。

背景技术

现有的车辆制动系统大部分采用油液制动系统，油液制动系统采用刹车片与刹车盘相挤压产生滑动摩擦的方式实现车辆的制动，即刹车。刹车片与刹车盘之间的滑动摩擦会造成刹车片和刹车盘的接触表面磨损，致使零部件的工作寿命缩短，达到一定的磨损程度就需要对零部件进行更换。而且，车辆制动系统的制动性能也会由于零部件的损耗而下降。

在刹车片与刹车盘相互摩擦的过程中，会产生大量的热能，如果不能及时散热，也会造成制动性能的下降。这部分热能是由车辆通过消耗汽油等资源而产生的车辆行驶动能转化来的，由于摩擦而产生的热能耗散本身就是对能量的一种浪费，而这一部分热能又不能通过合适的方法收集起来加以利用，造成能源的浪费。

现有的油液制动系统是通过控制加载在刹车盘上的载荷，来实现车辆制动力度的调整，但是车辆制动力度的线性度难以保持。特别是在车辆长时间制动时，刹车片与刹车盘过热，车辆制动力度的线性度更差，会使驾驶员产生不舒适的刹车感受。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁制动系统，该制动系统通过电磁转矩的方式来提供刹车所需的制动力矩，避免了由于摩擦造成的零部件磨损问题，在提高制动性能的同时，可以回收利用在车辆制动时消耗的能量，提高能源利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种电磁制动系统，包括减速齿轮、行星齿轮系、发电机、电机、控制器和蓄电池组，所述减速齿轮通过车轴与车轮相联接。所述减速齿轮能够沿所述车轴轴向方向移动，所述减速齿轮移动至所述行星齿轮系径向位置时，所述减速齿轮与所述行星齿轮系相啮合。所述行星齿轮系的一端与所述发电机相联接，所述行星齿轮系的另一端与所述电机相联接；所述控制器分别与所述发电机、所述电机和蓄电池组电气连接。

进一步的，所述电磁制动系统还包括制动离合器，所述制动离合器能够推动所述减速齿轮沿所述车轴轴向方向移动。所述制动离合器包括推杆和第一滚子限位装置，所述第一滚子限位装置的滚子与所述减速齿轮的侧面相接触且能够沿所述减速齿轮的侧面滚动。

进一步的，所述行星齿轮系包括齿圈、若干个行星轮、行星架和太阳轮，所述齿圈的内表面为内齿面，所述齿圈的外表面为外齿面，所述齿圈的内齿面和外齿面均设有轮齿。行星轮沿圆周方向均匀地安装在所述行星架上且能够自由转动，所述行星轮分别与所述齿圈的内齿面和所述太阳轮相啮合。

进一步的，所述太阳轮的转轴与所述发电机相联接，所述行星架的转轴与所述电机相联接。

进一步的，所述制动离合器推动所述减速齿轮移动至所述行星齿轮系径向位置时，所述减速齿轮与所述齿圈的外齿面相啮合。

进一步的，在所述齿圈外侧一定距离处设有齿条，所述齿条能够沿所述齿圈径向方向移动。所述齿条移动至所述齿圈的外表面位置时，所述齿条能够与所述齿圈的外齿面相啮合。

进一步的，所述电磁制动系统还包括固定安装的第二滚子限位装置，所述第二滚子限位装置中的滚子与所述齿圈的侧面相接触且能够沿所述齿圈的侧面滚动。

进一步的，所述发电机为直流发电机，所述电机为直流电机，分别从所述发电机的轴端方向和所述电机的轴端方向看去，所述发电机的转轴的旋转方向与所述电机的转轴的旋转方向相反。

进一步的，所述行星轮的数量为大于等于2的整数。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的一种电磁制动系统采用电磁制动方式来代替现有的摩擦制动方式，避免了由于摩擦造成的零部件磨损及制动性能下降问题，延长了车辆制动系统的工作寿命。

2、本发明所述的一种电磁制动系统可以回收车辆制动时消耗的车辆行驶动能，将能量以发电的形式储存起来，循环利用，提高了能源利用率。

3、本发明所述的一种电磁制动系统通过控制电机的输出功率的方式，来实现制动力度的调整，保证制动力度的线性度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明一种电磁制动系统实施例的结构示意图；

图2为本发明一种电磁制动系统实施例在非制动工况下的状态示意图；

图3为本发明实施例的行星齿轮系在制动起始阶段的轴向状态示意图；

图4为本发明实施例的行星齿轮系在制动中间阶段的轴向状态示意图；

图5为本发明实施例的行星齿轮系在制动结束阶段的轴向状态示意图。

具体实施方式

参照图1和图2。一种电磁制动系统，由减速齿轮2、行星齿轮系3、发电机4、电机5、控制器6、制动离合器8和蓄电池组61组成，所述减速齿轮2通过车轴11与车轮1相联接，所述减速齿轮2在车轮的带动下转动。

