CN106712417A - 一种车用盘式永磁涡流缓速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用盘式永磁涡流缓速器，第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子沿轴向间隔同轴布置；第一定子和第二定子，其同轴设置在第一转子和第二转子之间；支撑架，其与车辆变速箱壳体或车架固定连接；连接杆，其中部与支撑架的外伸端采用圆柱副连接，所述连接杆的两端分别与第一定子和第二定子的外周缘形成球铰；执行机构，其与所述连接杆的另一外伸端铰接。本发明由高性能的钕铁硼永磁体提供磁场，不需要供电，克服了电涡流缓速器消耗电能的缺点；通过连接杆将两个磁盘通过关节轴承铰接在一起，避免两侧气隙不均导致轴向力，同时巧妙的将轴向最大阻力化解为周向转动和轴向移动，减小驱动力。
Description
技术领域
本发明属于汽车缓速器技术领域，特别涉及一种车用盘式永磁涡流缓速器。
背景技术
随着道路质量的改善，汽车制造技术的提升，为缓解运输量大、运输成本高的压力，汽车运输朝着载重量大、速度快的趋势发展，超载和超速现象时有发生，由超载和超速引起的交通事故比例呈上升趋势。目前汽车的行车制动装置属于摩擦式制动，通过制动蹄或制动钳跟制动轮鼓或制动盘之间的摩擦产生制动力，汽车减小的动能或者势能转化为热量，最终通过热传递和对流散发到空气当中。汽车行驶时一般使用行车制动装置来控制车速，当汽车高速、重载的情况下行驶时，为保证行车安全，需要长时间、频繁地使用行车制动装置。汽车在制动过程产生大量的热，而且热量在短时间内无法散发出去，特别是鼓式摩擦制动装置，散热性能比较差。如果长时间、频繁制动，导致制动装置热衰退，造成车速失控，带来安全隐患，甚至刹车失灵和爆胎，造成严重后果。
中国专利申请号201110437138.4提供了一种径向阵列的永磁涡流缓速器，将定子布置在了单一转子的两端，使两个定子运动行程较大，也就增大了整体的体积；同时采用了伺服电机和丝杠的驱动方式来驱动两个定子运动，驱动效率低发热量大。
发明内容
本发明的目的是解决缓速器调节方式复杂，难以实现双永磁定子同步调节的缺陷，提供了一种车用盘式永磁涡流缓速器。
本发明的另一个目的是克服解决现有技术中永磁涡流缓速器发热量大，并且散热性差的缺陷。
本发明还有一个目的是解决现有技术中两定子驱动机构传动效率低、布置方式不合理的缺陷。
本发明提供的技术方案为：
一种车用盘式永磁涡流缓速器，包括：
第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子沿轴向间隔同轴布置；
第一定子和第二定子，其同轴设置在第一转子和第二转子之间；以及
支撑架，其与车辆变速箱壳体或车架固定连接；
连接杆，其中部与支撑架的外伸端采用圆柱副连接，所述连接杆的两端分别与第一定子和第二定子的外周缘形成球铰；
执行机构，其与所述连接杆的另一外伸端铰接，以驱动所述连接杆绕所述连接杆和所述外伸端的铰接轴线旋转。
优选的是，所述第一定子和第二定子均包括：
磁盘，其呈环形圆盘状，所述磁盘上设置有用于安装永磁体的凹槽；
盖板，其呈环形圆盘状，所述盖板固定安装在磁盘上以将永磁体固定在磁盘和盖板之间。
优选的是，还包括连接盘；所述第一转子和第二转子分别固定在连接盘两侧，所述第一定子和第二定子呈环形盘状，所述连接盘穿过所述定子中心；所述连接盘一侧与汽车传动轴连接，另一侧与变速箱输出轴连接。
优选的是，所述第一转子和/或第二转子上设置有散热装置。
优选的是，所述转子包括相对排列的均呈圆环状的固定板和固定盘，所述固定板和固定盘之间设置有多个绕圆周排列呈放射状的涡轮片。
优选的是，所述转子包括相对排列的均呈圆环状的固定板和固定盘，所述固定板和固定盘之间设置有多个呈圆周排列的铝制散热片。
优选的是，所述第一转子和/或第二转子与连接盘之间设置有间隙调整片。
优选的是，所述执行机构为气缸，所述气缸的一端与变速箱壳体或车架铰接固定，另一端与连接杆上的所述另一外伸端铰接。
优选的是，所述支撑架的外伸端设置有四个，呈圆周均匀布置，每个外伸端均通过圆柱销与一个连接杆的中部铰接，所述执行机构为两个，分别与位置相对的两个连接杆铰接。
