CN111237361B - 一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置 - Google Patents

一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，包括双层内置式永磁制动器和摩擦制动器；永磁制动器包括第一永磁制动组件和第二永磁制动组件，两者结构类似，且关于刹车盘中心横截面轴向对称；其中第一永磁制动组件包括定子组件和调磁组件，定子组件包括内置永磁的固定永磁组件和转动永磁组件，调磁组件调节转动永磁组件与固定永磁组件之间相对机械角度，即可调节穿过刹车盘的有效磁通量，调节制动力矩。本发明制动初期采用永磁制动，制动后期采用摩擦制动，可实现防抱死制动，缩短刹车距离，降低摩擦制动的磨损；通过旋转永磁定子组件进行磁通调节，扩大制动力矩调节范围，缩小制动装置体积，可靠性和稳定性大大提升。

Description

一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置
技术领域
本发明属于车辆制动技术领域，具体涉及一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置。
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。
中国专利授权公告号为CN102155508B公开的“一种永磁制动与摩擦制动相结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。
中国专利授权公告号为CN109058328B公开的“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：增加包含铜层的圆筒式内置永磁涡流制动组件，提升了集成制动器的制动力矩密度，同时也导致高速转动刹车盘的结构略显复杂，一定程度上降低了制动器稳定性，另外，筒式涡流制动组件相比盘式结构的通风散热效果略差。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，通过调节转动永磁组件与固定永磁组件的相对机械角度，调节穿过刹车盘的有效永磁磁通，进而实现永磁制动器制动力矩的调节。
技术方案：本发明采用如下技术方案：一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，包括永磁制动器和摩擦制动器；
所述永磁制动器包括第一永磁制动组件和第二永磁制动组件；其中，第一永磁制动组件和第二永磁制动组件结构相同且关于刹车盘中心横截面轴向对称，所述第一永磁制动组件包含第一永磁定子组件、第二永磁定子组件和调磁组件，第一永磁定子组件和第二永磁定子组件结构相同且沿着摩擦制动器两侧沿圆周方向对称分布；其中，第一永磁定子组件包括固定永磁组件和可沿固定永磁组件转动若干机械角度的转动永磁组件，所述固定永磁组件和转动永磁组件呈相同弧度的弧形且处于同一径向平面、由外向内设置，所述调磁组件连接转动永磁组件，调节转动永磁组件与固定永磁组件之间相对机械角度。
优选的，所述固定永磁组件由若干固定永磁组件永磁体镶嵌在固定永磁组件铁芯中构成，所述转动永磁组件由若干转动永磁组件永磁体镶嵌在转动永磁组件铁芯中构成，相邻的固定永磁组件永磁体切向充磁方向相反，相邻的转动永磁组件永磁体切向充磁方向相反。
优选的，所述第一永磁制动组件和第二永磁制动组件设置在永磁定子固定装置中。
优选的，制动力矩最大时，所述固定永磁组件永磁体与其正对着的转动永磁组件永磁体的充磁方向沿切向一致，第一永磁制动组件的主磁通沿轴向穿过刹车盘与第二永磁制动组件构成闭合回路；制动力矩最小时，所述固定永磁组件永磁体的主磁通与转动永磁组件铁芯形成闭合回路，转动永磁组件永磁体的主磁通与固定永磁组件铁芯形成闭合回路。
优选的，所述调磁组件包括液压操动机构和与液压操动机构相连的连杆支撑机构，所述连杆支撑机构连接转动永磁组件，所述液压操动机构控制连杆支撑机构，调节转动永磁组件和固定永磁组件之间相对机械角度。
优选的，所述摩擦制动器包括摩擦制动器外壳和设置在摩擦制动器外壳上的第一摩擦块和第二摩擦块，所述第一摩擦块和第二摩擦块由液压操动机构驱动且关于刹车盘中心横截面轴向对称。
