CN113890305B - 一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车辅助制动技术领域，具体公开一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，包括：导体球形定子、永磁体球形转子和气隙径向调节装置，所述导体球形定子一端与车体固定，另一端为空心球形，空心球形内壁上设有导体环，外壁设有液冷装置；所述永磁体球形转子一端为圆柱体与传动轴固定，另一端为设有永磁体的球体，球体位于空心球形内部且与空心球形同球心设置，所述永磁体与导体环间留有气隙；所述气隙径向调节装置一端固定在永磁体球形转子的柱体上，另一端设有镂空调节球，所述镂空调节球套设在永磁体球形转子的球体结构外部，气隙径向调节装置可通过镂空调节球带动永磁体在球体表面滑动，实现永磁体与导体环间的气隙径向调节。

Description

一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器

技术领域

本发明属于汽车辅助制动技术领域，涉及一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器。

背景技术

缓速器是一种刹车系统的辅助装置，主要应用于在山区和丘陵地区运行的汽车，由于此类地区存在长时间下坡道路，仅使用传统刹车系统容易导致刹车片过热失效，缓速器可减轻传统刹车系统制动负荷，减少安全事故的发生。

缓速器分为液力缓速器、电涡流缓速器和永磁缓速器等，液力缓速器存在结构和控制系统复杂、低速制动效果差、动作响应时间长、影响发动机冷却系统的工作状态、造价高等缺点。电涡流缓速器存在体积和重量较大、消耗电流大、电磁线圈温度高、制动力矩随温度上升衰减严重等缺点。永磁缓速器具有非接触制动、免维护、轻量化、小型化等优点。在当今能源与环境问题日益突出的背景下，永磁缓速器采用永久磁铁进行励磁，永磁体不发热，速度越高制动力矩越大，只需消耗极少电能，更加节能环保，永磁缓速器具有极大优势。

但永磁缓速器需要固定轴与旋转轴对中安装，受车辆结构限制，缓速器安装位置不能达到同轴要求，限制了缓速器的适用条件。现有缓速器调节装置与液冷散热装置同时安装在定子侧，液冷散热装置在频繁调节后会造成密闭性能下降，导致散热效果下降，影响制动力矩输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，以解决现有缓速器无法偏角不对中安装的问题，同时解决了现有缓速器散热效果差，影响制动力矩输出的问题。

本发明提供一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，包括：导体球形定子、永磁体球形转子和气隙径向调节装置，所述导体球形定子一端与车体固定，另一端为空心球形，空心球形内壁上设有导体环，外壁设有液冷装置；所述永磁体球形转子一端为圆柱体与传动轴固定，另一端为设有永磁体的球体，球体位于空心球形内部且与空心球形同心设置，所述永磁体与导体环间留有气隙；所述气隙径向调节装置一端固定在永磁体球形转子的柱体上，另一端设有镂空调节球，所述镂空调节球套设在永磁体球形转子的球体结构外部，气隙径向调节装置可通过镂空调节球带动永磁体在球体表面滑动，实现永磁体与导体环间的气隙径向调节。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述导体球形定子包括：定子轴、第一背铁半球、第二背铁半球、第一导体环、第二导体环和液冷装置；所述液冷装置包括第一冷却腔和第二冷却腔；所述定子轴一端与车体固定，第一背铁半球焊接在定子轴另一端，第二背铁半球一端通过螺栓与第一背铁半球固定连接，另一端设有通孔，第一背铁半球和第二背铁半球扣合后形成空心球形；所述第一导体环和第二导体环固定在空心球形的内壁上；第一冷却腔和第二冷却腔固定在空心球形的外壁上；第一冷却腔和第二冷却腔都设置有回形冷却水道、进水口和出水口。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述永磁体球形转子包括：转子轴、多个永磁体磁块、多个上调节底座和多个下调节底座；所述转子轴一端为圆柱体且与传动轴固定，另一端为球体；多个下调节底座固定在球体上且沿球体圆周排列形成两个圆环，两个圆环的圆心都位于圆柱体的轴线上；多个上调节底座设置在对应的下调节底座上并通过拉伸弹簧连接，上调节底座和下调节底座的接触面为弧形斜面，上调节底座可在接触面上滑动，多个永磁体磁块设置在对应的上调节底座上，且N-S交替安装；安装有多个永磁体磁块的球体位于第一背铁半球和第二背铁半球内部，且与第一导体环和第二导体间留有气隙，转子轴的圆柱体的一端从第二背铁半球的通孔处伸出。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述气隙径向调节装置包括：镂空调节球、两根调节杆、主动齿轮、两个同步齿轮、调节锥齿轮、圆柱齿轮、调节电机齿轮和调节电机；所述主动齿轮、调节锥齿轮和圆柱齿轮依次套设在转子轴上，主动齿轮与转子轴固定连接，调节锥齿轮和圆柱齿轮固定连接，调节锥齿轮通过轴承与车体连接；圆柱齿轮与调节电机齿轮啮合，调节电机驱动调节电机齿轮旋转；主动齿轮和调节锥齿轮平行且齿数相同，同步齿轮垂直于主动齿轮设置，与主动齿轮和调节锥齿轮的齿槽啮合连接，两个同步齿轮相对设置；调节杆一端与镂空调节球连接，另一端穿过圆柱齿轮和调节锥齿轮后与对应的同步齿轮连接，镂空调节球可随同步齿轮同轴旋转；所述镂空调节球套设在永磁体球形转子的球体外部，镂空调节球上与永磁体磁块对应的位置设有与上调节底座相同形状的开孔，上调节底座嵌入开孔中；

