一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器及控制方法与流程

1.本发明属于汽车辅助制动技术领域，涉及一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器，根据涡流制动原理，通过高速旋转的转子切割由线圈和永磁体产生的磁力线产生涡流制动力矩，对汽车进行辅助制动。


背景技术：

2.电涡流缓速器作为一种汽车辅助制动装置，其工作时缓速器线圈被通入直流电后，磁场环绕线圈在定子和转子之间建立，转子切割定子发出的磁力线产生涡流，该涡流形成的反向磁场与原磁场相互作用产生制动力，从而实现涡流制动。
3.电涡流缓速器结构简单，工作响应速度快，可以在0.1-0.2秒内动作，可及时分担部分制动功率，但与永磁缓速器相比，电涡流缓速器制动功率密度较小，耗电量大。永磁缓速器虽制动功率密度大、基本不消耗电能，但其主要依靠气缸推动磁铁块控制缓速器的工作，控制结构比较复杂，加上永磁材料的恒磁特点，增大了控制的难度。因此，采用混合励磁液冷自励式电涡流缓速器系统，可兼顾电涡流缓速器和永磁缓速器的优点，发挥优越的制动性能，节省能源，缩小缓速器和发电机的体积。在散热方式上，采用内部液冷和外部冷凝器循环的散热方式，克服电涡流缓速器制动性能热衰退和励磁线圈的烧蚀的难题。在供电方式上，利用缓速器内部的永磁同步发电机给缓速器励磁线圈供电，可有效避免电涡流缓速器制动时带来的附加能耗。在控制方式上，通过不断地检测电池状态soc、车速v和缓速器档位信息g，同时对电池实现充放电的控制，将高速时永磁同步发电机发出的大功率电能一部分存储到电池内，从而弥补永磁同步发电机在低速时对电涡流缓速器的励磁线圈供电不足，实现无需外界供电的自励式电涡流缓速器。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服已有缓速器结构的不足，提出了一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器，通过缓速器转子两侧设置的定子磁极的定子磁靴产生的磁场方向相反、以及相邻的同侧定子磁靴磁极方向相反设置、同侧相邻的定子磁靴之间设置永磁体，永磁体磁极沿着周向设置，同侧相邻永磁体磁极方向相反设置，且两侧关于缓速器转子对称的永磁体磁极方向相反设置，实现电涡流缓速器不工作时，磁场不通过缓速器转子而实现磁场闭合，电涡流缓速器工作时，两侧磁靴和两侧的永磁体产生的磁场均通过缓速器转子而实现磁场闭合，同时缓速器转子上和缓速器定子之间设置有永磁同步发电机，不仅提高了制动性能，同时发电机产生的多余电能为电池充电，在发电机电产生的电能不足时，由电池进行提供，提高涡流缓速器的制动性能。
5.本发明通过下述方案来实现：一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器，包括缓速器、发电机、电控单元、电池，所述的缓速器包括左侧制动单元、右侧制动单元、缓速器转子4，所述的左侧制动单元包括左侧缓速器励磁线圈组5、左侧缓速器定子6、缓速器左侧永磁体，所述的左侧缓速器定子6呈圆盘形，左侧缓速器定子6的左端设置有左侧定子盖板603，
左侧定子盖板603的边缘处设置有若干个沿着圆周方向均布的左侧定子磁极602，左侧定子磁极602沿着左右方向水平设置，左侧定子磁极602中部缠绕左侧缓速器励磁线圈组5，左侧定子磁极602右端为左侧定子磁靴601，所述的左侧制动单元与右侧制动单元关于缓速器转子4左右对称设置，缓速器转子4中心孔固定在汽车传动轴9上，相邻的左侧定子磁靴601上产生的磁极方向相反，且左侧定子磁极602的磁极与关于缓速器转子4对称的右侧定子磁极方向相反；左侧缓速器励磁线圈组5、右侧制动单元的右侧缓速器励磁线圈组2分别通过线路与电控单元12连接；相邻两个左侧定子磁靴601之间的空隙内固定所述的缓速器左侧永磁体，左侧永磁体的磁极方向沿着左侧缓速器定子6的周向设置，相邻两个左侧永磁体的磁极相反布置，且左侧永磁体的磁极方向与关于缓速器转子4对称的右侧制动单元的缓速器右侧永磁体14的磁极方向相反设置；所述的缓速器转子4上设置有发电机的转子，发电机的定子固定在左侧缓速器定子6和右侧缓速器定子1上，发电机的输出端通过线路与电控单元12连接，所述的电控单元12通过线路与电池13连接。
6.优选地，所述的发电机包括左侧发电机、右侧发电机，所述的左侧发电机、右侧发电机关于缓速器转子4左右对称设置，所述的左侧发电机包括左侧发电机定子、左侧发电机永磁体16，所述的缓速器转子4呈左右对称的结构，缓速器转子4中部设置有向左伸出的左环形腔401，左环形腔401与缓速器转子4同轴设置，左环形腔401的内侧壁上固定有若干个左侧发电机永磁体16，左侧发电机永磁体16沿着环形腔401的圆周方向均布设置，环形腔401内侧设置有左侧发电机定子，左侧发电机定子固定在左侧缓速器定子6上，右侧发电机定子固定在右侧缓速器定子1上，左侧发电机定子的左侧发电机绕组通过线路与电控单元12连接，右侧发电机的右侧发电机绕组通过线路与电控单元12连接。
7.优选地，连接外壳3的左端、右端分别固定连接左侧缓速器定子6左端、右侧制动单元的右侧缓速器定子1的右端，所述的连接外壳3上开有冷却液出口与入口，冷却液出口与入口通过管路分别连接冷凝器的入口和出口，冷凝器固定在车架上。
8.优选地，左侧定子磁靴601与缓速器转子4轴向之间的间隙、右侧制动单元的的右侧定子磁靴与缓速器转子4轴向之间的间隙均为1mm。
