一种旋转式永磁涡流轮边缓速器及其控制方法与流程

本发明属于汽车制动领域，具体涉及一种旋转式永磁涡流轮边缓速器及其控制方法。

背景技术：

目前，各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类，摩擦制动过程实际上是将汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，导致制动器温度升高，影响制动性能。由于盘式制动器与鼓式制动器相比有抗热衰退性强、尺寸和质量较小及制动效能稳定等优点，所以盘式制动器在汽车上应用逐渐增多。然而无论是盘式制动器还是鼓式制动器都会产生噪声以及散发出粉尘之类的有害物质，尤其在长下坡或频繁制动工况下，摩擦制动器温度急剧上升，抗热衰退性急剧下降。

轮边缓速器是随着电涡流缓速器的发展而产生的。电涡流缓速器是在十九世纪利欧·傅科(Leon Foucault)发现的电磁感应理论的基础上发展起来的。1903年，斯特克勒(Steckel)首先申请了一种电磁制动装置的专利。1936年，鲁尔·塞瑞真(Raoul Sprain)首次将电磁制动技术应用到汽车上。1965年泰乐马（TELMA）公司设计出现了首台没有中心轴，直接安装到变速器或驱动桥上的电涡流缓速器。1993年出现了将电涡流缓速器与传动轴做成一体的产品。1996年，世界上出现了用发动机冷却液进行冷却的电涡流缓速器，该缓速器中还安装有一小型发电机，经过几十年的不断研制、改进和多种车型上的装用，电涡流缓速器的生产和使用逐渐成熟起来。但是电涡流缓速器具有体积大、质量重等特点，只适用于大中型商用车，不能用于乘用车，因此，多数设计人员开始对轮边缓速器进行研究。

在专利US6286637B1中公开了一种轮边缓速器的结构，在一定程度上解决了摩擦制动器的一些问题，但是该轮边缓速器的结构采用一根圆形钢管作为磁轭进行导磁，结构形式单一，不能满足安装空间和安装位置变化的情况，导磁率不高，且漏磁较多，不能达到很好的轮边缓速器的辅助制动效果。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种旋转式永磁涡流轮边缓速器及其控制方法，性能稳定可靠，能减少制动次数，没有噪音与粉尘，降低制动产生的制动器温升，提高制动系统使用寿命和行车安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种旋转式永磁涡流轮边缓速器，包括转子盘、旋转电机、永磁铁、轮边缓速器壳体，所述轮边缓速器壳体包括外层壳体、中间磁粉层、导磁片，轮边缓速器壳体内部中空，在中空部分充满磁粉，外层壳体上方设有凹槽一，外层壳体下方设有凹槽二，所述凹槽一中部设有圆弧槽，所述永磁铁设置在圆弧槽内，所述导磁片设置在圆弧槽与凹槽二侧面，永磁铁与圆弧槽侧面的导磁片之间设有气隙一，所述永磁铁连接旋转电机，旋转电机通过控制器连接蓄电池，所述转子盘设置在凹槽二内，转子盘与凹槽二之间设有气隙二。

作为本发明的一种改进，所述气隙一为1-3mm。

作为本发明的一种改进，所述气隙二为1-3mm。

作为本发明的一种改进，所述轮边缓速器壳体为梯形或矩形。

作为本发明的一种改进，所述转子盘为圆形。

作为本发明的一种改进，所述永磁铁为长方体。

上述一种旋转式永磁涡流轮边缓速器的控制方法，主要通过改变永磁铁的旋转角度来对缓速器制动力矩的大小进行调节控制；其具体控制方法是：当永磁铁的磁极连线与导磁片平行时，由于隔磁材料的作用，永磁铁的磁场不能通过转子盘，此时永磁铁处于非工作状态；当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，控制器接收到驾驶员的制动信号，根据内置的程序计算出轮边缓速器需要提供的制动力矩以及永磁铁需要旋转的角度，旋转电机带动永磁铁逆时针旋转相应的角度，此时由于两边的导磁片的作用，使得永磁铁的磁场可以通过导磁片，再通过磁粉、转子盘构成回路，随着转子盘的转动，转子盘切割磁感线，缓速器开始起作用，处于制动状态；当不需要缓速器工作或制动停止时，控制旋转电机反向转动相同角度，使永磁铁重新回到非工作状态的位置，即永磁铁的磁极连线与导磁片平行时的位置，缓速器停止工作。