调节电机不运行时，调节锥齿轮不旋转，同步齿轮与主动齿轮同速旋转，镂空调接球与永磁体磁块同速旋转，气隙固定不变；调节电机运行时，调节电机齿轮带动调节锥齿轮转动，同步齿轮与转子轴存在转速差，镂空调节球推动上调节底座使其在弧形斜面上滑动，使永磁体磁块产生径向位移，实现气隙大小调节。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，上调节底座和下调节底座的中心位置都设有连接凹槽，拉伸弹簧两端分别固定在相应的连接凹槽内，上调节底座和下调节底座处于接触状态。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述上调节底座设有永磁体槽，永磁体磁块安装在永磁体槽中，下调节底座通过螺栓固定在转子轴的球体上。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述第一导体环和第二导体环的接触面为环形接触面，该环形接触面与转子轴垂直；第一导体环与相应的永磁体磁块之间的初始径向气隙为5mm，第二导体环与相应的永磁体磁块之间的初始径向气隙为5mm，通过调节锥齿轮可使气隙在0-5mm之间调节。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述定子轴、第一背铁半球、第二背铁半球、转子轴、上调节底座和下调节底座都为钢材质。

在本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器中，所述永磁体磁块为钕铁硼材料。

本发明的一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，至少具有以下有益效果：

1、永磁体磁块和导体环之间留有耦合气隙，以进行磁耦合传动，在安装使用时，可允许定子轴和传动轴之间有较大的倾斜角度，放宽缓速器安装条件、提高永磁缓速器适用范围。

2、永磁体球形转子的转子轴上安装气隙径向调节装置，可在运行状态下，通过控制调节电机转动角度，进行径向气隙调节，实现制动力矩动态调节。

3、导体球形定子设置液冷装置，通过第一冷却腔和第二冷却腔中的液体实现导体环的快速散热，降低第一导体环和第二导体环温度，避免永磁体磁块发生过热退磁情况，提升球形缓速器散热效能，确保缓速器稳定安全运行。

附图说明

图1为本发明的一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器的结构示意图；

图2为导体球形定子的结构示意图；

图3为永磁体球形转子的结构示意图；

图4为永磁体磁块的安装示意图；

图5为气隙径向调节装置的结构示意图；

图6为运行状态下的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器的结构示意图；

图7为图5的A-A剖视图；

1-定子轴，2-第一冷却腔，3-第二冷却腔，4-进水口，5-出水口， 6-第一导体环，7-第二导体环，8-镂空调节球，9-调节杆，10-圆柱齿轮，11-调节电机齿轮，12-调节锥齿轮，13-同步齿轮，14-主动齿轮， 15-永磁体磁块，16-调节上底座，17-调节下底座，18-转子轴，19-固定孔，20-拉伸弹簧，21-第一背铁半球，22-第二背铁半球，23-冷却水道。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明的一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，包括：导体球形定子、永磁体球形转子和气隙径向调节装置。所述导体球形定子一端与车体固定，另一端为空心球形，空心球形内壁上设有导体环，外壁设有液冷装置。所述永磁体球形转子一端为圆柱体与传动轴固定，另一端为设有永磁体的球体，球体位于空心球形内部且与空心球形同心设置，所述永磁体与导体环间留有气隙，可以实现制动力矩的传递，并能减少振动传导。所述气隙径向调节装置一端固定在永磁体球形转子的柱体上，另一端设有镂空调节球8，所述镂空调节球8套设在永磁体球形转子的球体外部，气隙径向调节装置可通过镂空调节球8带动永磁体在球体表面滑动，实现永磁体与导体环间的气隙径向调节，从而达到调节制动力矩的作用。

