CN103303150A - 一种挂车用轮边缓速器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挂车用轮边缓速器及其控制方法。挂车用轮边缓速器主要用于半挂车或挂车上，包括制动盘、永磁铁、旋转电机、轮边缓速器壳体等四部分；本发明采用一种新型的轮边缓速器壳体结构，由外层壳体、中间磁粉层以及导磁片组成；本发明对轮边缓速器壳体的外层壳体采用隔磁材料，既可以很好地防止外磁场对内部的影响，也可以防止内部磁场泄漏；轮边缓速器起制动作用的前提是永磁铁的磁场能够通过导磁片，从而与磁粉、制动盘构成回路；由于旋转电机带动永磁铁的旋转是连续的，随着旋转角度的不同，制动力矩的大小也是不同的，通过对旋转角度的控制，可以达到对轮边缓速器制动力矩的大小进行调节控制的目的。

Description

一种挂车用轮边缓速器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种挂车用轮边缓速器及其控制方法领域。具体涉及导磁体在磁场中运动产生阻力矩来达到车辆制动目的的一种制动装置及其方法领域。

背景技术

目前，挂车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类，摩擦制动过程实际上是将车辆行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，导致制动器温度升高，影响制动性能。由于盘式制动器与鼓式制动器相比有抗热衰退性强、尺寸和质量较小及制动效能稳定等优点，所以盘式制动器在车辆上应用逐渐增多。然而无论是盘式制动器还是鼓式制动器都会产生噪声以及散发出粉尘之类的有害物质，尤其在长下坡或频繁制动工况下，摩擦制动器温度急剧上升，抗热衰退性急剧下降，容易出现刹车失灵的情况。若采用辅助制动系统，则能避免这种情况的发生。

发明内容

本发明目的：为克服现有技术的不足，提供了一种性能稳定可靠，能减少制动次数、降低制动产生的制动器温升，提高制动系统使用寿命和行车安全性的非接触式的挂车用轮边缓速器及其控制方法。

为解决技术的技术方案：该挂车用轮边缓速器由制动盘、旋转电机、永磁铁、轮边缓速器壳体等组成。旋转电机、轮边缓速器壳体分别与车辆底盘上的不动件固定连接，轮边缓速器壳体呈梯形，中部有一横梁，制动盘位于轮边缓速器横梁下方间隙处，制动盘与挂车相连，并可自由转动，轮边缓速器壳体与制动盘不接触，中间留有空气间隙，可为1-3mm。永磁铁与旋转电机固定连接并位于轮边缓速器壳体横梁上方间隙处，旋转电机、轮边缓速器壳体分别与车上的固定件相连，保证轮边缓速器壳体与永磁铁之间有一定的间隙，便于转动。蓄电池连接旋转电机，旋转电机由蓄电池对其供电，旋转电机转动带动永磁铁旋转。处于工作状态时，永磁铁与轮边缓速器壳体之间也留有一定的空气间隙，是非接触的。

该挂车用轮边缓速器的轮边缓速器壳体主要包括外层壳体、中间磁粉层、以及导磁片三部分。轮边缓速器壳体是定子，与车辆上的不动件相连；由于车辆轮边空间有限，这对轮边缓速器的安装空间和安装位置具有一定的限制作用，所以轮边缓速器的形状应该是可以根据轮边空间的大小进行变化的，本发明的轮边缓速器壳体是中空的，不是实体，通过在中空部分充满磁粉来克服该缺点并且还可以提高轮边缓速器的磁导率。当轮边缓速器处于制动工作状态时，磁场在永磁铁、磁粉、制动盘之间构成回路，可以达到很好的导磁作用。一般缓速器存在严重的漏磁现象，该轮边缓速器壳体中磁粉的外层采用一圈由磁屏蔽材料组成的壳体，该具有磁屏蔽作用的外层壳体既可以很好的防止外磁场对内部的影响，也可以防止内部磁场泻漏。轮边缓速器起制动作用的前提是永磁铁的磁场能够通过导磁片，从而与磁粉、制动盘构成回路。轮边缓速器的外层壳体可以由磁屏蔽材料铝或铜构成，导磁片材料可以为纯铁或合金之类的导磁材料。轮边缓速器壳体可以有多种形状，可以为矩形也可以为梯形，也可以为不规则的形状，具体根据空间和安装位置进行适当的改变。

由于旋转电机带动永磁铁的旋转是连续的，随着旋转角度的不同，制动力矩的大小也是不同的，通过对旋转角度的控制，可以达到对制动力矩的大小进行调节控制的目的。该挂车用轮边缓速器的控制方法是：当永磁铁的磁极连线与导磁片平行时，由于隔磁材料的作用，永磁铁的磁场不能通过导磁片与磁粉、制动盘构成回路，此时永磁铁处于非工作状态；当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，电子控制单元接收到驾驶员的制动信号，根据内置的控制策略计算出轮边缓速器需要提供的制动力矩以及需要旋转的角度，旋转电机迅速地带动永磁铁逆时针旋转相应的角度，此时由于两边的导磁片的作用，使得永磁铁的磁场可以通过导磁片，再通过磁粉、制动盘构成回路。随着制动盘的转动，制动盘切割磁感线，并开始受到制动力的作用，则缓速器开始起作用，处于工作状态；当不需要缓速器工作或制动停止时，控制旋转电机反向转动相同角度，使永磁铁重新回到非工作状态的位置，即永磁铁的磁极连线与导磁片平行时的位置，缓速器停止工作。

