CN106541835B - 一种采用双转子结构的自励式缓速器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种安装在汽车上的采用双转子结构的自励式缓速器及其控制方法，外转子内侧面缠绕有外转子励磁线圈，缓速器定子同轴套在外转子内；缓速器定子内同轴套有内转子和缓速器发电装置，内转子和缓速器发电装置在轴向上左右布置且均同轴连接传动轴，内转子外侧面上缠绕有内转子励磁线圈，缓速器发电装置由发电装置壳体、发电装置线圈和永磁体组成，总控制器根据制动踏板位移传感器传送的制动信号计算出制动强度，判断制动采用的方式，传动轴旋转带动永磁体旋转，发电装置线圈在交变磁场作用下产生三相交变电压，输出电流至车载电源中或内转子励磁线圈中或同时至内、外转子励磁线圈中，可获得均匀、连续的制动力，提高缓速器辅助制动的效果。

Description

一种采用双转子结构的自励式缓速器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种安装在汽车上的缓速器，尤其涉及一种采用双转子结构的自励式缓速器，用于对车辆进行辅助制动。

背景技术

缓速器是一种汽车行车制动的安全辅助装置，它将制动力作用到车辆传动部件上，起到降低汽车行驶速度的作用。目前广泛使用的缓速器是电涡流缓速器，它是利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能散发掉，从而实现减速和制动作用。电涡流缓速器具有响应时间短、工作时噪声很小、制动力矩大且制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节、易实现自动控制、故障率低、维修方便、可靠性高等优点，但其具有体积大、重量大、耗电量大、散热差、持续工作时制动力矩衰退严重等缺点。

现有的电涡流缓速器一般布置在汽车传动系统中，例如安装在驱动桥的中部，控制整个驱动桥的制动减速。电涡流缓速器产生的制动力矩先作用在传动轴上，再分配给左右两侧驱动轮上，使整个汽车减速。这样安装的好处是即使两侧驱动轮的制动力矩大小有所差别，但它们只承受部分的制动力矩，即只占整个制动力矩的很小部分，能有效抑制制动器的差异而形成制动跑偏的问题，但是缺点是电涡流缓速器不能与制动器进行灵活匹配，制动力会不均匀、不连续，使得制动不平稳。

中国专利申请号为201010516737.0、名称为“一种双转子盘式自励式缓速器及其控制方法”的文献中公开的缓速器，在定子线圈通电后，双转子盘上产生电磁制动力矩，阻碍汽车传动轴的旋转，使汽车减速。但是为了使该缓速器具有良好的散热效果，其双转子盘上开有离心风道 ，因此不可避免的会产生漏磁现象，使得辅助制动时的制动力矩有所减小，不能充分发挥双转子盘的作用；此外，双转子盘必须同时作用，不能根据辅助制动要求使某个转子盘单独产生制动力矩，而且缓速器制动力矩的大小不具有可调性。

中国专利申请号为201210061808.1、名称为“一种凸极构造的液冷自励式电涡流缓速器”的文献中公开的缓速器，线圈固定在定子内侧，减小了水道面积，不利于散热，且线圈需与缓速器转子分开。

发明内容

本发明的目的是克服现有缓速器结构存在的不足之处，提供一种采用双转子结构的自励式缓速器及其控制方法，设有发电装置获得均匀、连续的制动力，能根据辅助制动要求使某个转子单独产生制动力矩，制动力矩可由内转子励磁线圈单独通电产生，也可由内、外转子励磁线圈同时通电产生，不仅制动力矩大小具有可调性，而且扩大了辅助制动时制动力矩的范围；采用与驱动轴共同旋转的冷却风扇进行散热，节约能源的同时提高了散热能力；

