CN103683645A - 用于重型矿用自卸车的电涡流制动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间，所述电涡流制动器转子为励磁元件，感应环固定在飞轮壳上且两者之间设有冷却水道，通过旋转变压器定子、旋转变压器转子和旋转整流器或电刷和集电环从电涡流制动控制器获得励磁电流。本发明由于涡流制动器转子安装在发动机和变速箱之间，当下坡时变速箱挂在低速档，即使行驶速度很低发动机依然有较高的转速，从而使较轻小的电涡流制动控制器能够产生足够大的制动转矩，最大程度地减少机械刹车的使用。

Description

用于重型矿用自卸车的电涡流制动器

技术领域

本发明属汽车非接触式制动技术领域，具体涉及一种用于重型矿用自卸车的电涡流制动器。

背景技术

重型矿用自卸车在行驶过程中往往会有较长时间在连续下坡的道路上行驶，司机需一直踩着刹车，致使制动器摩擦片温升过高而过早失效，从而导致事故的发生，据统计因制动器失灵造成的矿车事故占矿车事故的一半以上。解决此问题的最好办法就是在运行中使用非摩擦的制动方式，尽量避免或减少机械制动器摩擦片的使用磨损。例如，100t以上的特大型电传动重型自卸矿车，在下坡时采用的是发电制动，即通过电机在下坡时吸收车辆的动能发电，然后通过风冷电阻将能量转化成热耗散到空气中；另外公交大巴为了改善制动时乘客的舒适感，通常会在汽车驱动桥与变速箱之间安装“电涡流缓速器”，通过电磁感应原理实现平缓的无接触制动，但是该装置由于励磁在定子上完成，转子是感应器，风冷散热，加上工作转速较低，其体积和质量较大，连续制动功率较小，不能满足重型矿用自卸车长时间下坡的制动需要，因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，采用电涡流制动原理将可变磁场强度的电涡流制动器转子安装在旋转的内燃机和减速器之间，将感应环固定在飞轮壳上，并借助内燃机的冷却水对感应环进行强迫冷却，及时带走因涡流制动而产生的热量，以此为车辆提供长时间的大功率制动。

本发明采用的技术方案：用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间，所述电涡流制动器转子为励磁元件，感应环固定在飞轮壳上且两者之间设有冷却水道，通过旋转变压器定子、旋转变压器转子和旋转整流器或电刷和集电环从电涡流制动控制器获得励磁电流。

进一步地，所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间的离合器前端或后端。

优选方案之一，所述电涡流制动器转子的励磁电流由电涡流制动控制器通过电刷和集电环提供，所述电刷轴向或径向放置，电涡流制动控制器输出的电流为可调直流电。

优选方案之二，所述电涡流制动器包括电涡流制动器转子、旋转变压器转子、旋转变压器定子、旋转整流器和感应环，所述感应环安装在固定于车身上的飞轮壳内腔壁面上且两者之间留有冷却水道，所述电涡流制动器转子安装在固定于汽车内燃机输出轴上的飞轮的轴肩Ⅰ上且与感应环相对应，所述旋转变压器转子安装在飞轮的轴肩Ⅱ上，所述旋转变压器定子安装在飞轮壳内且旋转变压器转子和旋转变压器定子之间留有气隙，刹车时电涡流制动控制器在旋转变压器定子两端施加高频交流电使两端与旋转整流器输入端连接的旋转变压器转子感应出相应电动势，所述旋转整流器输出端与电涡流制动器转子连接，致使与电涡流制动器转子相对应的感应环产生感应电流并对电涡流制动器转子产生与其旋转方向相反的制动转矩，所述旋转整流器安装在飞轮上。

进一步地，所述电涡流制动器转子包括涡流制动器转子铁芯和绕于其上的涡流制动器转子励磁线圈；所述旋转变压器转子包括旋转变压器旋转磁芯和绕于其上的旋转变压器旋转感应线圈；所述旋转变压器定子包括旋转变压器静止磁芯和绕于其上的旋转变压器静止励磁线圈。

进一步地，所述感应环与冷却水道接触侧制有多条散热肋，内燃机的循环冷却水通过冷却水道对感应环强迫冷却。

所述电涡流制动器转子为采用低剩磁软磁材料制成的凸极结构或隐极式结构；所述感应环采用导磁、导电、导热均较好的纯铁、低碳钢或铜铁合金材料制成；所述旋转变压器定子和旋转变压器转子的铁芯是铁粉芯、软磁铁氧体或用U形硅钢片环形辐向叠片并填充树脂固化而成；所述旋转整流器采用能适应发动机飞轮部位较高温度的SiC二极管。

或所述电涡流制动器转子为采用一组或数组低剩磁软磁材料制成的集中绕组爪极结构；所述旋转变压器定子和旋转变压器转子的铁芯是铁粉芯或用U形硅钢片环形辐向叠片并填充树脂固化而成；所述旋转整流器采用能适应发动机飞轮部位较高温度的SiC二极管。