如图2、6和7所示，所述导体球形定子包括：定子轴1、第一背铁半球21、第二背铁半球22、第一导体环6、第二导体环7和液冷装置。所述液冷装置包括第一冷却腔2和第二冷却腔3。所述定子轴1一端与车体固定，第一背铁半球21焊接在定子轴1另一端，第二背铁半球22通过螺栓与第一背铁半球21固定连接，第一背铁半球21和第二背铁半球22扣合后形成空心球形。所述第一导体环6和第二导体环7固定在空心球形的内壁上。第一冷却腔2和第二冷却腔3固定在空心球形的外壁上。第一冷却腔2和第二冷却腔3都设置有回形的冷却水道23、进水口4和出水口5。

如图3所示，所述永磁体球形转子包括：转子轴18、多个永磁体磁块15、多个上调节底座16和多个下调节底座17。所述转子轴18一端为圆柱体且与传动轴固定，另一端为球体。多个下调节底座17固定在球体上且沿球体圆周排列形成两个圆环，两个圆环的圆心都位于圆柱体的轴线上。如图4所示，多个上调节底座16设置在对应的下调节底座17上并通过拉伸弹簧20连接，上调节底座16和下调节底座17的接触面为弧形斜面，上调节底座16可在接触面上滑动，多个永磁体磁块15设置在对应的上调节底座16上，且N-S交替安装。安装有多个永磁体磁块15的球体位于第一背铁半球21和第二背铁半球22内部，且与第一导体环6和第二导体环7间留有气隙。

如图5所示，所述气隙径向调节装置包括：镂空调节球8、两根调节杆9、主动齿轮14、两个同步齿轮13、调节锥齿轮12、圆柱齿轮10、调节电机齿轮11和调节电机。所述主动齿轮14、调节锥齿轮12和圆柱齿轮10依次套设在转子轴18上，主动齿轮14与转子轴18固定连接，调节锥齿轮12和圆柱齿轮10固定连接，调节锥齿轮12通过轴承与车体连接。圆柱齿轮10与调节电机齿轮11啮合，调节电机固定在车体上，驱动调节电机齿轮11旋转。主动齿轮14和调节锥齿轮12平行且齿数相同，同步齿轮13垂直于主动齿轮14设置，同步齿轮13分别与主动齿轮14和调节锥齿轮12的齿槽啮合连接，同步齿轮13为锥形直齿轮，且两个同步齿轮13相对设置。调节杆9一端与镂空调节球8连接，另一端穿过圆柱齿轮10和调节锥齿轮12后与对应的同步齿轮13连接，镂空调节球8可随同步齿轮13同轴旋转。所述镂空调节球8套设在永磁体球形转子的球体外部，镂空调节球8与转子轴18一端的球体共球心，镂空调节球8上与永磁体磁块15对应的位置设有与上调节底座16相同形状的开孔，开孔略大于调节上底座16，上调节底座16嵌入相应的开孔中。

具体实施时，在接触面上，上调节底座16和下调节底座17的中心处都设有连接凹槽，拉伸弹簧20两端分别固定在相应的连接凹槽内，上调节底座16和下调节底座17处于接触状态。

具体实施时，所述上调节底座16设有永磁体槽，永磁体磁块15安装在永磁体槽中，下调节底座17通过螺栓固定在转子轴的球体上。

具体实施时，所述第一导体环6和第二导体环7的接触面为环形接触面，该环形接触面与转子轴18垂直。

具体实施时，第一导体环6与相应的永磁体磁块15之间的初始径向气隙为5mm，第二导体环7与相应的永磁体磁块15之间的初始径向气隙为5mm，通过调节锥齿轮12可使气隙在0-5mm之间调节。

具体实施时，所述定子轴1、第一背铁半球21、第二背铁半球22、转子轴18、上调节底座16和下调节底座17都为钢材质。所述永磁体磁块15为钕铁硼材料。

具体实施时，安装有多个永磁体磁块15的球体位于导体球形定子的第一导体环6和第二导体环7内部，且同球心设置。在永磁体球形转子转动时，第一导体环6和第二导体环7切割磁力线产生电涡流，电涡流产生感应磁场，感应磁场与原磁场相互作用，产生扭矩实现制动效果。