本发明一种采用双转子结构的自励式缓速器采用的技术方案是：具有传动轴和分别同轴固定连接传动轴的左、右端的左、右侧壳体，左、右侧壳体的径向外边缘之间固定连接外转子，外转子内侧面缠绕有外转子励磁线圈，左、右侧壳体之间还布置有通过对应的轴承装在传动轴上的左、右侧定子支架，左、右侧定子支架的径向外边缘之间固定连接缓速器定子，缓速器定子同轴套在外转子内；缓速器定子内同轴套有内转子和缓速器发电装置，内转子和缓速器发电装置在轴向上左右布置且均同轴连接传动轴，内转子外侧面上缠绕有内转子励磁线圈；所述缓速器发电装置由发电装置壳体、发电装置线圈和永磁体组成，发电装置壳体通过对应的轴承与传动轴连接，发电装置壳体外边缘上缠绕有发电装置线圈，永磁体位于发电装置壳体内部正中间且同轴固定套在传动轴上；所述内转子励磁线圈、外转子励磁线圈、发电装置线圈分别连接总控制器。

本发明一种采用双转子结构的自励式缓速器的控制方法采用的技术方案是：总控制器根据制动踏板位移传感器传送的制动信号计算出制动强度Z，判断制动采用的方式，包括：

A、若0＜Z＜0.2，给内转子励磁线圈通入电流，发电装置线圈所发出的电全部用于给内转子励磁线圈通电；

B、若0.2≤Z≤0.4，给内转子励磁线圈和外转子励磁线圈同时通入电流，发电装置线圈所发出的电全部用于给内转子励磁线圈和外转子励磁线圈通电；

C、若Z＞0.4，内转子励磁线圈、外转子励磁线圈均不通入电流，永磁体随着传动轴转动产生旋转的磁场，使发电装置线圈产生三相交变电压，三相交变电压经过变压、整流后输出电流至车载电源中。

本发明的优点是：

1.本发明缓速器为双转子结构，其传动轴旋转带动永磁体旋转，使发电装置中产生旋转磁场，发电装置线圈在交变磁场作用下产生三相交变电压，输出电流至车载电源中或内转子励磁线圈中或同时至内、外转子励磁线圈中。若制动系统未接收到辅助制动信号，则将发电装置产生的电流存储到车载电源中；若制动系统接收到辅助制动信号，则将发电装置产生的电流输入到内、外转子励磁线圈中，使内、外转子产生旋转的磁场。能够与制动器进行灵活匹配，可以获得均匀、连续的制动力，有效提高缓速器辅助制动的效果，主要应用于车辆下长坡制动或车辆在城市道路行驶时频繁起停的工况。

2.本发明缓速器的制动力矩具有可调性：当接收到低强度辅助制动信号时，单独给内转子励磁线圈通电，使内转子产生旋转的磁场；当接收到高强度辅助制动信号时，同时给内、外转子励磁线圈通电，使内、外转子产生旋转的磁场，因此，扩大了辅助制动时制动力矩的范围。

4.本发明缓速器采用与驱动轴共同旋转的冷却风扇进行散热，节约能源的同时提高了散热能力，解决了热衰退问题。系统结构简单，布局合理，且散热性能良好。

5.本发明的缓速器采用自发电方式，节约电能，避免了缓速器初启动时对车载电源的巨大冲击。

附图说明

图1是本发明一种采用双转子结构的自励式缓速器的结构示意图；

图2是图1中左侧壳体的左视图；

图3是图1中左侧定子支架和缓速器定子的装配结构的左视剖视图；

图4是图1中去掉永磁体后的缓速器发电装置左视剖视图；

图5是图1所示自励式缓速器的安装示意图；

图6是图1所示自励式缓速器的控制框图；

图中：1.传动轴；2.左侧壳体；3.左侧定子支架；4.内转子；5.内转子励磁线圈；6.缓速器定子；7.外转子励磁线圈；8.外转子；9.第一螺钉；10.外转子导磁板；11.右侧定子支架；12.冷却风扇；13.右侧壳体；14.第一轴承；15.第二轴承；16.永磁体；17.第三轴承；18.发电装置线圈；19.发电装置壳体；20.第二螺钉；21.缓速器定子导磁板；22.通风口；23.第四轴承；24.内转子导磁板；25.螺母；26.螺栓；27.轮胎；28.轮毂电机；29.制动钳；30.摩擦盘；31.制动轮缸压力传感器。