进一步地，所述电涡流制动器转子线圈的最外侧缠绕有玻纤带或芳纶带等高强度加固材料。

本发明与现有技术相比由于涡流制动器转子安装在发动机和变速箱之间，当下坡时变速箱挂在低速档，即使行驶速度很低发动机轴依然有较高的转速，从而使体积有限的电涡流制动器能够产生足够大的制动转矩，最大程度地减少机械刹车的使用；

若电涡流制动器转子安装在离合器后端的变速箱一轴上，司机的操作可按常规进行；若电涡流制动器转子安装在离合器前端的飞轮上，司机按常规操作时，有可能会出现熄火，为了避免发动机熄火，还应在离合器踏板上安装一个微动开关，当踏下离合器踏板后，电涡流制动器应立即停止给涡流制动器提供励磁电流。

附图说明

图1为本发明第一种实施例结构示意图；

图2为本发明第二种实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、2描述本发明的实施例。

为了表述方便，以下的实施例均按涡流制动器转子14安装在离合器前端的飞轮13上，实际设计制造时可以将涡流制动器转子14安装在离合器后端的变速箱一轴上，也可以将涡流感应环10安装在变速箱的壳体或者专门的独立壳体上。

用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间，具体说，所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间的离合器前端或后端。所述电涡流制动器转子14为励磁元件，感应环10固定在飞轮壳11上且两者之间设有冷却水道12，具体说，所述感应环10与冷却水道12接触侧制有多条散热肋19，内燃机的循环冷却水通过冷却水道12对感应环10强迫冷却。通过旋转变压器定子16、旋转变压器转子15和旋转整流器7或电刷和集电环从电涡流制动控制器获得励磁电流。

优选方案之一，所述电涡流制动器转子14的励磁电流由电涡流制动控制器通过电刷和集电环提供，所述电刷轴向或径向放置，电涡流制动控制器输出的电流为可调直流电。

优选方案之二，上述电涡流制动器包括电涡流制动器转子14、旋转变压器转子15、旋转变压器定子16、旋转整流器7和感应环10，所述感应环10安装在固定于车身上的飞轮壳11内腔壁面上且两者之间留有冷却水道12，所述电涡流制动器转子14安装在固定于汽车内燃机输出轴1上的飞轮13的轴肩Ⅰ17上且与感应环12相对应，所述旋转变压器转子15安装在飞轮13的轴肩Ⅱ18上，所述旋转变压器定子16安装在飞轮壳11内且旋转变压器转子15和旋转变压器定子16之间留有气隙，刹车时电涡流制动控制器在旋转变压器定子16两端施加高频交流电使两端与旋转整流器7输入端连接的旋转变压器转子15感应出相应电动势，所述旋转整流器7输出端与电涡流制动器转子14连接，致使与电涡流制动器转子14相对应的感应环10产生感应电流对电涡流制动器转子14产生与其旋转方向相反的转矩制动，所述旋转整流器7安装在飞轮13上。上述电涡流制动器转子14包括涡流制动器转子铁芯9和绕于其上的涡流制动器转子线圈8；所述旋转变压器转子15包括旋转变压器旋转磁芯3和绕于其上的旋转变压器旋转线圈4；所述旋转变压器定子16包括旋转变压器静止磁芯5和绕于其上的旋转变压器静止线圈6。所述电涡流制动器转子线圈8的最外侧缠绕有玻纤带或芳纶带等高强度加固材料。

上述电涡流制动器转子14为采用低剩磁软磁材料制成的凸极结构或隐极式结构；或电涡流制动器转子14为采用一组或数组低剩磁软磁材料制成的集中绕组爪极结构；所述感应环10采用导磁、导电、导热均较好的纯铁、低碳钢或铜铁合金材料制成；所述旋转变压器定子16和旋转变压器转子15的铁芯是铁粉芯、软磁铁氧体或用U形硅钢片环形辐向叠片并填充树脂固化而成；所述旋转整流器7采用能适应发动机飞轮部位较高温度的SiC二极管。

做为优选方式之一，所述旋转变压器转子15和旋转变压器定子16之间留有径向气隙如图1所示；做为优选方式之二，所述旋转变压器转子15和旋转变压器定子16之间留有轴向气隙如图2所示；也可以是倾斜的气息。

工作原理：当车辆连续下坡时为控制车速，首先应变速箱挂在低速档，然后轻踩刹车，这时涡流制动控制器就会根据刹车踏板的角度在旋转变压器静止线圈6的两端施加一定电压的高频交流电。通过磁场耦合，旋转变压器旋转线圈4就会感应出相应电动势；旋转变压器旋转线圈4的两端连接到旋转整流器7的输入端，旋转整流器7的输出端与涡流制动器转子线圈8相连，从而使旋转转子的磁极产生旋转的磁场，相邻的感应环10就会产生感应电流也称涡流，这个涡流对转子会产生一个与旋转方向相反的转矩，同时感应环10会将转子9对感应环10所做的功通过涡流电阻发热的形式全部转化成热量，借助内燃机的循环冷却水通过冷却水道12对感应环10进行强迫冷却，及时带走因涡流制动而产生的热量。为了增强感应环10散热能力，感应环10的外侧与飞轮壳11之间应设置一个冷却水道12，并且在感应环10的外侧应加工出多条散热肋19，以增加热交换的面积。在本例中，电涡流制动器转子14采用爪极式结构，其好处是结构简单，强度适中，制造方便。铁芯可以使用低碳钢或铁铝合金等铸造成型；线圈为成型集中绕组，线圈的最外侧可用玻纤带或芳纶带作加固缠绕，以抵御高速旋转时遇到的强大离心力。