一种车用盘式永磁涡流缓速器，包括：
两个同轴间隔布置的转子；
两个同轴定子，其同轴设置在所述转子之间；以及
支撑架，其与变速箱壳体或车架固定连接；
连接杆，其中部与支撑架的外伸端铰接，所述连接杆的两端分别与所述两个定子的外周缘形成球铰；
执行机构，其铰接固定在所述变速箱壳体或车架上，并且与所述连接杆的另一外伸端铰接；
其中，所述连接块和支撑架的外伸端的铰接点位于所述两个定子之间的中间平面上。
本发明的有益效果体现在以下方面：
1、永磁涡流柔性缓速器克服了电涡流缓速器耗电量大缺点，由高性能的钕铁硼永磁体提供磁场，不需要供电，节省了电能。
2、实现了无级调速。由电涡流缓速器的四级调速改为无极调速，制动转矩无极调节，驾驶员操作更方便。
3、永磁体相对于电磁线圈具有体积小、重量轻的特点，永磁体代替电磁线圈能大幅度的减小体积和重量，同时定子组件部分材料采用非磁性材料做构架，使得双盘式永磁缓速器整体结构紧凑、重量轻。
4、通过使用铰接形式的连接杆，确保两磁盘调整气隙时动作同步，避免两侧气隙不均导致轴向力，同时巧妙的将轴向最大阻力化解为周向转动和轴向移动，使操纵更省力。
附图说明
图1为本发明所述的车用盘式永磁涡流柔性缓速器总体结构示意图。
图2为本发明所述的第一定子结构示意图。
图3为永磁涡流柔性缓速器工作原理示意图。
图4为永磁涡流柔性缓速器制动力的形成示意图。
图5为本发明所述的转子组件结构示意图。
图6为本发明所述的驱动机构结构示意图。
图7为本发明所述的散热装置结构示意图。
图8为本发明所述的铝制散热片结构示意图。
图9为本发明所述的气隙最小时主动连接杆受力分析示意图。
图10为本发明所述的气隙最大时主动连接杆受力分析示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种车用盘式永磁涡流柔性缓速器，包括沿轴向布置的第一转子110和第二转子120。所述第一转子110和第二转子120分别固定在连接盘130的两侧，所述的一侧与汽车传动轴连接，另一侧与变速箱输出轴连接。在通过变速箱输出轴带动汽车传动轴旋转的同时，连同第一转子110、第二转子120和连接盘130一起同步旋转。
所述在第一转子110和第二转子120之间留有一定的空隙，在第一转子110和第二转子120之间设置有沿轴向设置有的第一定子140和第二定子150，第一定子140靠近第一转子110，第二定子150靠近第二转子120，并且所述第一定子140和第二定子150能够沿轴向在第一转子110和第二转子120之间移动。
所述第一转子110与连接盘130之间设置有间隙调整片160，通过更换不同厚度的间隙调整片160，能够使第一转子110和第二转子120之间的距离发生改变，满足不同的距离要求。同样的，在第二转子120与连接盘130之间也设置有间隙调整片160。
如图2所示，所述第一定子140和第二定子150的结构相同，以第一定子140为例，所述第一定子140包括磁盘141，所述磁盘141呈环形圆盘状，在磁盘141内设置有多个相对于轴线呈圆周布置的凹槽142，在凹槽142内设置有永磁体143，永磁体沿轴向充磁，并且相邻的两个永磁体工作面的磁极相反，即N极S极交替排列。盖板144也呈环形圆盘状，其通过螺钉安装在磁盘141上，以将永磁体143固定在磁盘141和盖板144之间。
本发明还包括驱动机构，其作用是驱动所述第一定子140和第二定子150分别靠近或远离第一转子110和第二转子120。
通过本发明上述的设置，可以使汽车在坡道行驶时，方便地实行缓速和恒速行驶，也可以在高速公路或路况较差的情况下，及时轻松地进行缓速,因此可极大地提高汽车行驶时的安全性与舒适性，增加了汽车行驶的平顺性。
如图3、图4所示，本发明的工作原理是：当汽车需要辅助制动时，电控系统发出指令，控制驱动机构带动第一定子140和第二定子150分别向靠近第一转子110和第二转子120方向运动。当定子靠近转子时，转子在旋转过程中切割磁力线，在转子内部感应形成电涡流，有楞次定律知道运动导体上的感应电流产生的的磁场力总是反抗导体的运动，从而产生了制动效果；随着定子组件不断的靠近转子组件，转子和定子之间的间隙不断变小，气隙磁场强度不断增大，气隙3毫米时，气隙磁场强度达到最大，制动力达到最大，制动扭矩达到最大；这样由电涡流产生的磁场和磁盘组件内部磁铁产生的磁场相互作用，充分消耗汽车动能，起到减速的目的；产生的大量热量由空气带走。