具体实施方式

参见图1，本发明所述自励式缓速器具有传动轴1、左侧壳体2和右侧壳体13，左侧壳体2和右侧壳体13分别同轴套在传动轴1的左端和右端，并且与传动轴1固定连接。在左侧壳体2和右侧壳体13的径向外边缘之间，通过第一螺钉9固定连接外转子8。外转子8内侧面上设有凸极，凸极在径向上向内布置，凸极上缠绕着外转子励磁线圈7。外转子8左右两端与左侧壳体2、右侧壳体13之间各连接有一块外转子导磁板10。

在左侧壳体2和右侧壳体13之间还布置有左侧定子支架3和右侧定子支架11，其中，左侧壳体2的右侧设置左侧定子支架3，左侧定子支架3通过第四轴承23同轴安装在传动轴1上；右侧壳体13的左侧设置右侧定子支架11，右侧定子支架11通过第一轴承14同轴安装在传动轴1上，在第一轴承14和第四轴承23的作用下，左侧定子支架3和右侧定子支架11不随着传动轴1转动。

在右侧定子支架11和右侧壳体13之间设置有冷却风扇12，冷却风扇12与传动轴1固定连接。冷却风扇12与右侧定子支架11和右侧壳体13不接触。

左侧定子支架3和右侧定子支架11的径向外边缘之间设置缓速器定子6，缓速器定子6的左端和右端分别通过第二螺钉20固定连接左侧定子支架3和右侧定子支架11，使缓速器定子6同轴套在外转子8内，缓速器定子6和外转子8之间留有径向气隙。缓速器定子6左、右两端和左侧定子支架3、右侧定子支架11之间各连接有一块缓速器定子导磁板21。

缓速器定子6内部同轴套有内转子4和缓速器发电装置，内转子4和缓速器发电装置在轴向上左右布置，均同轴套在传动轴1上并且与传动轴1固定连接。内转子4和缓速器发电装置在轴向上留有间隙。在内转子4的左、右两端面上各固定有一块内转子导磁板24，起导磁作用。

内转子4和缓速器发电装置位于左侧定子支架3和右侧定子支架11之间。内转子4、缓速器发电装置与缓速器定子6之间均留有径向气隙。内转子4的外侧面上设有凸极，凸极在径向上向外布置，凸极上缠绕着内转子励磁线圈5。

缓速器发电装置由发电装置壳体19、发电装置线圈18、永磁体16组成，其中，发电装置壳体19的左端和右端分别通过对应的第三轴承17、第二轴承15与传动轴1连接，安装在传动轴1上，使发电装置壳体19不随着传动轴1转动。发电装置壳体19的径向外边缘上缠绕有发电装置线圈18。在发电装置壳体19的内部正中间是永磁体16，永磁体16在第二轴承15和第三轴承17中间，并且永磁体16同轴固定套在传动轴1上，与传动轴1固定连接，随着传动轴1的转动而转动。当传动轴1旋转带动永磁体16旋转时，在发电装置线圈18中产生旋转磁场，在交变磁场的作用下，发电装置线圈18产生三相交变电压。

再参见图2，左侧壳体2和右侧壳体13结构相同，均是圆盘形状，左侧壳体2和右侧壳体13上开有若干轴向的通风口22，若干个通风口22在壳体的盘面上沿圆周方向均匀分布几列，每列在径向上分布有四个。

再参见图3，左侧定子支架3和右侧定子支架11的结构相同，位置左右对应，形成一对定子支架。沿传动轴1的圆周方向均匀设置四对左右对应的定子支架，每对定子支架的径向外边缘处都分别穿过且固定连接一个缓速器定子6，每对定子支架的径向内端共同通过一对轴承套于传动轴1上，一对轴承是第一轴承14和第四轴承23。