图7所示，本发明的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器的具体安装方式为，首先将第一背铁半球21和第二背铁半球22分离，将第一导体环6和第二导体环7分别安装在第一背铁半球21和第二背铁半球22内侧，第一冷却腔2与第二冷却腔3分别安装在第一背铁半球21和第二背铁半球22外侧，再将定子轴1固定在车体上。将镂空调节球8套入转子轴18一端的球体，再将调节下底座17通过螺栓连接到球体上，然后通过拉伸弹簧20连接调节下底座17和调节上底座16，将永磁体磁块15固定在相应的调节上底座16上，使多个永磁体磁块15呈N-S交替排列。然后将第二背铁半球22套设到转子轴18外部，转子轴18一端的圆柱体从第二背铁半球22一端穿出。再将第一背铁半球21和第二背铁半球22通过固定孔19固定连接，并将进水口4和出水口5通过软管与循环水箱连接。将调节锥齿轮12、圆柱齿轮10、主动齿轮14与调节杆9套在转子轴18外部，将调节杆9两端分别与镂空连接球8与同步齿轮13固定连接，调节锥齿轮12、圆柱齿轮10套设在调节杆9的外侧，然后将调节锥齿轮12通过轴承与车体连接，同步齿轮13分别与调节锥齿轮12和主动齿轮14通过齿槽咬合方式连接在一起。再将主动齿轮14与转子轴18固定，调节电机齿轮11与调节电机输出轴固定连接，然后将调节电机齿轮11与圆柱齿轮10齿槽咬合连接，最后固定连接转子轴18与传动轴。

在安装使用时，第一导体环6与相应的永磁体磁块15之间的初始径向气隙为5mm，且第二导体环7与相应的永磁体磁块15之间的初始径向气隙为5mm，安装时固定定子轴1与转子轴18的倾斜角度。根据倾斜角度调整第一导体环6和第二导体环7位置，使第一导体环6和第二导体环7接缝始终与转子轴18轴线垂直，避免涡流通过接缝处减小损耗。

需要气隙固定时，调节电机不运行，调节锥齿轮12不旋转，同步齿轮13与主动齿轮14同速旋转，镂空调接球8与永磁体磁块15同速旋转，气隙固定不变。需调节气隙时，调节电机运行，调节电机齿轮11带动调节锥齿轮12转动，同步齿轮13与转子轴18存在转速差，镂空调节球8推动上调节底座16使其在弧形斜面上滑动，使永磁体磁块15产生径向位移，通过控制调节电机齿轮11的正转与反转的圈数，即可调节镂空调节球8相对于转子轴18的旋转方向和偏转角度，调节气隙大小，即调节制动力矩输出。

如图7所示，在转子轴18倾斜安装状态下，安装在转子轴18一端球体上的永磁体磁块15旋转，由于第一背铁半球21和第二背铁半球22扣合后形成的空心球形与转子轴18一端的球体为同球心，永磁体磁块15不会与第一导体环6、第二导体环7发生接触，转子轴18仍正常运行，可根据倾斜角度需求适当扩大第二背铁半球22的开孔，允许定子轴1与转子轴18更大的安装角度差。

上述实施例中，只是以制动端定子连接车体、传动端转子连接传动轴为例进行了详细说明，并未列出其他配套设备：循环水箱、连接软管、调节电机、调节锥齿轮12与车体连接的轴承等。

本发明的缓速器中，由于液冷装置需连接循环水箱，不适合在转子侧安装，所以气隙径向调节装置设计安装在转子侧，通过设置气隙径向调节装置，可以实现永磁体磁块的径向位移调节，从而调节制动力矩；通过设置液冷装置，增加导体球形定子散热效能，解决球形缓速器过热易损的问题；由于永磁体球形转子和导体球形定子同球心，定子轴1和转子轴18可偏角不对中安装运行，提高缓速器的安装适用范围。避免因车辆空间限制导致定子轴与转子轴无法对中安装的问题，并实现球形缓速器转矩调节和稳定安全运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，包括：导体球形定子、永磁体球形转子和气隙径向调节装置，所述导体球形定子一端与车体固定，另一端为空心球形，空心球形内壁上设有导体环，外壁设有液冷装置；所述永磁体球形转子一端为圆柱体与传动轴固定，另一端为设有永磁体的球体，球体位于空心球形内部且与空心球形同心设置，所述永磁体与导体环间留有气隙；所述气隙径向调节装置一端固定在永磁体球形转子的柱体上，另一端设有镂空调节球，所述镂空调节球套设在永磁体球形转子的球体结构外部，气隙径向调节装置可通过镂空调节球带动永磁体在球体表面滑动，实现永磁体与导体环间的气隙径向调节；