所述制动离合器8能够推动所述减速齿轮2沿所述车轴11轴向方向移动。所述制动离合器8包括推杆81和第一滚子限位装置82，所述第一滚子限位装置82的滚子与所述减速齿轮2的侧面相接触且能够沿所述减速齿轮2的侧面滚动。所述推杆81为推动所述减速齿轮2沿所述车轴11轴向方向移动提供推力，所述第一滚子限位装置82起到将推力传递至所述减速齿轮2及限位的作用。

所述行星齿轮系3包括齿圈31、4个行星轮32、行星架33和太阳轮34，所述齿圈31的内表面为内齿面，所述齿圈31的外表面为外齿面，所述齿圈31的内齿面和外齿面均设有轮齿。4个行星轮32沿圆周方向均匀地安装在所述行星架33上且能够自由转动，所述行星轮32分别与所述齿圈31的内齿面和所述太阳轮34相啮合。

当所述的电磁制动系统处于制动状态时，所述制动离合器8推动所述减速齿轮2移动至所述行星齿轮系3径向位置，此时，所述减速齿轮2与所述齿圈31的外齿面相啮合。当所述的电磁制动系统处于非制动状态时，所述制动离合器8推动所述减速齿轮2与所述行星齿轮系3相脱离，避免在非制动状态下消耗能量。

所述太阳轮34的转轴与所述发电机4相联接，所述行星架33的转轴与所述电机5相联接。所述发电机4为直流发电机，所述电机5为直流电机，分别从所述发电机4的轴端方向和所述电机5的轴端方向看去，所述发电机4的转轴的旋转方向与所述电机5的转轴的旋转方向相反。

所述控制器6分别与所述发电机4、所述电机5和蓄电池组61电气连接。所述控制器6控制所述发电机4在行星齿轮系3的带动下转动发电，并将发出的电储存在所述蓄电池组61中。所述控制器6控制所述电机5的转动状态，为所述电磁制动系统的制动工况提供额外的制动力。所述蓄电池组61为所述电机5提供电能，并可以为车辆的其他用途提供电能。

在所述齿圈31外侧一定距离处设有齿条7，所述齿条7能够沿所述齿圈31径向方向移动。在电磁制动系统的制动结束阶段，所述齿条7移动至所述齿圈31的外表面位置，所述齿条7与所述齿圈31的外齿面相啮合，起到完全制动的作用。

所述电磁制动系统还包括固定安装的第二滚子限位装置9，所述第二滚子限位装置9中的滚子与所述齿圈31的侧面相接触且能够沿所述齿圈31的侧面滚动。所述第二滚子限位装置9起限位作用，避免所述齿圈31沿轴向方向移动。

参照图1至图5，具体阐述本发明所述电磁制动系统在非制动状态下的工况和制动状态下各阶段的工况。

a、非制动状态

所述制动离合器8将所述减速齿轮2与所述行星齿轮系3的齿圈31相脱离，此时，所述电磁制动系统不对车辆提供制动力，车辆可以正常行驶。

b、制动状态

所述制动离合器8推动所述减速齿轮2与所述行星齿轮系3的齿圈31相啮合，此时，所述电磁制动系统对车辆提供制动力，使车辆刹车。

1）制动起始阶段

此时，所述齿条7与所述齿圈31处于相脱离的状态。

在制动起始阶段，所述减速齿轮2在车轮1的带动下高速旋转，所述减速齿轮2带动所述齿圈31沿顺时针方向旋转。此时，所述电机5处于停机状态，所述行星架33不发生转动，所述行星轮32在所述齿圈31的驱动下沿顺时针方向旋转。同时，所述太阳轮34在所述行星轮32的驱动下沿逆时针方向旋转，进而，所述太阳轮34驱动所述发电机4旋转发电。由于此时的车轮1的转速较高，所述发电机4的输出功率也较高，所述发电机4能提供较大的电磁反转矩，为车轮1提供足够的制动力矩。

在制动起始阶段，沿所述发电机4的轴端看去，所述发电机4沿顺时针方向转动；所述电机5不转动。

2）制动中间阶段

此时，所述齿条7与所述齿圈31仍处于相脱离的状态。

在制动起始阶段，所述车轮1的转速逐渐降低，由于所述行星架33不转动，会使得所述太阳轮34随着车轮1转速的降低而降低，所述发电机4的输出功率也随之降低，进而无法为车轮1提供足够的制动力矩。

在制动中间阶段，为了给所述车轮1提供额外的制动力矩，所述控制器6控制启动所述电机5，所述电机5带动所述行星架33沿逆时针方向转动，此时，所述行星轮32仍旧沿顺时针方向转动，所述太阳轮34仍旧沿逆时针方向转动。由于所述行星架33和所述行星轮32同时转动，且所述电机5提供了额外的功率，使得所述太阳轮34的转速增加，所述发电机4的转速和输出功率也会相应增加。所述发电机4和所述电机5的共同为车轮1提供制动力矩，提高了在制动中间阶段本发明所述的电磁制动系统的制动性能。

