CN110271366B - 一种主动磁悬浮车轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动磁悬浮车轮，涉及交通、车辆领域，能够以磁轴承结构代替现有悬架系统结构,避免了机械摩擦，减少能量损失。本发明包括：径向磁轴承定子、径向磁轴承转子、轴向磁轴承定子、轴向磁轴承转子、中心轴、套筒、法兰盘、轮毂。该结构通过电磁力使径向磁轴承定子连同车辆底盘稳定悬浮在空中，消除传统轴承的摩擦损耗。并且径向定转子之间气隙较一般磁轴承大很多，达到数毫米，可以用电磁悬浮力代替传统悬架的弹簧和阻尼器，以主动控制方法，实现车辆行驶过程中车身颠簸的抑制及阻尼特性的改变。
Description
技术领域
本发明涉及交通、车辆领域，尤其涉及一种主动磁悬浮车轮。
背景技术
目前新型电动汽车虽然以电机代替燃油发动机，但依然保留了传统的底盘结构，结构复杂、效率较低。
现有底盘中的悬架系统种类众多、结构复杂，为了达到希望的舒适性或者运动性，往往需要对弹簧软硬、阻尼器特性进行大量的人为调校，这不仅在设计生产阶段十分繁琐，且驾驶者在车辆使用过程中也无法进行便捷控制。
发明内容
本发明提供一种主动磁悬浮车轮，能够以磁轴承结构代替现有悬架系统结构,避免了机械摩擦，减少能量损失。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种主动磁悬浮车轮，包括：轮毂、法兰盘、轴向磁轴承转子、轴向磁轴承定子、径向磁轴承转子、径向磁轴承定子、中心轴、套筒。其中，轴向磁轴承转子包括左轴向磁轴承转子和右轴向磁轴承转子，轴向磁轴承定子包括左轴向磁轴承定子和右轴向磁轴承定子。
中心轴右端和车的底盘连接，中心轴左端穿过法兰盘，法兰盘和轮毂连接。中心轴外围设置套筒，中心轴和套筒过盈配合，套筒径向上设置径向磁轴承定子，径向磁轴承定子的外围设置径向磁轴承转子。套筒的轴向两端还分别设置左轴向磁轴承定子和右轴向磁轴承定子，左轴向磁轴承定子的外侧设置左轴向磁轴承转子，右轴向磁轴承定子的外侧设置右轴向磁轴承转子。左轴向磁轴承转子和右轴向磁轴承转子分别和径向磁轴承转子连接，左轴向磁轴承转子还和法兰盘连接。
进一步的，底盘上设置传感器支架，底盘上设置测距传感器，用于测量沿中心轴径向，测距传感器与右轴向磁轴承转子之间的距离。
进一步的，左轴向磁轴承定子上设置测距传感器，测量测距传感器与左轴向磁轴承转子之间的距离。
进一步的，径向磁轴承定子由线圈、纯铁夹板、螺栓、硅钢片、螺母组成，纯铁夹板设置于径向定子硅钢片两侧，螺栓穿过夹板和硅钢片，并与螺母连接，将夹板和径向定子硅钢片夹紧。纯铁夹板和硅钢片外围缠绕线圈，套在每个磁极上。
进一步的，径向磁轴承定子有16个磁极。
进一步的，径向磁轴承转子由外壳、端盖、径向转子硅钢片组成，外壳设置于径向转子硅钢片外部，且外壳一端由端盖压紧固定。
进一步的，中心轴的左右两端均安装保护轴承。
本发明的工作原理为：
径向磁轴承定子中的线圈通电，对径向磁轴承转子产生电磁力，当上下两侧的电磁吸力差大于中心轴及安装在其上所有零部件的总重力时，由于径向磁轴承转子连同轮毂被地面约束，中心轴便连同底盘整体悬浮起来。
径向位置传感器检测右轴向磁轴承转子相对自身的距离，当上侧相对距离减小、下侧相对距离增大时，即中心轴连同底盘、定子、传感器等相对于转子向下移动了，此时控制系统会使径向磁轴承定子上侧线圈中的电流增大，下侧线圈中的电流减小，使得上侧的电磁吸力增大，下侧的电磁吸力减小，如此中心轴连同底盘、定子、传感器等会相对于转子向上移动，直至恢复至原悬浮位置。
左、右轴向磁轴承定子中的线圈通电，分别对左、右轴向磁轴承转子产生电磁吸力，使中心轴连同底盘在轴向也处于悬浮状态，这样在正常工作时，轮毂连同径向转子、轴向转子等部件进行旋转，和中心轴、径向定子、轴向定子等完全不接触，消除了机械摩擦。