有益效果：轮边缓速器是一种利用电磁原理产生制动力矩的非接触式制动器，它改变了现有技术中因通过机械制动系统的频繁制动而缩短制动系统的使用寿命以及引起摩擦制动器的温升而降低制动器的制动性能，能够有效地弥补现有制动器系统在技术性能上的不足，提高了车辆行驶的安全性，而且缓速制动的制动力矩为连续变化力矩，制动性能稳定。将轮边缓速器应用到挂车上，可以减少制动器的动作次数，可以有效地解决噪声和粉尘问题，提高了制动系统的性能和行车的安全性。轮边缓速器结构简单、体积小、质量轻、能耗少、无磨损，安装在挂车的制动盘上，可以起到很好的辅助制动效果。

附图说明

图1挂车用轮边缓速器的三维示意图

图2挂车用轮边缓速器壳体的主剖视图

图3制动状态磁路图

图4制动前的位置关系图

图5制动时的位置关系图

图6控制方法示意图

图中标号：1、制动盘，2、永磁铁，3、旋转电机，4、轮边缓速器壳体，5、制动钳体，6、外层壳体，7、中间磁粉层，8、导磁片，9、气隙，10、制动踏板，11、电子控制单元，12、蓄电池，13、牵引车，14、半挂车/挂车

具体实施例

下面结合附图来具体描述本发明的挂车用轮边缓速器的组成结构以及工作方法。

本发明所涉及的挂车用轮边缓速器的三维示意图如图1所示，该挂车用轮边缓速器主要包括制动盘1、永磁铁2、旋转电机3、轮边缓速器壳体4这几部分，与制动钳体5成一定角度，具体情况由安装空间和安装位置决定。旋转电机3、轮边缓速器壳体4分别与车辆底盘上的不动件固定连接，轮边缓速器壳体4呈梯形，中部有一横梁，轮边缓速器壳体4与制动盘1不接触，中间留有空气间隙9，可为1～3mm。旋转电机3、轮边缓速器壳体4分别与车上的固定件相连，保证轮边缓速器壳体4与永磁铁2之间有一定的间隙，永磁铁2与旋转电机3固定连接并位于轮边缓速器壳体4横梁上方间隙处，便于转动。永磁铁2与旋转电机3固定连接，蓄电池12连接旋转电机3，旋转电机3由蓄电池12对其供电，旋转电机3转动带动永磁铁2旋转。处于工作状态时，永磁铁2与轮边缓速器壳体4之间也留有一定的空气间隙9，是非接触的。当永磁铁2转动到合适的位置时，磁场在永磁铁2、轮边缓速器壳体4、制动盘1以及气隙9之间构成回路，产生制动力矩，达到制动效果。制动盘1位于轮边缓速器横梁下方间隙处，制动盘1与挂车相连，并可自由转动，由于旋转电机3带动永磁铁2的旋转是连续的，随着旋转角度的不同，制动力矩的大小也是不同的，通过对旋转角度的控制，可以达到对制动力矩的大小进行调节控制的目的。

图2为轮边缓速器壳体的主剖视图，轮边缓速器壳体4与车辆上的不动件固定连接，作为定子。该轮边缓速器壳体4包括外层壳体6、中间磁粉层7、以及导磁片8三部分，轮边缓速器壳体4是中空的，不是实体，在中空部分充满磁粉7，当永磁铁2运动到合适的位置时，磁场在永磁铁2、磁粉7、制动盘1之间构成回路，可以达到很好的导磁作用。而且采用了磁粉7可以便于改变轮边缓速器壳体4的形状，这克服了安装空间和安装位置的限制并且还可以提高轮边缓速器的磁导率。在磁粉7的外围是外层壳体6，可以由磁屏蔽材料铝或铜构成，外层壳体6既可以很好的防止外磁场对内部的影响，也可以防止内部磁场泻漏。导磁片8与外层壳体6相连，导磁片8材料可以为纯铁或合金之类的导磁材料。轮边缓速器壳体4的可以有多种形状，可以为矩形也可以为梯形，可以根据空间大小和安装位置进行适当的改变。

图3是制动状态磁路图，当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，通过逆时针转动永久磁铁2一定角度，永久磁铁2进入工作位置，产生的磁场在轮边缓速器壳体4和制动盘1之间通过导磁片8、磁粉7、气隙9构成回路。随着制动盘1的旋转，切割磁感线，磁场将对制动盘1产生阻碍其旋转的力的作用，即制动力矩。