所述导体球形定子包括：定子轴、第一背铁半球、第二背铁半球、第一导体环、第二导体环和液冷装置；所述液冷装置包括第一冷却腔和第二冷却腔；所述定子轴一端与车体固定，第一背铁半球焊接在定子轴另一端，第二背铁半球一端通过螺栓与第一背铁半球固定连接，另一端设有通孔，第一背铁半球和第二背铁半球扣合后形成空心球形；所述第一导体环和第二导体环固定在空心球形的内壁上；第一冷却腔和第二冷却腔固定在空心球形的外壁上；第一冷却腔和第二冷却腔都设置有回形冷却水道、进水口和出水口；

所述永磁体球形转子包括：转子轴、多个永磁体磁块、多个上调节底座和多个下调节底座；所述转子轴一端为圆柱体且与传动轴固定，另一端为球体；多个下调节底座固定在球体上且沿球体圆周排列形成两个圆环，两个圆环的圆心都位于圆柱体的轴线上；多个上调节底座设置在对应的下调节底座上并通过拉伸弹簧连接，上调节底座和下调节底座的接触面为弧形斜面，上调节底座可在接触面上滑动，多个永磁体磁块设置在对应的上调节底座上，且N-S交替安装；安装有多个永磁体磁块的球体位于第一背铁半球和第二背铁半球内部，且与第一导体环和第二导体间留有气隙，转子轴的圆柱体的一端从第二背铁半球的通孔处伸出；

所述气隙径向调节装置包括：镂空调节球、两根调节杆、主动齿轮、两个同步齿轮、调节锥齿轮、圆柱齿轮、调节电机齿轮和调节电机；所述主动齿轮、调节锥齿轮和圆柱齿轮依次套设在转子轴上，主动齿轮与转子轴固定连接，调节锥齿轮和圆柱齿轮固定连接，调节锥齿轮通过轴承与车体连接；圆柱齿轮与调节电机齿轮啮合，调节电机驱动调节电机齿轮旋转；主动齿轮和调节锥齿轮平行且齿数相同，同步齿轮垂直于主动齿轮设置，与主动齿轮和调节锥齿轮的齿槽啮合连接，两个同步齿轮相对设置；调节杆一端与镂空调节球连接，另一端穿过圆柱齿轮和调节锥齿轮后与对应的同步齿轮连接，镂空调节球可随同步齿轮同轴旋转；所述镂空调节球套设在永磁体球形转子的球体外部，镂空调节球上与永磁体磁块对应的位置设有与上调节底座相同形状的开孔，上调节底座嵌入开孔中；

调节电机不运行时，调节锥齿轮不旋转，同步齿轮与主动齿轮同速旋转，镂空调接球与永磁体磁块同速旋转，气隙固定不变；调节电机运行时，调节电机齿轮带动调节锥齿轮转动，同步齿轮与转子轴存在转速差，镂空调节球推动上调节底座使其在弧形斜面上滑动，使永磁体磁块产生径向位移，实现气隙大小调节。

2.如权利要求1所述的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，上调节底座和下调节底座的中心位置都设有连接凹槽，拉伸弹簧两端分别固定在相应的连接凹槽内，上调节底座和下调节底座处于接触状态。

3.如权利要求1所述的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，所述上调节底座设有永磁体槽，永磁体磁块安装在永磁体槽中，下调节底座通过螺栓固定在转子轴的球体上。

4.如权利要求1所述的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，所述第一导体环和第二导体环的接触面为环形接触面，该环形接触面与转子轴垂直；第一导体环与相应的永磁体磁块之间的初始径向气隙为5mm，第二导体环与相应的永磁体磁块之间的初始径向气隙为5mm，通过调节锥齿轮可使气隙在0-5mm之间调节。

5.如权利要求1所述的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，所述定子轴、第一背铁半球、第二背铁半球、转子轴、上调节底座和下调节底座都为钢材质。

6.如权利要求1所述的液冷气隙径向可调球形永磁涡流缓速器，其特征在于，所述永磁体磁块为钕铁硼材料。

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