如图5所示，本发明提供了一种车用盘式永磁涡流柔性缓速器，包括转子组件，转子组件与车辆传动轴固定连接，所述转子组件在旋转的过程中通过切割定子组件产生的磁力线，从而在转子组件内部感应形成电涡流，从而产生制动效果，实现缓速的作用。所述转子组件包括固定板211和固定盘212，所述固定板211和固定盘212均呈圆环状，并且所述固定板211和固定盘212沿轴向布置，所述固定板211和固定盘212之间设置有多个呈圆周排列的涡轮片213，旋转过程中，通过固定盘212不断的切割磁力线，产生制动效果。同时，涡轮片213随着转子组件一同旋转，带动周围空气加速流动，通过空气的流动将转子组件产生的大量热量及时带走，从而能够提高整个缓速器的工作性能和使用寿命。所述转子组件设置有两个，并且沿轴向布置。
如图7、图8所示，在另一实施例中，本发明中的散热装还有另外一种形式。所述转子组件包括固定板211和固定盘212，所述固定板211和固定盘212均呈圆环状，并且所述固定板211和固定盘212沿轴向布置，所述固定板211和固定盘212之间设置多个呈圆周排列的铝制散热片214。原铸造转子多为铁质，导热系数80W/mK，叶片散热面积0.15m2(会因转子直径和叶片数量变化)，新转子将原铸造散热叶片改为铝制散热片214，导热系数237W/mK，叶片散热面积0.79m2(会因散热片高度、数量变化)，实验时转子整体温度较原来降低100℃以上，散热效率大幅提高。另外，改为铝质散热片后，重量减约10Kg，减少了转动惯量，同时减轻转子总体重量。
如图6所示，本发明提供了一种车用盘式永磁涡流柔性缓速器，包括沿轴向布置的第一定子310和第二定子320，在第一定子310和第二定子320之间或者两侧设置有转子，通过驱动机构带动第一定子310和第二定子320沿轴线运动，
所述驱动机构包括支撑架340，所述支撑架340与车辆变速箱壳体固定连接。所述支撑架340呈圆环形，在支撑架340上沿圆周方向均布有四个支撑块350。连接杆360的中部通过圆柱销370与支撑块圆柱副连接，使连接杆360能够绕着圆柱销370相对于支撑块350旋转。所述第一定子310和第二定子320与支撑架340同轴布置，并且连接杆360的两端分别与第一定子310和第二定子320的侧壁球铰接，通过驱动机构对第一定子310和第二定子320进行了位置的限定，使第一定子310和第二定子320同步相向运动，或者背向运动。执行机构作为动力，所述执行机构与连接杆360连接，驱动所述连接杆360绕圆柱销370旋转。
所述执行机构可以为电机，其与圆柱销370同轴固定连接，圆柱销370通过平键与连接杆360固定连接，从而实现了电机旋转直接带动连接杆360旋转。
在另一实施例中，所述执行机构包括气缸380，所述气缸380的一端与变速箱体或机架铰接。所述连接杆360分为主动连接杆和从动连接杆，其中主动连接杆上设置有突出部361，气缸380的另一端与突出部361相铰接，通过气缸380的伸长或缩短，同样实现了带动主动连接杆360绕圆柱销370旋转。
所述气缸380设置有两个，分别与对侧的两个主动连接杆360连接，驱动这两个对侧的连接杆360旋转，而另外两个相对的从动连接杆360作为从动端跟随旋转，实现了第一定子310和第二定子320的移动，并且始终保持第一定子310和第二定子320平行。
如图9所示，当气隙最小吸力最大时，两铰接点在同一水平线上，吸力方向阻力臂为0，只产生周向的F1、F2分力，主动连接杆带动磁盘周向转动。
如图10所示，磁盘转动后，吸力产生转动阻力臂l1、l2，开始时，阻力(磁盘吸力)很大，但阻力臂很小，驱动力不大，巧妙的将阻力化解，确保了磁盘在吸力最大时轻松开合。
随着转动角度加大，阻力臂增大，但阻力变小(吸力随着气隙变大而减小)，气缸驱动力先变大后变小，平稳过渡到最大气隙位置。