本发明的有益效果是：

本发明所述的旋转电机、轮边缓速器壳体分别与车上的固定件相连，保证轮边缓速器壳体与永磁铁之间有一定的间隙，便于转动，转子盘装在车轮边上的转动轴上，与车轮一起旋转，当轮边缓速器处于制动工作状态时，磁场在永磁铁、磁粉、转子盘之间构成回路，可以达到很好的导磁作用。随着转子盘的转动，转子盘切割磁感线，开始制动；一般缓速器存在严重的漏磁现象，本发明所述的轮边缓速器壳体中磁粉的外层采用一圈由磁屏蔽材料组成的壳体，该具有磁屏蔽作用的外层壳体既可以很好的防止外磁场对内部的影响，也可以防止内部磁场泻漏，轮边缓速器起制动作用的前提是永磁铁的磁场能够通过导磁片，从而与磁粉、转子盘构成回路。轮边缓速器的外层壳体可以由磁屏蔽材料铝或铜构成，导磁片材料可以为纯铁或合金之类的导磁材料。轮边缓速器壳体的形状可以为矩形也可以为梯形，也可以为其他形状，具体根据空间和安装位置进行适当的改变。

由于旋转电机带动永磁铁的旋转是连续的，随着旋转角度的不同，制动力矩的大小也是不同的，通过对旋转角度的控制，可以达到对制动力矩的大小进行调节控制的目的，本发明所述的轮边缓速器能够有效地弥补现有制动器系统在技术性能上的不足，提高了汽车行驶的安全性，是一种非接触式制动器，一种利用电磁原理产生制动力矩的缓速装置。它改变了现有技术中汽车因通过机械制动系统的频繁刹车而缩短制动系统的使用寿命以及引起摩擦制动器的温升而降低制动器的制动性能，可以减少制动器的动作次数，有效地解决噪声和粉尘问题，同时还可降低摩擦制动器的温升，提高了制动系统的性能和行车的安全性，而且缓速制动的制动力矩为连续变化力矩，制动性能稳定。

附图说明

图1 为旋转式永磁涡流轮边缓速器的结构示意图。

图2 为轮边缓速器壳体的主剖视图。

图3 为制动状态磁路图。

图4 为制动前的位置关系图。

图5 为制动时的位置关系图。

图6 为控制方法示意图。

附图标记列表：

1、转子盘，2、永磁铁，3、旋转电机，4、轮边缓速器壳体，5、外层壳体，6、中间磁粉层，7、导磁片，8、气隙二，9、制动踏板，10、控制器，11、蓄电池，12、凹槽一，13、圆弧槽，14、凹槽二，15、气隙一。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明所述的旋转式永磁涡流轮边缓速器，如图1所示，包括转子盘1、永磁铁2、旋转电机3、轮边缓速器壳体4，所述转子盘1装在车轮边上的转动轴上，与车轮一起旋转，轮边缓速器壳体4与转子盘1不接触，中间留有气隙二8，可为1-3mm距离，旋转电机3、轮边缓速器壳体4分别与汽车上的固定件相连，保证轮边缓速器壳体4与永磁铁2之间有一定的间隙，是非接触的，便于转动，永磁铁2与旋转电机3固定连接，旋转电机3由蓄电池11对其供电，旋转电机3转动带动永磁铁2旋转，处于工作状态时，永磁铁与圆弧槽侧面的导磁片之间设有气隙一15，为1-3mm距离，当永磁铁2转动到合适的位置时，磁场在永磁铁2、轮边缓速器壳体4、转子盘1以及气隙二8之间构成回路，产生制动力矩，达到制动效果，由于旋转电机3带动永磁铁2的旋转是连续的，随着旋转角度的不同，制动力矩的大小也是不同的，通过对旋转角度的控制，可以达到对制动力矩的大小进行调节控制的目的。

