一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于：它包括一紧固连接在车轮轴上的主动齿轮，一紧固连接在所述车轮轴上的制动盘，一紧固连接在从动轴上并与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，一通过联轴器转动连接所述从动轴一端的电机，一转动连接在所述从动轴另一端的磁流变装置，一连接在车体上的弹簧底座和所述磁流变装置的壳体之间的回位弹簧，一其中一端球铰接在所述磁流变装置的壳体上的连杆，以及一球铰接在所述连杆另一端的楔形自增力装置。本发明结构简单、制动力矩大，同时能进行制动能量回收，降低能耗。本发明可以广泛用于汽车制动领域。
【专利说明】一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车用制动装置，特别是关于一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置。
【背景技术】
[0002]磁流变液是一种新型的智能材料，它是由高磁导率、低磁滞性的超微金属软磁颗粒通过表面活性剂均匀分散于非导磁性基液中而构成的稳定悬浮液体系。零磁场情况下粘度很低，表现为可自由流动的牛顿流体；在外加磁场作用下，可在毫秒量级时间内转变为高粘度、难流动的宾汉流体，并且这种变化是连续的、瞬时的、可逆的。同时，磁流变液的剪切应力与外加磁场强度(或电流)的大小有稳定的对应关系，易于控制。基于磁流变液这些优良特性，它已被广泛应用于军事、汽车、建筑、生物器械等领域。磁流变液制动器是磁流变液应用的一个重要分支。其中，制动力矩的大小是衡量磁流变液制动器制动性能及适用范围的一个重要指标。因此，如何提高磁流变液制动器的制动力矩也是目前该领域的一个重要研究方向。
[0003]目前，提高制动力矩的措施主要可以分为两类:1)通过采用多盘结构或改变制动盘形状来提高制动力矩。目前很多相关研究增加了制动盘的数量，即双盘或多盘式磁流变液制动器，双盘或多盘结构可以有效增加磁流变液工作面积，实现制动力矩的增大。另外，采用转子为叶轮结构的磁流变液制动器也能提高制动力矩，此时可通过与离合器的配合控制转子是否与车轮轴一起转动，避免零磁场时叶轮与磁流变液相对运动产生的阻力。还有采用电磁离合机构和行星增速器结构将制动力矩放大的方法，通过改变行星增速机构的增速比来改变制动力矩大小。2)制动时通过挤压固化的磁流变液来增大制动力矩。根据磁流变液在受压时其剪切屈服应力可有效增大的特性，一些研究通过在磁流变液制动器上增加径向或轴向加压装置，在制动时对磁流变液进行径向或轴向加压，提高磁流变液剪切屈服应力，进而提高制动力矩。但上述两类增大磁流变液制动器制动力矩的方法都存在一定的不足。前者通过增加制动盘数量或改变制动盘结构虽能有效增加制动力矩，但同时也极大地增加了制动器结构的复杂程度，加工及装配难度大，而且对冷却系统要求较高，散热性能不佳将对磁流变液的工作性能有较大影响；后者通过挤压磁流变液可一定程度上提高制动力矩，但挤压力的大小与制动力矩大小之间的对应关系复杂，增加了制动器的控制难度。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构及装配简单，且在有效提高制动力矩的同时，能对制动能量进行回收，降低能耗的可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装直。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:它包括一紧固连接在车轮轴上的主动齿轮，一紧固连接在所述车轮轴上的制动盘，一紧固连接在从动轴上并与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，一通过联轴器转动连接所述从动轴一端的电机，一转动连接在所述从动轴另一端的磁流变装置，一连接在车体上的弹簧底座和所述磁流变装置的壳体之间的回位弹簧，一其中一端球铰接在所述磁流变装置的壳体上的连杆，以及一球铰接在所述连杆另一端的楔形自增力装置；其中，所述磁流变装置包括一密闭壳体，所述密闭壳体内具有一圆形槽，所述圆形槽内设置有一剪切盘，所述从动轴贯穿所述密闭壳体后与所述剪切盘紧固连接；所述圆形槽内还注有磁流变液；所述圆形槽的外围设置有一环形线圈；所述楔形自增力装置包括一与所述连杆相连的移动楔块，所述移动楔块与所述制动盘相邻的一侧连接有一制动衬片；所述移动楔块的另一侧为与其楔面相配合且固定在车体上的固定楔块，所述固定楔块的楔面上转动设置若干滚柱，所述滚柱与所述移动楔块的楔面相接触。