本发明中的驱动机构，主动连接杆将两个磁盘通过关节轴承铰接在一起，主动连接杆沿中间轴旋转时，确保两磁盘调整气隙时动作同步，避免两侧气隙不均导致轴向力。驱动时通过主动连接杆旋转，巧妙的将轴向最大阻力化解为周向转动和轴向移动，减小驱动力。主动连接杆可选用1个或多个，可根据吸力、驱动力大小灵活选用。主动连接杆同时起到限制磁盘距离作用，避免磁盘和转子干涉。
本发明提供的车用盘式永磁涡流柔性缓速器，克服了电涡流缓速器耗电量大缺点，由高性能的钕铁硼永磁体提供磁场，不需要供电，节省了电能。实现了无级调速，由电涡流缓速器的四级调速改为无极调速，制动转矩无极调节，驾驶员操作更方便。永磁体相对于电磁线圈具有体积小、重量轻的特点，永磁体代替电磁线圈能大幅度的减小体积和重量，同时定子组件部分材料采用非磁性材料做构架，使得双盘式永磁缓速器整体结构紧凑、重量轻。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，包括：
第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子沿轴向间隔同轴布置；
第一定子和第二定子，其同轴设置在第一转子和第二转子之间；以及
支撑架，其与车辆变速箱壳体或车架固定连接；
连接杆，其中部与支撑架的外伸端采用圆柱副连接，所述连接杆的两端分别与第一定子和第二定子的外周缘形成球铰；
执行机构，其与所述连接杆的另一外伸端铰接，以驱动所述连接杆绕所述连接杆和所述外伸端的铰接轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述第一定子和第二定子均包括：
磁盘，其呈环形圆盘状，所述磁盘上设置有用于安装永磁体的凹槽；
盖板，其呈环形圆盘状，所述盖板固定安装在磁盘上以将永磁体固定在磁盘和盖板之间。
3.根据权利要求2所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，还包括连接盘；所述第一转子和第二转子分别固定在连接盘两侧，所述第一定子和第二定子呈环形盘状，所述连接盘穿过所述定子中心；所述连接盘一侧与汽车传动轴连接，另一侧与变速箱输出轴连接。
4.根据权利要求1或3所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述第一转子和/或第二转子上设置有散热装置。
5.根据权利要求4所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述转子包括相对排列的均呈圆环状的固定板和固定盘，所述固定板和固定盘之间设置有多个绕圆周排列呈放射状的涡轮片。
6.根据权利要求4所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述转子包括相对排列的均呈圆环状的固定板和固定盘，所述固定板和固定盘之间设置有多个呈圆周排列的铝制散热片。
7.根据权利要求1所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述第一转子和/或第二转子与连接盘之间设置有间隙调整片。
8.根据权利要求1所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述执行机构为气缸，所述气缸的一端与变速箱壳体或车架铰接固定，另一端与连接杆上的所述另一外伸端铰接。
9.根据权利要求1所述的车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，所述支撑架的外伸端设置有四个，呈圆周均匀布置，每个外伸端均通过圆柱销与一个连接杆的中部铰接，所述执行机构为两个，分别与位置相对的两个连接杆铰接。
10.一种车用盘式永磁涡流缓速器，其特征在于，包括：
两个同轴间隔布置的转子；
两个同轴定子，其同轴设置在所述转子之间；以及
支撑架，其与变速箱壳体或车架固定连接；
连接杆，其中部与支撑架的外伸端铰接，所述连接杆的两端分别与所述两个定子的外周缘形成球铰；
执行机构，其铰接固定在所述变速箱壳体或车架上，并且与所述连接杆的另一外伸端铰接；
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