图2为轮边缓速器壳体的主剖视图，轮边缓速器壳体4与汽车上的不动件固定连接，作为定子，该轮边缓速器壳体4包括外层壳体5、中间磁粉层6、导磁片7三部分，轮边缓速器壳体4是中空的，不是实体，在中空部分充满磁粉，当永磁铁2运动到合适的位置时，磁场在永磁铁2、中间磁粉层6、转子盘1之间构成回路，可以达到很好的导磁作用，而且采用磁粉可以便于改变轮边缓速器壳体4的形状，这克服了安装空间和安装位置的限制并且还可以提高轮边缓速器的磁导率。在磁粉的外围是外层壳体5，可以由磁屏蔽材料铝或铜构成，外层壳体5既可以很好的防止外磁场对内部的影响，也可以防止内部磁场泻漏。导磁片7与外层壳体5相连，导磁片7材料可以为纯铁或合金之类的导磁材料，轮边缓速器壳体4可以有多种形状，可以为矩形也可以为梯形，可以根据空间和安装位置进行适当的改变。

图3是制动状态磁路图，当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，通过逆时针转动永久磁铁2一定角度，永久磁铁2进入工作位置，产生的磁场在轮边缓速器壳体4和转子盘1之间通过导磁片7、磁粉层6、气隙二8构成回路。随着转子盘1的旋转，切割磁感线，磁场将对转子盘1产生阻碍其旋转的力的作用，即制动力矩。

图4、图5是该旋转式永磁涡流轮边缓速器的制动原理图，图4是制动前的位置关系图，图5是制动时的位置关系图。在工作前，旋转电机3不工作，由于外层壳体5的磁屏蔽作用，永磁铁2的磁场不能联通磁粉层6内的磁粉，所以磁场不能与转子盘1构成回路，缓速器不工作，不产生制动力；当驾驶员踩下制动踏板进行减速或制动时，通过控制旋转电机3转动，带动永磁铁2旋转一定角度θ，此时，永磁铁2的磁场通过导磁片7，在永磁铁2、气隙一15、导磁片7、磁粉6、导磁片7、气隙二8、转子盘1之间构成一个回路，缓速器开始工作，随着转子盘1的转动，产生制动力矩进行制动。

本发明所述的一种旋转式永磁涡流轮边缓速器可以通过控制旋转电机3来控制永磁铁2的旋转角度，对制动力矩的大小进行调节，从而达到较好的制动效果。其具体控制方法如图6所示：在进行减速或制动前，旋转电机3不工作，永磁铁2处于非工作状态，此时永磁铁2的磁极连线与导磁片7平行，由于外层壳体5的磁屏蔽作用，永磁铁2的磁场不能通过磁粉6，磁场不能与转子盘1构成回路，缓速器不工作，不产生制动力；当驾驶员踩下制动踏板9进行减速或制动时，控制器10接收到驾驶员的制动信号，根据内置的程序计算出轮边缓速器需要提供的制动力矩及需要旋转的角度，输入控制信号至旋转电机3，旋转电机3迅速的将永磁铁2逆时针旋转相应的角度，此时由于两边的导磁片7的作用，使得永磁铁2的磁场可以通过导磁片7，再通过磁粉6、转子盘1构成回路，随着转子盘1的转动，转子盘1切割磁感线，并开始受到制动力的作用，则缓速器开始起作用，处于工作状态；制动结束时，电子控制器10再控制旋转电机3将永磁铁2反向转动相同的角度，使永磁铁2重新回到非工作状态的位置，即永磁铁2的磁极连线与导磁片7平行时的位置，缓速器停止工作。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。