CN111216697B - 一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，包括永磁制动器、摩擦制动器、刹车盘和车轮轴；所述永磁制动器和摩擦制动器分别对称安装于刹车盘两侧，刹车盘设于车轮轴上；所述永磁制动器工作于车辆制动前期，实现无接触快速制动，摩擦制动器工作于车辆制动后期，实现停车。本发明采用集成内置式永磁制动和摩擦制动的方法，在保持永磁套件位置固定的情况下，通过简单调节调磁环，实现制动力矩调整，提升了已有该类刹车系统的集成度，提高了制动力矩调节的稳定性和可靠性。在制动初始阶段，采用永磁涡流无接触制动，大大降低了摩擦块和刹车片的磨损和刹车盘温度，延长了制动系统的使用寿命，具有很好的节能减排效果。

Description

一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置
技术领域
本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置。
背景技术
随着高性能永磁材料推广应用而迅速发展起来的永磁涡流制动技术，是一种无接触制动技术，其具备制动力矩大、装置体积小、磁体温升低以及节能环保等优点。但是，永磁涡流制动技术中，定转子之间存在滑差时，才存在制动力矩，不能够实现精确停车。国内外学者提出了永磁与摩擦结合的制动技术，以实现精准制动。
在专利授权公告号为CN102155508B的“一种永磁制动与摩擦制动相组合的制动器及制动方法”，在原有摩擦制动装置的基础上增加一套永磁制动装置，通过液压或者气压动力驱动永磁轴向移动调节永磁与制动盘的距离进而实现永磁制动转矩的控制。但是，该方案存在不足：轴向平移永磁转子需要克服轴向磁拉力，操动装置需要提供足够大的轴向力才能实现调节，对液压或者气压驱动装置要求较高。另外，轴向平移整个永磁组件导致其可靠性和稳定性下降。
在专利授权公告号为CN109058328B的“一种集成永磁制动与摩擦制动的车辆轮边复合制动装置”，在原有摩擦制动装置的基础上增加一套永磁制动装置，包含活动永磁组件和固定永磁组件，通过转动活动永磁组件，调节与固定永磁组件磁极相对位置，调整磁路结构，调节与铜层部分的耦合磁通量，进而实现制动力矩的灵活调节。但是，该方案存在不足：两套永磁组件轴向并列排列，增加了永磁制动器轴向厚度，造成轴向空间需求较大。
发明内容
发明目的：针对现有技术中制动系统结构复杂且通过轴向移动永磁组件来调节磁通较麻烦的缺陷，本发明公开了一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，通过液压调节机构控制调节简单的调磁环，短路内置式永磁定子的磁通，即可调节永磁定子与刹车盘耦合的有效磁通量，进而实现永磁制动器制动力矩的调节。
技术方案：本发明公开了一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，包括永磁制动器、摩擦制动器、刹车盘和车轮轴；所述永磁制动器和摩擦制动器对称安装于刹车盘的两端，刹车盘设于车轮轴上，且位于永磁制动器和摩擦制动器之间；所述永磁制动器工作于车辆制动前期，实现无接触快速制动，摩擦制动器工作于车辆制动后期，实现停车；
所述永磁制动器包括第一永磁制动套件、第二永磁制动套件、第一调磁组件、第二调磁组件和永磁制动器固定装置；所述第一永磁制动套件和第二永磁制动套件分别固定设置于永磁制动器固定装置内壁两侧，且第一永磁制动套件和第二永磁制动套件结构相同，关于刹车盘中心横截面轴向对称；所述第一调磁组件和第二调磁组件结构相同，且关于刹车盘中心横截面轴向对称，第一调磁组件安装于第一永磁制动套件靠近车轮轴一端，第二调磁组件安装于第二永磁制动套件靠近车轮轴一端；其中第一永磁制动套件产生的交替磁场穿过刹车盘与第二永磁制动套件构成闭合回路，第一调磁组件控制平移其与第一永磁制动套件之间半径处距离，第二调磁组件控制平移其与第二永磁制动套件之间半径处距离，在刹车盘感应涡流，产生制动力矩。
优选地，所述第一永磁制动套件包含第一永磁定子套件和第二永磁定子套件；所述第一永磁定子套件包括若干第一永磁套件和第一铁芯套件，第二永磁定子套件包括若干第二永磁套件和第二铁芯套件；所述交替切向的第一永磁套件和第二永磁套件分别镶嵌于第一铁芯套件和第二铁芯套件中。
优选地，所述第一调磁组件还包括第一调磁环、第二调磁环、电子液压调节机构、第一控制连杆机构和第二控制连杆机构；所述第一调磁环设于第一永磁定子套件靠近车轮轴一端，第二调磁环设于第二永磁定子套件靠近车轮轴一端，第一调磁环和第二调磁环关于刹车盘中心横截面轴向对称；电子液压调节机构通过第一控制连杆机构控制第一调磁环与第一永磁定子套件内半径处距离，电子液压调节机构通过第二控制连杆机构控制第二调磁环与第二永磁定子套件内半径处距离。