汽车的刹车踏板上安装一个微动开关和能反映踏板被踩下深度的角度传感器，当踏下刹车踏板后，首先微动开关动作，启动电涡流制动控制器，随后电涡流制动控制器根据角度传感器的信号发出相应的励磁电流电，发出的励磁电流大小基本上与踏板角度成正比。这个微动开关可以是普通的触点式微动开关，也可以是霍尔开关或其它类型的接近开关；角度传感器可以是由电位器、线性霍尔或是其它形式的传感器。一般将踏板全部行程的前半段用于涡流制动的控制，后半段用于机械刹车的控制。

对于转速较高的发动机，宜采用上述方式，但成本较高；对于转速较低的大功率柴油发动机，转子励磁电流通过集电环和电刷传递比较简单易行。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (9)

1.用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间，所述电涡流制动器转子（14）为励磁元件，感应环（10）固定在飞轮壳（11）上且两者之间设有冷却水道（12），通过旋转变压器定子（16）、旋转变压器转子（15）和旋转整流器（7）或电刷和集电环从电涡流制动控制器获得励磁电流。

2.根据权利要求1所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器安装在汽车内燃机和变速箱之间的离合器前端或后端。

3.根据权利要求1或2所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器包括电涡流制动器转子（14）、旋转变压器转子（15）、旋转变压器定子（16）、旋转整流器（7）和感应环（10），所述感应环（10）安装在固定于车身上的飞轮壳（11）内腔壁面上且两者之间留有冷却水道（12），所述电涡流制动器转子（14）安装在固定于汽车内燃机输出轴（1）上的飞轮（13）的轴肩Ⅰ（17）上且与感应环（12）相对应，所述旋转变压器转子（15）安装在飞轮（13）的轴肩Ⅱ（18）上，所述旋转变压器定子（16）安装在飞轮壳（11）内且旋转变压器转子（15）和旋转变压器定子（16）之间留有气隙，刹车时电涡流制动控制器在旋转变压器定子（16）两端施加高频交流电使两端与旋转整流器（7）输入端连接的旋转变压器转子（15）感应出相应电动势，所述旋转整流器（7）输出端与电涡流制动器转子（14）连接，致使与电涡流制动器转子（14）相对应的感应环（10）产生感应电流并对电涡流制动器转子（14）产生与其旋转方向相反的制动转矩，所述旋转整流器（7）安装在飞轮（13）上。

4.根据权利要求1或2所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器转子（14）包括涡流制动器转子铁芯（9）和绕于其上的涡流制动器转子励磁线圈（8）；所述旋转变压器转子（15）包括旋转变压器旋转磁芯（3）和绕于其上的旋转变压器旋转感应线圈（4）；所述旋转变压器定子（16）包括旋转变压器静止磁芯（5）和绕于其上的旋转变压器静止励磁线圈（6）。

5.根据权利要求1或2所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述感应环（10）与冷却水道（12）接触侧制有多条散热肋（19），内燃机的循环冷却水通过冷却水道（12）对感应环（10）强迫冷却。

6.根据权利要求1或2所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器转子（14）为采用低剩磁软磁材料制成的凸极结构或隐极式结构，所述感应环（10）采用导磁、导电、导热均较好的纯铁、低碳钢或铜铁合金材料制成；所述旋转变压器定子（16）和旋转变压器转子（15）的铁芯是铁粉芯、软磁铁氧体或用U形硅钢片环形辐向叠片并填充树脂固化而成；所述旋转整流器（7）采用能适应发动机飞轮部位较高温度的SiC二极管。

7.根据权利要求1或2所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器转子（14）为采用一组或数组低剩磁软磁材料制成的集中绕组爪极结构；所述旋转变压器定子（16）和旋转变压器转子（15）的铁芯是铁粉芯、软磁铁氧体或用U形硅钢片环形辐向叠片并填充树脂固化而成；所述旋转整流器（7）采用能适应发动机飞轮部位较高温度的SiC二极管。

8.根据权利要求1所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器转子（14）的励磁电流由电涡流制动控制器通过电刷和集电环提供，所述电刷轴向或径向放置，电涡流制动控制器输出的电流为可调直流电。

9.根据权利要求4所述的用于重型矿用自卸车的电涡流制动器，其特征在于：所述电涡流制动器转子线圈（8）的最外侧缠绕有玻纤带或芳纶带等高强度加固材料。

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