再参见图4，缓速器发电装置中，有八个发电装置壳体19沿传动轴1的圆周方向均匀设置，每个发电装置壳体19径向外缘处都分别穿过且固定连接一个发电装置线圈18，每个发电装置壳体19的径向内端共同通过第二轴承15和第三轴承17安装在传动轴1上。

参见图5，本发明所述自励式缓速器安装于车轮轮毂内部，可以只安装在两前轮轮毂中，也可以安装在四轮轮毂中。缓速器左端通过螺栓26与轮毂固定相连，右端通过传动轴1与轮毂电机28同轴固定相连。在轮毂电机28的右侧安装有摩擦制动器，该摩擦制动器包括制动钳29、摩擦盘30、制动轮缸压力传感器31等，摩擦制动器受液压制动系统的控制。驱动时，缓速器与车轮同时转动；辅助制动时，缓速器将制动力矩作用到车轮上，起到降低汽车行驶速度的作用。

参见图6，内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7以及发电装置线圈18分别连接总控制器。总控制器分别控制内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7、发电装置线圈18的通电和断电。同时，车辆自带的轮毂电机28、制动钳29、制动轮缸压力传感器31、制动踏板位移传感器等也分别连接总控制器，总控制器通过液压制动系统控制制动钳29工作，制动踏板位移传感器将制动信号传送至总控制器，制动轮缸压力传感器31将轮缸压力信号传送至总控制器，总控制器由车载电源供电。

本发明所述自励式缓速器工作时，首先，总控制器根据制动踏板位移传感器传送的制动信号计算出制动强度Z，判断本次制动采用的方式，制动强度Z在0＜Z＜0.2范围内，则采用缓速器进行低强度辅助制动，此时，总控制器控制给内转子励磁线圈5通入电流，发电装置线圈18所发出的电全用于给内转子励磁线圈5通电。内转子励磁线圈5通电后，使内转子4产生旋转的磁场，切割缓速器定子6，缓速器定子6内表面及一定深度范围内产生感生涡流电动势并产生电涡流，该电涡流所产生的磁场与内转子4产生的磁场相互作用产生制动力矩。缓速器内转子4由于电涡流的作用，将车辆的动能转化为转子的热能并散发到大气中；通过调节内转子励磁线圈5中电流的大小来调节制动力矩的大小。当制动信号消失后，给内转子励磁线圈5断电，电磁制动力矩消失。发电装置线圈18所发出的电将全部存储到车载电源中。

若制动强度Z在0.2≤Z≤0.4范围内，则采用缓速器进行高强度辅助制动，总控制器控制给内转子励磁线圈5和外转子励磁线圈7同时通入电流。发电装置线圈18所发出的电全用于给内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7通电。内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7通电后，使内转子4、外转子8产生旋转的磁场，切割缓速器定子6，缓速器定子6内表面及一定深度范围内产生感生涡流电动势并产生电涡流，该电涡流所产生的磁场与内转子4、外转子8产生的磁场相互作用产生制动力矩。当制动信号消失后，给内转子励磁线圈5和外转子励磁线圈7断电，电磁制动力矩消失，同时发电装置线圈18所发出的电将全部存储到车载电源中。内转子4、外转子8由于电涡流的作用，将车辆的动能转化为转子的热能并散发到大气中；通过调节内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7中电流的大小来调节制动力矩的大小。

若制动强度Z＞0.4，此时缓速器不工作，此时内转子励磁线圈5、外转子励磁线圈7均不通入电流，总制动器根据制动轮缸压力传感器31的压力信号来控制液压制动系统给制动轮缸通入需要的液压油，使制动钳29压向摩擦盘30，产生需求的制动力，此时，缓速器发电装置中的永磁体16随着传动轴1转动产生旋转的磁场，使发电装置线圈18产生三相交变电压，三相交变电压经过变压、整流后，输出电流至车载电源中，提供车辆正常行驶所需的部分能量。

在传动轴1旋转的同时带动冷却风扇12工作，冷却风扇12散热，即节约能源又提高了散热能力。

Claims (7)