优选地，所述永磁制动器为机械调磁型内置式永磁制动器，摩擦制动器为盘式摩擦制动器。
优选地，所述摩擦制动器包括第一摩擦块、第二摩擦块和摩擦制动器固定装置；所述第一摩擦块和第二摩擦块分别固定设置于摩擦制动器固定装置内壁两侧，第一摩擦块和第二摩擦块关于刹车盘中心横截面轴向对称；第一摩擦块和第二摩擦块通过摩擦刹车盘实现车辆摩擦制动。
一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置的制动方法，制动装置处于最小制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构分别沿径向向外伸出第一控制连杆机构和第二控制连杆机构，缩小第一调磁环与第一永磁定子套件、第二调磁环与第二永磁定子套件内半径处距离，使得第一调磁环紧靠第一永磁定子套件、第二调磁环紧靠第二永磁定子套件，第一永磁套件和第二永磁套件的主磁通分别通过第一调磁环、第二调磁环形成闭合回路，少量漏磁轴向穿过刹车盘与第二永磁制动套件形成闭合回路，在刹车盘中感应涡流极小，此时永磁制动力矩近乎为零；
所述制动装置处于最大制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构分别沿径向向内收回第一控制连杆机构和第二控制连杆机构，增大第一调磁环与第一永磁定子套件、第二调磁环与第二永磁定子套件内半径处距离，使得第一调磁环远离第一永磁定子套件、第二调磁环紧靠第二永磁定子套件，第一永磁套件和第二永磁套件的主磁通穿过刹车盘与第二永磁制动套件形成闭合回路，在刹车盘中感应涡流最大，制动力矩最大；此时，第一调磁环和第二调磁环短路永磁磁通的能力近乎为零。
有益效果：
本发明通过液压调节机构控制弧形调磁环短路永磁磁通，在保持永磁套件位置固定的情况下，通过简单调节调磁环，实现制动力矩调整，提升了已有该类刹车系统的集成度，提高了制动力矩调节的稳定性和可靠性；相比平移整个永磁套件的方法，操作更为简单、故障率更低、大大降低制造和维护成本。另外，本发明在制动初始阶段，采用永磁涡流无接触制动，大大降低了摩擦块和刹车片的磨损和刹车盘温度，延长了制动系统的使用寿命，具有很好的节能减排效果。
附图说明
图1为本发明沿轴线的轴截面二维示意图；
图2为本发明最小制动力矩模式横截面二维示意图；
图3为本发明最大制动力矩模式横截面二维示意图；
其中，1为永磁制动器，2为摩擦制动器，3为第一永磁制动套件，4为第二永磁制动套件，5为第一调磁组件，6为刹车盘，7为车轮轴，8为摩擦制动器固定装置，9为永磁制动器固定装置，10为第二调磁组件，201为第一摩擦块，202为第二摩擦块，301为第一永磁定子套件，302为第二永磁定子套件，303为第一永磁套件，305为第二永磁套件，304为第一铁芯套件，306为第二铁芯套件，501为第一调磁环，502为第二调磁环，503为电子液压调节机构，504为第一控制连杆机构，505为第二控制连杆机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如附图1所示，一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，包括永磁制动器1、摩擦制动器2、刹车盘6和车轮轴7；所述永磁制动器1安装于刹车盘6一端，摩擦制动器2安装于刹车盘6另一端，刹车盘6设于车轮轴7上，且位于永磁制动器1和摩擦制动器2之间；所述永磁制动器1工作于车辆制动前期，实现无接触快速制动，摩擦制动器2工作于车辆制动后期，实现停车。
如附图2和附图3所示，永磁制动器1包括第一永磁制动套件3、第二永磁制动套件4、第一调磁组件5、第二调磁组件10和永磁制动器固定装置9；所述第一永磁制动套件3和第二永磁制动套件4结构相同，且分别固定设置于永磁制动器固定装置9内壁两侧，且第一永磁制动套件3和第二永磁制动套件4关于刹车盘6中心轴向对称；所述第一调磁组件5和第二调磁组件10结构相同，且关于刹车盘6中心轴向对称，分别安装于第一永磁制动套件3和第二永磁制动套件4靠近车轮轴7一端，其中第一永磁制动套件3产生的交替磁场穿过刹车盘6与第二永磁制动套件4构成闭合回路，第一调磁组件5控制平移其与第一永磁制动套件3之间半径处距离，第二调磁组件10控制平移其与第二永磁制动套件4之间半径处距离。附图2和附图3是刹车盘6一侧的结构示意图，永磁制动器1和摩擦制动器2都是双边结构类似U型，而刹车盘6设置于U型的槽中。