优选的，制动初期，采用永磁制动器进行永磁制动；制动后期，采用摩擦制动器进行摩擦制动。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）、本发明通过内外双层内置式永磁和摩擦制动集成的方法提升了已有该类刹车系统的集成度，扩大制动力矩调节范围，缩小制动装置体积，提高了稳定性和可靠性；
（2）、本发明通过液压操动机构控制固定永磁组件和转动永磁组件的相对角度，将永磁安装在定子上，通过旋转永磁定子组件进行磁通调节，相比轴向平移整个永磁定子套件的方法，避免了轴向平移整个永磁定子难度较大的问题，仅需沿圆周方向小幅调节转动永磁组件，即可实现较宽范围的制动力矩调整，操作更为简单、故障率更低、大大降低制造和维护成本，提高了整个制动系统的稳定性和可靠性；
（3）、本发明在制动初始阶段，采用永磁涡流无接触制动，可实现防抱死制动，缩短刹车距离，大大降低了摩擦块和刹车片的磨损，延长了制动系统的使用寿命，具有很好的节能减排效果；
（4）、本发明采用盘式结构，通风散热效果较好。
附图说明
图1为本发明沿轴线的轴截面二维示意图；
图2为本发明最大制动力矩模式横截面二维示意图；
图3为本发明最小制动力矩模式横截面二维示意图；
其中，永磁制动器1，摩擦制动器2，第一永磁制动组件3，第二永磁制动组件4，固定永磁组件6，转动永磁组件7，永磁定子固定装置8，车轮轴9，刹车盘10，第一摩擦块201，第二摩擦块202，摩擦制动器外壳203，第一永磁定子组件301，第二永磁定子组件302，固定永磁组件永磁体601，转动永磁组件永磁体701，固定永磁组件铁芯602，转动永磁组件铁芯702，液压操动机构501，连杆支撑机构502。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明公开了一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，包括双层内置式永磁制动器1和摩擦制动器2。
永磁制动器1包括第一永磁制动组件3和第二永磁制动组件4，第一永磁制动组件3和第二永磁制动组件4结构相同且关于刹车盘10中心横截面轴向对称，第一永磁制动组件3由第一永磁定子组件301、第二永磁定子组件302和调磁组件构成；另外，结构相似的第一永磁定子组件301和第二永磁定子组件302关于摩擦制动器2沿圆周方向对称分布。其中，第一永磁定子组件301包括固定永磁组件6和可沿固定永磁组件6转动若干机械角度的转动永磁组件7，固定永磁组件6和转动永磁组件7呈相同弧度的弧形且处于同一径向平面、由外向内设置；调磁组件包括液压操动机构501和与液压操动机构501相连的连杆支撑机构502，连杆支撑机构502连接转动永磁组件7，调磁组件通过液压操动机构501控制连杆支撑机构502，从而调节转动永磁组件7和固定永磁组件6之间相对机械角度，即可调节穿过与车轮轴9固定的刹车盘10的有效磁通量，从而根据制动需求，调节制动力矩。
第一永磁定子组件301的内置式固定永磁组件6由若干交替切向充磁的固定永磁组件永磁体601镶嵌在固定永磁组件铁芯602中构成，其转动永磁组件7由若干交替切向充磁的转动永磁组件永磁体701镶嵌在转动永磁组件铁芯702中构成，相邻的固定永磁组件永磁体601切向充磁方向相反，相邻的转动永磁组件永磁体701切向充磁方向相反，固定永磁组件永磁体601和转动永磁组件永磁体701在径向上一一对应布置且所占的圆弧度数相等。本发明中，铁芯采用各向导磁性能良好的材料，如工业纯铁，工业纯铁材质较软，机械强度不够，因此，第一永磁制动组件3和第二永磁制动组件4需要通过不锈钢或者铝合金等非导磁材料作为永磁定子固定装置8，将永磁体和铁芯部分镶嵌入永磁定子固定装置8，增强机械刚度。
摩擦制动器2为传统汽车制动器，采用现有液压操动机构驱动的摩擦刹车系统，包括摩擦制动器外壳203和设置在摩擦制动器外壳203上的第一摩擦块201和第二摩擦块202，第一摩擦块201和第二摩擦块202关于刹车盘10中心横截面轴向对称，第一摩擦块201和第二摩擦块202由液压操动机构501驱动摩擦刹车盘10实现汽车制动。
制动初期，采用永磁制动器1进行永磁制动，实现无接触制动；制动后期，采用摩擦制动器2进行盘式摩擦制动，实现停车。