1.一种采用双转子结构的自励式缓速器，具有传动轴（1）和分别同轴固定连接传动轴（1）的左、右端的左、右侧壳体，其特征是：左、右侧壳体的径向外边缘之间固定连接外转子（8），外转子（8）内侧面缠绕有外转子励磁线圈（7），左、右侧壳体之间还布置有通过对应的轴承装在传动轴（1）上的左、右侧定子支架，左、右侧定子支架的径向外边缘之间固定连接缓速器定子（6），缓速器定子（6）同轴套在外转子（8）内；缓速器定子（6）内同轴套有内转子（4）和缓速器发电装置，内转子（4）和缓速器发电装置在轴向上左右布置且均同轴连接传动轴（1），内转子（4）外侧面上缠绕有内转子励磁线圈（5）；所述缓速器发电装置由发电装置壳体（19）、发电装置线圈（18）和永磁体（16）组成，发电装置壳体（19）通过对应的轴承与传动轴（1）连接，发电装置壳体（19）外边缘上缠绕有发电装置线圈（18），永磁体（16）位于发电装置壳体（19）内部正中间且同轴固定套在传动轴（1）上；所述内转子励磁线圈（5）、外转子励磁线圈（7）、发电装置线圈（18）分别连接总控制器；左、右侧定子支架形成一对定子支架，沿圆周方向均匀设置四对定子支架，每对定子支架的径向外边缘处都分别穿过且固定连接一个缓速器定子（6），每对定子支架的径向内端共同通过一对轴承套于传动轴（1）上；有八个发电装置壳体（19）沿圆周方向均匀设置，每个发电装置壳体（19）径向外缘处都分别穿过且固定连接一个发电装置线圈（18），每个发电装置壳体（19）的径向内端共同通过对应轴承装在传动轴（1）上。

2.根据权利要求1所述一种采用双转子结构的自励式缓速器，其特征是：右侧定子支架和右侧壳体之间设置有与传动轴（1）固定连接的冷却风扇（12）。

3.根据权利要求1所述一种采用双转子结构的自励式缓速器，其特征是：外转子（8）左、右两端与左、右侧壳体之间各连接有一块外转子导磁板（10），缓速器定子（6）左、右两端和左、右侧定子支架之间各连接有一块缓速器定子导磁板（21），内转子（4）的左、右两端面上各固定有一块内转子导磁板（24）。

4.根据权利要求1所述一种采用双转子结构的自励式缓速器，其特征是：左、右侧壳体上均开有若干轴向的通风口（22）。

5.一种如权利要求1所述采用双转子结构的自励式缓速器的控制方法，总控制器根据制动踏板位移传感器传送的制动信号计算出制动强度Z，判断制动采用的方式，其特征是包括：

A、若0＜Z＜0.2，给内转子励磁线圈（5）通入电流，发电装置线圈（18）所发出的电全部用于给内转子励磁线圈（5）通电；

B、若0.2≤Z≤0.4，给内转子励磁线圈（5）和外转子励磁线圈（7）同时通入电流，发电装置线圈（18）所发出的电全部用于给内转子励磁线圈（5）和外转子励磁线圈（7）通电；

C、若Z＞0.4，内转子励磁线圈（5）、外转子励磁线圈（7）均不通入电流，永磁体（16）随着传动轴（1）转动产生旋转的磁场，使发电装置线圈（18）产生三相交变电压，三相交变电压经过变压、整流后输出电流至车载电源中。

6.根据权利要求5所述采用双转子结构的自励式缓速器的控制方法，其特征是：通过调节内转子励磁线圈（5）、外转子励磁线圈（7）中电流的大小来调节制动力矩的大小。

7.根据权利要求5所述采用双转子结构的自励式缓速器的控制方法，其特征是：当制动信号消失后，给内转子励磁线圈（5）、外转子励磁线圈（7）断电，发电装置线圈（18）所发出的电将全部存储到车载电源中。