在制动中间阶段，沿所述发电机4的轴端看去，所述发电机4沿顺时针方向转动；沿所述电机5的轴端看去，所述电机5沿逆时针方向转动。

3）制动结束阶段

在制动结束阶段，车轮1的转速趋近于零，因此，所述齿圈31的转速也趋近于零。此时，所述控制器6控制关闭所述电机5，为了避免车轮1发生反向转动，控制所述齿条7移动至与所述齿圈31的外齿面相啮合的位置，使车辆完全刹车。

所述行星架33在惯性的作用下，仍然会继续沿逆时针方向继续转动一段时间。由于此时所述齿圈31处于静止状态，所述太阳轮34会在所述行星架33的驱动下转动，并带动所述发电机4继续发电，所述控制器6回收发电机4输出的多余的电能至蓄电池组61储存起来。

在制动结束阶段，沿所述发电机4的轴端看去，所述发电机4沿顺时针方向转动；沿所述电机5的轴端看去，所述电机5沿逆时针方向转动。最终，所述发电机4和所述电机5均停止转动。

在本发明所述电磁制动系统的制动状态过程中，所述蓄电池组61用于回收所述发电机4输出的电能储存起来，并为所述电机5提供使其转动所需的电能。所述控制器6根据车轮1的转速变化、车辆制动踏板的踩入深度及所述发电机4的输出功率，来控制所述电机5的输出功率，实现对所述电机5的转速即所述行星架33的转速的控制，一方面为车轮1的制动提供额外的制动力矩，另一方面可以保证作用在车轮1上的制动力矩的线性度。同样，所述电机5的输出功率一方面为车轮1的制动提供额外的制动力矩，另一方面会被所述发电机4再次回收利用。

以上介绍的仅仅是基于本发明的一个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (9)

1.一种电磁制动系统，其特征在于：包括减速齿轮（2）、行星齿轮系（3）、发电机（4）、电机（5）、控制器（6）和蓄电池组（61），所述减速齿轮（2）通过车轴（11）与车轮（1）相联接；所述减速齿轮（2）能够沿所述车轴（11）轴向方向移动，所述减速齿轮（2）移动至所述行星齿轮系（3）径向位置时，所述减速齿轮（2）与所述行星齿轮系（3）相啮合；所述行星齿轮系（3）的一端与所述发电机（4）相联接，所述行星齿轮系（3）的另一端与所述电机（5）相联接；所述控制器（6）分别与所述发电机（4）、所述电机（5）和蓄电池组（61）电气连接。

2.按照权利要求1所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述电磁制动系统还包括制动离合器（8），所述制动离合器（8）能够推动所述减速齿轮（2）沿所述车轴（11）轴向方向移动；所述制动离合器（8）包括推杆（81）和第一滚子限位装置（82），所述第一滚子限位装置（82）的滚子与所述减速齿轮（2）的侧面相接触且能够沿所述减速齿轮（2）的侧面滚动。

3.按照权利要求1或2所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述行星齿轮系（3）包括齿圈（31）、若干个行星轮（32）、行星架（33）和太阳轮（34），所述齿圈（31）的内表面为内齿面，所述齿圈（31）的外表面为外齿面，所述齿圈（31）的内齿面和外齿面均设有轮齿；行星轮（32）沿圆周方向均匀地安装在所述行星架（33）上且能够自由转动，所述行星轮（32）分别与所述齿圈（31）的内齿面和所述太阳轮（34）相啮合。

4.按照权利要求3所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述太阳轮（34）的转轴与所述发电机（4）相联接，所述行星架（33）的转轴与所述电机（5）相联接。

5.按照权利要求4所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述制动离合器（8）推动所述减速齿轮（2）移动至所述行星齿轮系（3）径向位置时，所述减速齿轮（2）与所述齿圈（31）的外齿面相啮合。

6.按照权利要求4或5所述的一种电磁制动系统，其特征在于：在所述齿圈（31）外侧一定距离处设有齿条（7），所述齿条（7）能够沿所述齿圈（31）径向方向移动；所述齿条（7）移动至所述齿圈（31）的外表面位置时，所述齿条（7）能够与所述齿圈（31）的外齿面相啮合。

7.按照权利要求6所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述电磁制动系统还包括固定安装的第二滚子限位装置（9），所述第二滚子限位装置（9）中的滚子与所述齿圈（31）的侧面相接触且能够沿所述齿圈（31）的侧面滚动。

8.按照权利要求7所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述发电机（4）为直流发电机，所述电机（5）为直流电机，分别从所述发电机（4）的轴端方向和所述电机（5）的轴端方向看去，所述发电机（4）的转轴的旋转方向与所述电机（5）的转轴的旋转方向相反。

9.按照权利要求8所述的一种电磁制动系统，其特征在于：所述行星轮（32）的数量为大于等于2的整数。