如附图2所示，第一永磁制动套件3包括第一永磁定子套件301和第二永磁定子套件302（用虚线标出）；其中，第一永磁定子套件301包含若干第一永磁套件303和第一铁芯套件304；第二永磁定子套件302包含第二永磁套件305和第二铁芯套件306；所述交替切向的第一永磁套件303和第二永磁套件305分别镶嵌于第一铁芯套件304和第二铁芯套件306中。
第一调磁组件5包含第一调磁环501、第二调磁环502、电子液压调节机构503、第一控制连杆机构504和第二控制连杆机构505；所述第一调磁环501设于第一永磁定子套件301靠近车轮轴7一端，第二调磁环502设于第二永磁定子套件302靠近车轮轴（7）一端；电子液压调节机构503通过第一控制连杆机构504控制第一调磁环501与第一永磁定子套件301内径向距离，电子液压调节机构503通过第二控制连杆机构505控制第二调磁环502与第二永磁定子套件302内半径处距离。
永磁制动器1为机械调磁型内置式永磁制动器，摩擦制动器2为盘式摩擦制动器。本发明采用集成内置式永磁和摩擦制动的方法，在保持永磁套件位置固定的情况下，通过简单调节调磁环，实现制动力矩调整，提升了已有该类刹车系统的集成度，提高了制动力矩调节的稳定性和可靠性。
摩擦制动器2包括第一摩擦块201、第二摩擦块202和摩擦制动器固定装置8；所述第一摩擦块201和第二摩擦块202分别固定设置于摩擦制动器固定装置8内壁两侧，第一摩擦块201和第二摩擦块202关于刹车盘6中心横截面轴向对称；第一摩擦块201和第二摩擦块202通过摩擦刹车盘6实现车辆摩擦制动。
一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置的制动方法，制动装置处于最小制动力矩模式运行状态下时，如附图2所示，制动装置处于最小制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构503分别沿径向向外伸出第一控制连杆机构504和第二控制连杆机构505，缩小第一调磁环501与第一永磁定子套件301、第二调磁环502与第二永磁定子套件302内半径处距离，使得第一调磁环501紧靠第一永磁定子套件301、第二调磁环502紧靠第二永磁定子套件302，第一永磁套件303和第二永磁套件305的主磁通分别通过第一调磁环501、第二调磁环502形成闭合回路，少量漏磁轴向穿过刹车盘6与第二永磁制动套件4形成闭合回路，在刹车盘6中感应涡流极小，此时永磁制动力矩近乎为零。
如附图3所示，所述制动装置处于最大制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构503分别沿径向向内收回第一控制连杆机构504和第二控制连杆机构505，增大第一调磁环501与第一永磁定子套件301、第二调磁环502与第二永磁定子套件302内半径处距离，使得第一调磁环501远离第一永磁定子套件301、第二调磁环502紧靠第二永磁定子套件302，第一永磁套件303和第二永磁套件305的主磁通轴向穿过刹车盘6与第二永磁制动套件4形成闭合回路，在刹车盘6中感应涡流最大，永磁制动力最大；此时，第一调磁环501和第二调磁环502短路第一永磁套件303和第二永磁套件305励磁磁通的能力近乎为零。
永磁套件的磁通始终是导通状态，只是调磁环位置不同，磁通路径方向不同。调磁环靠近永磁定子套件，磁通经过调磁环，形成闭合回路；调磁环远离永磁定子套件，磁通沿轴向穿过刹车盘6，形成闭合回路。本发明通过电子液压调节机构控制弧形调磁环短路永磁磁通，相比平移整个永磁套件的方法，操作更为简单、故障率更低、大大降低制造和维护成本。
本发明在制动初始阶段，采用永磁涡流无接触制动，大大降低了摩擦块和刹车盘6的磨损和刹车盘6温度，延长了制动系统的使用寿命，具有很好的节能减排效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，其特征在于：包括永磁制动器（1）、摩擦制动器（2）、刹车盘（6）和车轮轴（7）；所述永磁制动器（1）和摩擦制动器（2）对称安装于刹车盘（6）的两端，刹车盘（6）设于车轮轴（7）上，且位于永磁制动器（1）和摩擦制动器（2）之间；所述永磁制动器（1）工作于车辆制动前期，实现无接触快速制动，摩擦制动器（2）工作于车辆制动后期，实现停车；