径向定、转子之间有较大的悬浮气隙，当车辆遭遇颠簸时，轮毂会上下跳动，此时径向磁轴承定子中的线圈电流会主动改变，控制对转子上下两侧的磁力大小，以减小定子跳动幅值和加速度，实现代替传统悬架的功能。而采用不同的线圈电流控制策略，便可以产生不同的磁力变化效果，从而模拟出悬架阻尼可变的特性。
本发明的有益效果是：
本发明能代替现有车辆的悬架系统，以电磁悬浮力代替弹簧作为轮毂和车身底盘之间的承载媒介，在遭遇颠簸时，通过不同控制算法改变电磁线圈中电流变化的特性，以实现径向磁极不同出力特性，进行实现阻尼特性可调的功能；轮毂与中心轴之间无机械摩擦，无需润滑，减少了能量损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是径向磁轴承定子沿径向切开的剖面图；
图3是径向磁轴承定子沿轴向切的剖面图；
图4是径向磁轴承转子的的剖面图。
其中，1-轮毂、2-法兰盘、31-左保护轴承、32-右保护轴承、4-轴端挡圈、5-轴承座、61-左轴向磁轴承转子、62-右轴向磁轴承转子、71-左轴向磁轴承定子、72-右轴向磁轴承定子、8-径向磁轴承转子、9-径向磁轴承定子、10-径向位置传感器、11-径向位置传感器支架、12-保护轴承锁紧螺母、13-底盘、14-中心轴、15-轴向位置传感器、16-径向磁轴承定子锁紧螺母、17-套筒、181-左轴向调整环、182-右轴向调整环、19-线圈、20-纯铁夹板、21-螺栓、22-径向定子硅钢片、23-螺母、24-外壳、25-径向转子硅钢片、26-端盖。
实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种主动磁悬浮车轮，如图1所示，包括：轮毂1、法兰盘2、保护轴承、轴端挡圈4、保护轴承座5、左轴向磁轴承转子61、右轴向磁轴承转子62、左轴向磁轴承定子71、右轴向磁轴承定子72、径向磁轴承转子8、径向磁轴承定子9、径向位置传感器10、径向传感器支架11、保护轴承锁紧螺母12、中心轴14、轴向位置传感器15、径向磁轴承定子锁紧螺母16、套筒17、轴向调整环。
径向磁轴承定子9如图2所示，共有16个磁极，由纯铁夹板20、径向定子硅钢片22、线圈19组成。两侧纯铁夹板20将中间若干径向定子硅钢片22夹紧，由分布在每个磁极上的螺栓21和螺母22提供拉紧力，其中螺母22与纯铁夹板20为过盈配合。为充分利用空间以增大安匝数，线圈19绕制成等腰梯形并套在径向磁轴承定子9的每个磁极上。
所述径向磁轴承转子8如图3所示，由外壳24、端盖26、径向转子硅钢片25组成。为减少漏磁，径向转子硅钢片25的总轴向长度较径向磁轴承定子9轴向长度略长。
中心轴14的右端和底盘13连接，左端穿过法兰盘2中心的通孔，法兰盘2和轮毂1连接。
中心轴14外侧设置套筒17，中心轴14和套筒17之间过盈配合。径向磁轴承定子9安装在套筒17外围，套筒17的右侧设置有轴肩，限制径向磁轴承定子9向右运动。径向磁轴承定子锁紧螺母12设置在套筒17外围，径向磁轴承定子9的左侧，限制了径向磁轴承定子9沿中心轴14轴向的位置。轴向调整环有两个，分别是左轴向调整环181和右轴向调整环182，左轴向调整环181设置在左保护轴承31的右侧，可以调整左保护轴承31在中心轴上的轴向位置，使得左保护轴承31与法兰盘2和轴向磁轴承转子61保持相等的间隙；
右轴向调整环182设置在轴向磁轴承定子72的左侧，可以调整右轴向磁轴承定子72在中心轴上的轴向位置，使得左、右轴向定子相对于转子都能有合适的悬浮间隙。
径向磁轴承定子9外围设置径向磁轴承转子8，径向磁轴承转子8的左右两端分别通过螺栓和左轴向磁轴承转子61、右轴向磁轴承转子62连接，中心轴14穿过左轴向磁轴承转子61、右轴向磁轴承转子62。
中心轴14的左端设置轴承座5，左保护轴承31安装在轴承座5上，轴端挡圈4安装在中心轴14的左端，限制左保护轴承31的位置。左保护轴承31和法兰盘2连接，法兰盘2另一端和轮毂1连接。左保护轴承31为四点接触球轴承，承受径向和轴向的力。