[0006]所述磁流变装置的密闭壳体包括第一磁流变壳体、第二磁流变壳体和端盖，所述第一磁流变壳体为圆槽形结构，其内部具有一体设置的环形凸台，所述环形凸台将所述第一磁流变壳体内部空间分隔为一圆形槽和一环形槽，所述线圈设置在所述第一磁流变壳体的环形槽内，所述剪切盘设置在所述第一磁流变壳体的圆形槽内并键连接在所述从动轴上，且所述剪切盘通过所述从动轴的定位凸台和挡圈进行轴向定位；所述第二磁流变壳体通过一深沟球轴承连接在所述第一磁流变壳体敞口端一侧的所述从动轴上，且所述第二磁流变壳体的形状与所述第一磁流变壳体的形状相配合，所述第二磁流变壳体和所述第一磁流变壳体通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体；所述端盖套设在靠近所述第二磁流变壳体的所述从动轴上，所述端盖和第二磁流变壳体通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体。
[0007]所述环形凸台上和所述端盖内壁均开设有一环形凹槽，两所述环形凹槽内均设置有O型密封圈。
[0008]所述电机为扁平电机。
[0009]所述第一磁流变壳体和第二磁流变壳体之一上开设有连通其内部密封腔室的进油孔和出油孔。
[0010]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明采用单盘式磁流变装置与楔形自增力装置相结合，且磁流变装置与楔形自增力装置之间通过连杆进行机械连接，传动效率高并且容易实现准确控制。楔形自增力装置采用楔形结构的移动楔块一侧连接制动衬片，另一侧为与其楔面相配合的固定在车体上的固定楔块，两者之间通过滚柱滚动连接。当制动过程中，磁流变装置推动连杆促使楔形自增力装置中移动楔块运动时，固定楔块通过滚柱传递反作用力给移动楔块，使得与移动楔块相连的制动衬片对制动盘的压紧力相比移动楔块受到连杆处的输入力增大，制动力矩得到有效提高，且本发明结构简单，安装、拆卸方便，且单盘式结构散热性能较好。2、本发明在磁流变装置所在的从动轴上连接有电机，可以在制动时回收制动能量，回收的电能可用于车用耗电设备(比如车灯、音乐播放等等)所需电能。电机无需与车轮轴同轴布置，只要在车轮轴与从动轴之间增加主动齿轮和从动齿轮便可以实现，采用此种布置方式简化结构，有效节约能耗。另外，通过调节电机的负载及线圈通电电流的大小，还可以实现回馈制动和机械制动的耦合控制。本发明可以广泛用于汽车制动领域。
【专利附图】
【附图说明】[0011]图1是本发明结构示意图
[0012]图2是本发明的磁流变装置结构示意图
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0014]如图1所示，本发明包括主动齿轮1、制动盘2、从动齿轮3、从动轴4、电机5、磁流变装置6、回位弹簧7、连杆8和楔形自增力装置9。
[0015]主动齿轮I和制动盘2依次键连接在车轮轴10上，主动齿轮I啮合键连接在从动轴4上的从动齿轮3。从动轴4的一端通过联轴器11转动连接电机5，另一端转动连接磁流变装置6。回位弹簧7的一端连接在磁流变装置6的壳体上，另一端连接固定在车体上的弹簧底座12。连杆8的一端亦球铰接在磁流变装置6的壳体上，另一端球铰接楔形自增力装置9。楔形自增力装置9包括一与连杆8相连的移动楔块91，移动楔块91与制动盘2相邻的一侧连接有一制动衬片92。移动楔块91的另一侧为与其楔面相配合且固定在车体上的固定楔块93，固定楔块93的楔面具有一凹槽，凹槽内转动设置若干滚柱94，滚柱94与移动楔块91的楔面相接触。
[0016]上述实施例中，电机5为扁平电机。
[0017]如图2所示，磁流变装置6包括第一磁流变壳体61、线圈62、剪切盘63、深沟球轴承64、第二磁流变壳体65、端盖66和磁流变液67。
[0018]第一磁流变壳体61为圆槽形结构，其内部具有一体设置的环形凸台，该环形凸台将第一磁流变壳体61内部空间分隔为一圆形槽和一环形槽，且环形凸台上还开设有一环形凹槽，该环形凹槽内嵌入一 O型密封圈13。线圈62设置在第一磁流变壳体61的环形槽内，剪切盘63设置在第一磁流变壳体61的圆形槽内并键连接在从动轴4上，且剪切盘63两侧的从动轴4分别设置有一定位凸台和一挡圈14，以对剪切盘63进行轴向定位。第二磁流变壳体65通过深沟球轴承64连接在环形凸台另一侧的从动轴4上，且第二磁流变壳体65的形状与第一磁流变壳体61的形状相配合，第二磁流变壳体65和第一磁流变壳体61通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体。端盖66套设在靠近第二磁流变壳体65的从动轴4上，端盖66和第二磁流变壳体65通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体。端盖66内壁具有一环形凹槽，环形凹槽内嵌入一 O型密封圈15。磁流变液67设置在第一磁流变壳体61、第二磁流变壳体65及端盖66形成的密封腔室内。O型密封圈13和O型密封圈15均用于防止第一磁流变壳体61、第二磁流变壳体65及端盖66形成的密闭空间内的磁流变液67流出。
[0019]上述实施例中，第一磁流变壳体61或第二磁流变壳体65上开设有连通其内部密封腔室的进油孔和出油孔(图中未示出)，磁流变液67可以从进油孔或出油孔加入或流出密封腔室，磁流变液67加满腔体后封住进油孔。
[0020]下面以车轮轴10逆时针转动为例来说明本发明的工作原理:
[0021]车辆在正常行驶时，线圈62不充电，因此磁流变液67表现出牛顿流体，楔形自增力装置9中的制动衬片92不接触制动盘2。车轮轴10转动带动套设在其上的主动齿轮I和制动盘2逆时针转动，主动齿轮I转动带动啮合的从动齿轮3转动，从动齿轮3带动联轴器11、电机5和磁流变装置6中的剪切盘63同步顺时针转动。此时，磁流变液67对剪切盘63的阻力仅为液体黏性引起的很小的阻力，因此可以忽略对剪切盘63转动的阻力影响。
[0022]车辆需要制动时(驾驶员踩下踏板进行制动)，根据所需制动力矩大小控制通过线圈62的电流，线圈62产生磁场使磁流变液67瞬间转变为类固体，带动磁流变装置6与从动轴4 一起顺时针转动。此时，设置在磁流变装置6外壳上的连杆8推动移动楔块91顺时针转动，而移动楔块91为楔形结构，因此当收到由滚柱94传递来的来自固定楔块93的反作用力时，制动衬片92对制动盘2的压紧力相比移动楔块91受到连杆8处的输入力增大，制动力矩得到提高，带动与移动楔块91固连的制动衬片92压紧制动盘2实现制动。其中，滚柱94可以有效减少制动过程中固定楔块93与移动楔块91之间的摩擦力。在制动过程中，电机5对制动能量回收，回收的电能可用于车用耗电设备所需电能。另外，通过调节线圈62上通电电流的大小，可以准确控制磁流变液67将磁流变装置6随着从动轴4转动的转动力矩，进而控制通过连杆8连接磁流变装置6的楔形自增力装置9在制动盘2上的制动力大小。另外，通过调节电机5的负载及线圈62通电电流的大小，还可以实现回馈制动和机械制动的稱合控制。
[0023]当车辆转为正常行驶的过程中，线圈62断电，磁流变液67瞬间转变为低粘度、高流动性的牛顿流体。磁流变装置6在其壳体上设置的回位弹簧7的作用下向逆时针方向转动，进而带动连杆8拉动移动楔块91逆时针转动。由于采用的回位弹簧7预紧力较小，因此在制动过程中对制动力矩大小的影响可以忽略不计。
[0024]上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:它包括一紧固连接在车轮轴上的主动齿轮，一紧固连接在所述车轮轴上的制动盘，一紧固连接在从动轴上并与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，一通过联轴器转动连接所述从动轴一端的电机，一转动连接在所述从动轴另一端的磁流变装置，一连接在车体上的弹簧底座和所述磁流变装置的壳体之间的回位弹簧，一其中一端球铰接在所述磁流变装置的壳体上的连杆，以及一球铰接在所述连杆另一端的楔形自增力装置； 其中，所述磁流变装置包括一密闭壳体，所述密闭壳体内具有一圆形槽，所述圆形槽内设置有一剪切盘，所述从动轴贯穿所述密闭壳体后与所述剪切盘紧固连接；所述圆形槽内还注有磁流变液；所述圆形槽的外围设置有一环形线圈； 所述楔形自增力装置包括一与所述连杆相连的移动楔块，所述移动楔块与所述制动盘相邻的一侧连接有一制动衬片；所述移动楔块的另一侧为与其楔面相配合且固定在车体上的固定楔块，所述固定楔块的楔面上转动设置若干滚柱，所述滚柱与所述移动楔块的楔面相接触。
2.如权利要求1所述的一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:所述磁流变装置的密闭壳体包括第一磁流变壳体、第二磁流变壳体和端盖，所述第一磁流变壳体为圆槽形结构，其内部具有一体设置的环形凸台，所述环形凸台将所述第一磁流变壳体内部空间分隔为一圆形槽和一环形槽，所述线圈设置在所述第一磁流变壳体的环形槽内，所述剪切盘设置在所述第一磁流变壳体的圆形槽内并键连接在所述从动轴上，且所述剪切盘通过所述从动轴的定位凸台和挡圈进行轴向定位；所述第二磁流变壳体通过一深沟球轴承连接在所述第一磁流变壳体敞口端一侧的所述从动轴上，且所述第二磁流变壳体的形状与所述第一磁流变壳体的形状相配合，所述第二磁流变壳体和所述第一磁流变壳体通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体；所述端盖套设在靠近所述第二磁流变壳体的所述从动轴上，所述端盖和第二磁流变壳体通过若干周向设置的螺钉紧固连接成一体。
3.如权利要求2所述的一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:所述环形凸台上和所述端盖内壁均开设有一环形凹槽，两所述环形凹槽内均设置有O型密封圈。
4.如权利要求1或2或3所述的一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:所述电机为扁平电机。
5.如权利要求2或3所述的一种可进行制动能量回收的自增力式磁流变液制动装置，其特征在于:所述第一磁流变壳体和第二磁流变壳体之一上开设有连通其内部密封腔室的进油孔和出油孔。
【文档编号】F16D65/14GK103697089SQ201310740859
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】于良耀, 刘旭辉, 马良旭, 王治中, 宋健 申请人:清华大学