所述永磁制动器（1）包括第一永磁制动套件（3）、第二永磁制动套件（4）、第一调磁组件（5）、第二调磁组件（10）和永磁制动器固定装置（9）；所述第一永磁制动套件（3）和第二永磁制动套件（4）结构相同，且分别固定设置于永磁制动器固定装置（9）内壁两侧，第一永磁制动套件（3）和第二永磁制动套件（4）关于刹车盘（6）中心轴向对称；所述第一调磁组件（5）和第二调磁组件（10）结构相同，且关于刹车盘（6）中心轴向对称，分别安装于第一永磁制动套件（3）和第二永磁制动套件（4）靠近车轮轴（7）一端，其中第一永磁制动套件（3）产生的交替磁场穿过刹车盘（6）与第二永磁制动套件（4）构成闭合回路，第一调磁组件（5）控制平移其与第一永磁制动套件（3）之间半径处距离，第二调磁组件（10）控制平移其与第二永磁制动套件（4）之间半径处距离。
2.根据权利要求1所述的一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，其特征在于：所述第一永磁制动套件（3）包括第一永磁定子套件（301）和第二永磁定子套件（302）；其中，第一永磁定子套件（301）包含若干第一永磁套件（303）和第一铁芯套件（304）；第二永磁定子套件（302）包含第二永磁套件（305）和第二铁芯套件（306）；交替切向的所述第一永磁套件（303）和第二永磁套件（305）分别镶嵌于第一铁芯套件（304）和第二铁芯套件（306）中。
3.根据权利要求1所述的一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，其特征在于：所述第一调磁组件（5）包含第一调磁环（501）、第二调磁环（502）、电子液压调节机构（503）、第一控制连杆机构（504）和第二控制连杆机构（505）；所述第一调磁环（501）设于第一永磁定子套件（301）靠近车轮轴（7）一端，第二调磁环（502）设于第二永磁定子套件（302）靠近车轮轴（7）一端；电子液压调节机构（503）通过第一控制连杆机构（504）控制第一调磁环（501）与第一永磁定子套件（301）内半径处距离，电子液压调节机构（503）通过第二控制连杆机构（505）控制第二调磁环（502）与第二永磁定子套件（302）内半径处距离。
4.根据权利要求1所述的一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，其特征在于：所述永磁制动器（1）为机械调磁型内置式永磁制动器，摩擦制动器（2）为盘式摩擦制动器。
5.根据权利要求1所述的一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置，其特征在于：所述摩擦制动器（2）包括第一摩擦块（201）、第二摩擦块（202）和摩擦制动器固定装置（8）；所述第一摩擦块（201）和第二摩擦块（202）分别固定设置于摩擦制动器固定装置（8）内壁两侧，第一摩擦块（201）和第二摩擦块（202）关于刹车盘（6）中心横截面轴向对称；第一摩擦块（201）和第二摩擦块（202）通过摩擦刹车盘（6）实现车辆摩擦制动。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种平移式车用永磁和摩擦集成型制动装置的制动方法，其特征在于：所述制动装置处于最小制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构（503）分别沿径向向外伸出第一控制连杆机构（504）和第二控制连杆机构（505），缩小第一调磁环（501）与第一永磁定子套件（301）、第二调磁环（502）与第二永磁定子套件（302）内半径处距离，使得第一调磁环（501）紧靠第一永磁定子套件（301）、第二调磁环（502）紧靠第二永磁定子套件（302），第一永磁套件（303）和第二永磁套件（305）的主磁通分别通过第一调磁环（501）、第二调磁环（502）形成闭合回路；
所述制动装置处于最大制动力矩模式运行状态下时，电子液压调节机构（503）分别沿径向向内收回第一控制连杆机构（504）和第二控制连杆机构（505），增大第一调磁环（501）与第一永磁定子套件（301）、第二调磁环（502）与第二永磁定子套件（302）内半径处距离，使得第一调磁环（501）远离第一永磁定子套件（301）、第二调磁环（502）紧靠第二永磁定子套件（302），第一永磁套件（303）和第二永磁套件（305）的主磁通轴向穿过刹车盘（6）与第二永磁制动套件（4）形成闭合回路，在刹车盘（6）中感应涡流最大，永磁制动力最大。
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