左轴向磁轴承转子61、右轴向磁轴承转子62的内侧分别设置左轴向磁轴承定子71、右轴向磁轴承定子72，左轴向磁轴承定子71安装在套筒17上，左轴向磁轴承定子71上还安装轴向位置传感器15，用于测量轴向位置传感器15与径向磁轴承定子9之间的距离。左轴向磁轴承定子71上还设置用于安装轮毂1的螺纹孔，螺纹孔的孔径、个数和中心节圆直径匹配轮毂1参数，通过更改螺纹孔的孔径、个数和中心节圆直径即可安装不同规格的轮毂。
右轴向磁轴承定子72为纯铁材料，纯铁磁极之间装有环形电磁线圈。右轴向磁轴承定子72通过右保护轴承32套在中心轴14上，右保护轴承32为深沟球轴承。
底盘13上安装径向位置传感器支架11，径向位置传感器支架11上安装径向位置传感器10。右轴向磁轴承转子62设有突出圆环结构，配合径向位置传感器10检测径向的位置变化。中心轴14的外圆面上开有延轴向的槽，用于布置电磁线圈及传感器的导线。
本发明的有益效果是：
本发明能代替现有车辆的悬架系统，以电磁悬浮力代替弹簧作为轮毂和车身底盘之间的承载媒介，在遭遇颠簸时，通过不同控制算法改变电磁线圈中电流变化的特性，以实现径向磁极不同出力特性，进行实现阻尼特性可调的功能；轮毂与中心轴之间无机械摩擦，无需润滑，减少了能量损失。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种主动磁悬浮车轮，其特征在于，包括：轮毂（1）、法兰盘（2）、轴向磁轴承转子、轴向磁轴承定子、径向磁轴承转子（8）、径向磁轴承定子（9）、中心轴（14）、套筒（17），其中，轴向磁轴承转子包括左轴向磁轴承转子（61）和右轴向磁轴承转子（62），轴向磁轴承定子包括左轴向磁轴承定子（71）和右轴向磁轴承定子（72）；
中心轴（14）右端和车的底盘（13）连接，中心轴（14）左端穿过法兰盘（2），法兰盘（2）和轮毂（1）连接；
中心轴（14）外围设置套筒（17），中心轴（14）和套筒（17）过盈配合，套筒（17）径向上设置径向磁轴承定子（9），径向磁轴承定子（9）的外围设置径向磁轴承转子（8）；当车辆遭遇颠簸时，轮毂会上下跳动，此时径向磁轴承定子（9）中的线圈电流会主动改变，控制径向磁轴承转子（8）上下两侧的磁力大小，以减小径向磁轴承定子（9）跳动幅值和加速度，实现代替传统悬架的功能；
径向磁轴承定子（9）由线圈（19）、纯铁夹板（20）、螺栓（21）、硅钢片（22）、螺母（23）组成，纯铁夹板（20）设置于硅钢片（22）两侧，螺栓（21）穿过纯铁夹板（20）和径向定子硅钢片（22）并与螺母（23）连接，线圈（19）绕制成上宽下窄的等腰梯形并套在径向磁轴承定子（9）的每个磁极上；
套筒（17）的轴向两端还分别设置左轴向磁轴承定子（71）和右轴向磁轴承定子（72），左轴向磁轴承定子（71）的外侧设置左轴向磁轴承转子（61），右轴向磁轴承定子（72）的外侧设置右轴向磁轴承转子（62）；
左轴向磁轴承转子（61）和右轴向磁轴承转子（62）分别和径向磁轴承转子（8）连接，左轴向磁轴承转子（61）还和法兰盘（2）连接。
2.根据权利要求1所述的主动磁悬浮车轮，其特征在于，底盘（13）上设置传感器支架，所述传感器支架上设置测距传感器。
3.根据权利要求1所述的主动磁悬浮车轮，其特征在于，左轴向磁轴承定子（71）上设置测距传感器。
4.根据权利要求3所述的主动磁悬浮车轮，其特征在于，径向磁轴承定子（9）有16个磁极。
5.根据权利要求1所述的主动磁悬浮车轮，其特征在于，径向磁轴承转子（8）由外壳（24）、端盖（26）、径向转子硅钢片（25）组成，外壳（24）设置于径向转子硅钢片（25）外部，且外壳（24）一端由端盖（26）压紧固定。
6.根据权利要求1所述的主动磁悬浮车轮，其特征在于，中心轴（14）的左右两端均安装保护轴承。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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