图4、图5是该挂车用轮边缓速器的制动原理图，图4是制动前的位置关系图，图5是制动时的位置关系图。在工作前，旋转电机3不工作，由于外层壳体6的磁屏蔽作用，永磁铁2的磁场不能联通磁粉7，所以磁场不能与制动盘1构成回路，缓速器不工作，不产生制动力；当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，通过控制旋转电机3转动，带动永磁铁2旋转一定角度θ，此时，永磁铁2的磁场通过导磁片8，在永磁铁2、气隙9、导磁片8、磁粉7、导磁片8、气隙9、制动盘1之间构成一个回路，缓速器开始工作，随着制动盘1的转动，产生制动力矩进行制动。

该挂车用轮边缓速器可以通过控制旋转电机3来控制永磁铁2的旋转角度，对制动力矩的大小进行调节，从而达到较好的制动效果。其具体控制方法如图6所示：半挂车/挂车14由牵引车13牵引行驶，该挂车用轮边缓速器装在半挂车/挂车14的制动盘上，在进行减速或制动前，旋转电机3不工作，永磁铁2处于非工作状态，此时永磁铁2的磁极连线与导磁片8平行，由于外层壳体6的磁屏蔽作用，永磁铁2的磁场不能通过磁粉7，磁场不能与制动盘1构成回路，缓速器不工作，不产生制动力；当驾驶员踩下制动踏板10进行减速或制动时，电子控制单元11接收到驾驶员的制动信号，根据内置的控制策略计算出轮边缓速器需要提供的制动力矩及需要旋转的角度，输入控制信号至旋转电机3，旋转电机3迅速的将永磁铁2逆时针旋转相应的角度，此时由于两边的导磁片8的作用，使得永磁铁2的磁场可以通过导磁片8，再通过磁粉7、制动盘1构成回路。随着制动盘1的转动，制动盘1切割磁感线，并开始受到制动力的作用，则缓速器开始起作用，处于工作状态；制动结束时，电子控制单元11再控制旋转电机3将永磁铁2反向转动相同的角度，使永磁铁2重新回到非工作状态的位置，即永磁铁2的磁极连线与导磁片8平行时的位置，缓速器停止工作。图6中，与制动踏板10相连接线是信号输入线，与旋转电机3相连接线是信号控制线，从蓄电池12连出的线是电源线。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims (9)

1.一种挂车用轮边缓速器，其特征在于，包括制动盘（1）、旋转电机（3）、永磁铁（2）、轮边缓速器壳体（4），旋转电机（3）、轮边缓速器壳体（4）分别与车辆底盘上的不动件固定连接，轮边缓速器壳体（4）呈梯形，中部有一横梁，永磁铁（2）与旋转电机（3）固定连接并位于轮边缓速器壳体（4）横梁上方间隙处，制动盘（1）位于轮边缓速器横梁下方间隙处，制动盘（1）与挂车相连，并可自由转动，蓄电池（12）连接旋转电机（3）。

2.根据权利要求1所述的挂车用轮边缓速器，其特征在于，轮边缓速器壳体（4）与制动盘（1）采用非接触式连接，中间留有空气间隙（9），可为1-3mm，处于工作状态时，永磁铁（2）与轮边缓速器壳体（4）之间留有一定的空气间隙（9）。

3.根据权利要求1或2所述的挂车用轮边缓速器，其特征在于，轮边缓速器壳体（4）与永磁铁（2）之间有一定的间隙。

4.根据权利要求1或2所述的挂车用轮边缓速器，其特征在于，其中轮边缓速器壳体（4）主要包括外层壳体（6）、中间磁粉层（7）、以及导磁片（8）三部分，导磁片（8）位于轮边缓速器壳体（4）内侧。

5.根据权利要求4所述的挂车用轮边缓速器，导磁片（8）与外层壳体相连，导磁片材料为纯铁或合金之类的导磁材。

6.根据权利要求4所述的挂车用轮边缓速器，其特征在于外层壳体（6）为材料铝或铜。

7.根据权利要求4所述的挂车用轮边缓速器，其特征在于，轮边缓速器壳体（6）可以有多种形状。

8.根据权利要求1或2所述的挂车用轮边缓速器其特征在于，其特征在于，轮边缓速器壳体（4）的形状为可变化的。

9.权利要求1挂车用轮边缓速器控制方法，其特征在于当永磁铁（2）的磁极连线与导磁片（8）平行时，由于隔磁材料的作用，永磁铁的磁场不能通过制动盘，此时永磁铁处于非工作状态；当驾驶员踩下制动踏板（10）进行减速或制动时，电子控制单元（11）接收到驾驶员的制动信号，根据内置的控制策略计算出轮边缓速器需要提供的制动力矩以及需要旋转的角度，旋转电机（3）迅速地带动永磁铁（2）逆时针旋转相应的角度，此时由于两边的导磁片（8）的作用，使得永磁铁（2）的磁场可以通过导磁片（8），再通过磁粉（7）、制动盘（1）构成回路。随着制动盘（1）的转动，制动盘（1）切割磁感线，并开始受到制动力的作用，则缓速器开始起作用，处于工作状态；当不需要缓速器工作或制动停止时，控制旋转电机（3）反向转动相同角度，使永磁铁（2）重新回到非工作状态的位置，即永磁铁（2）的磁极连线与导磁片（8）平行时的位置，缓速器停止工作。

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