如图1和图2所示，本发明最大制动力矩模式运行状态，第一永磁制动组件3的固定永磁组件6和转动永磁组件7处于同一径向平面且无相对机械角度，固定永磁组件永磁体601与其正对着的转动永磁组件永磁体701的充磁方向沿切向一致，主磁通沿轴向穿过刹车盘10与第二永磁制动组件4构成闭合回路，此时，制动力矩最大。
如图1和图3所示，本发明最小制动力矩模式运行状态，第一永磁制动组件3的固定永磁组件6和转动永磁组件7处于同一径向平面且相对机械角度最大，固定永磁组件永磁体601的主磁通与转动永磁组件铁芯702形成闭合回路，转动永磁组件永磁体701的主磁通与固定永磁组件铁芯602形成闭合回路，极少的漏磁通穿过刹车盘10与第二永磁制动组件4形成闭合回路，刹车盘10内感应涡流较小，制动力矩近乎为零，此时，制动力矩最小。
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 (5)

1.一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，包括永磁制动器（1）和摩擦制动器（2）；
所述永磁制动器（1）包括第一永磁制动组件（3）和第二永磁制动组件（4）；其中，第一永磁制动组件（3）和第二永磁制动组件（4）结构相同且关于刹车盘（10）中心横截面轴向对称，所述第一永磁制动组件（3）包含第一永磁定子组件（301）、第二永磁定子组件（302）和调磁组件，第一永磁定子组件（301）和第二永磁定子组件（302）结构相同且沿着摩擦制动器（2）两侧沿圆周方向对称分布；其中，第一永磁定子组件（301）包括固定永磁组件（6）和可沿固定永磁组件（6）转动若干机械角度的转动永磁组件（7），所述固定永磁组件（6）和转动永磁组件（7）呈相同弧度的弧形且处于同一径向平面、由外向内设置，所述固定永磁组件（6）由若干固定永磁组件永磁体（601）镶嵌在固定永磁组件铁芯（602）中构成，所述转动永磁组件（7）由若干转动永磁组件永磁体（701）镶嵌在转动永磁组件铁芯（702）中构成，相邻的固定永磁组件永磁体（601）切向充磁方向相反，相邻的转动永磁组件永磁体（701）切向充磁方向相反，所述调磁组件连接转动永磁组件（7），调节转动永磁组件（7）与固定永磁组件（6）之间相对机械角度；
所述摩擦制动器（2）包括摩擦制动器外壳（203）和设置在摩擦制动器外壳（203）上的第一摩擦块（201）和第二摩擦块（202），所述第一摩擦块（201）和第二摩擦块（202）由液压操动机构（501）驱动且关于刹车盘（10）中心横截面轴向对称。
2.根据权利要求1所述的一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，所述第一永磁制动组件（3）和第二永磁制动组件（4）设置在永磁定子固定装置（8）中。
3.根据权利要求1所述的一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，制动力矩最大时，所述固定永磁组件永磁体（601）与其正对着的转动永磁组件永磁体（701）的充磁方向沿切向一致，第一永磁制动组件（3）的主磁通沿轴向穿过刹车盘（10）与第二永磁制动组件（4）构成闭合回路；制动力矩最小时，所述固定永磁组件永磁体（601）的主磁通与转动永磁组件铁芯（702）形成闭合回路，转动永磁组件永磁体（701）的主磁通与固定永磁组件铁芯（602）形成闭合回路。
4.根据权利要求1所述的一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，所述调磁组件包括液压操动机构（501）和与液压操动机构（501）相连的连杆支撑机构（502），所述连杆支撑机构（502）连接转动永磁组件（7），所述液压操动机构（501）控制连杆支撑机构（502），调节转动永磁组件（7）和固定永磁组件（6）之间相对机械角度。
5.根据权利要求1所述的一种转动式车用摩擦和双层内置式永磁集成型制动装置，其特征在于，制动初期，采用永磁制动器（1）进行永磁制动；制动后期，采用摩擦制动器（2）进行摩擦制动。
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