9.优选地，混合励磁液冷自励式电涡流缓速器不进行制动时，电控单元12控制左侧发电机的左侧发电机绕组和右侧发电机的右侧发电机绕组15与电控单元12断开连接，左侧发电机和右侧发电机均不给缓速器的左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2以及电池13供电。
10.优选地，左侧缓速器定子6、右侧制动单元的右侧缓速器定子1固定在车架上。
11.优选地，所述的发电机为永磁同步发电机。
12.优选地，所述的混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的控制方法，制动控制方法如下：步骤一，电控单元检测混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的档位信息g，当g小于等于设定的档位g0；汽车传动轴9的速度v小于等于设定的速度v0时，因此电控单元12控制发电机给左
侧缓速器励磁线圈组5和右侧制动单元的右侧缓速器励磁线圈组2供电；汽车传动轴9的速度v大于等于设定的速度v0时，如果电池13的soc小于等于0.90时，电控单元12控制发电机产生的电能给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，还同时给电池13充电，如果电池13的soc大于0.90时，电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，不给电池13充电；步骤二，当档位信息g大于设定的档位g0时：汽车传动轴9的速度v小于等于设定的速度v0时，电池13的soc大于0.30时，电控单元12控制发电机和电池13同时给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电；电池13的soc小于0.30时，电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，电池13不供电；汽车传动轴9的速度v大于设定的速度v0时，电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电。
13.优选地，当混合励磁液冷自励式电涡流缓速器进行制动工作时，电控单元12每0.1秒对汽车传动轴9的速度v、混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的档位信息g和电池13的soc值检测一次。
14.本发明一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器及控制方法的主要优点如下：本发明的技术方案结构紧凑，在缓速器内部设置有发电机，发电机连接电控单元，电控单元连接电池，发电机在起到制动作用的同时，为混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的励磁线圈组供电，实现自励的制动方式，并且将多余的电能存入电池，在混合励磁液冷自励式电涡流缓速器档位高且速度低时，电池和发电机同时为励磁线圈组供电，提高制动性能；左侧制动单元的左侧缓速器定子设置有若干个沿着圆周方向的左侧定子磁极，左侧定子磁极右端为左侧定子磁靴，左侧制动单元与右侧制动单元左右对称设置，相邻的左侧定子磁靴上的磁极方向相反，左侧定子磁靴的磁极与关于缓速器转子对称的右侧定子磁靴方向相反；且相邻两个左侧定子磁靴之间的空隙内固定缓速器左侧永磁体，左侧永磁体的磁极方向沿着周向设置，且左侧相邻的两个左侧永磁体的磁极方向相反设置，左侧永磁体的磁极方向与关于缓速器转子对称的由侧永磁体的磁极方向，实现合励磁液冷自励式电涡流缓速器不工作时，磁场不通过缓速器转子而形成磁场闭合，合励磁液冷自励式电涡流缓速器工作时，缓速器转子两侧磁靴和两侧的永磁体的磁场均通过缓速器转子，提高制动性能；连接外壳上开有冷却液出口与入口，冷却液出口与入口通过管路分别连接冷凝器的入口和出口，冷凝器固定在车架上，该混合励磁液冷自励式电涡流缓速器系统采用内部液冷与外部循环的散热方式，避免了缓速器左侧永磁体和缓速器右侧永磁体失磁和左侧缓速器励磁线圈组和右侧缓速器励磁线圈组的烧蚀的现象。
附图说明
15.图1：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的总体结构示意图。
16.图2：本发明右侧定子的缓速器右侧永磁体磁极布置结构示意图。
17.图3：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的转子三维图。
18.图4：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的转子主视图。
19.图5：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器工作时的磁路图。
20.图6：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器不工作时的磁路图。
21.图7：本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的控制流程图。
22.附图标记：1-右侧缓速器定子，2-右侧缓速器励磁线圈组，3-连接外壳，4-缓速器转子，5-左侧缓速器励磁线圈组，6-左侧缓速器定子，601-左侧定子磁靴，602-左侧定子磁极，603-左侧定子盖板，7-左侧永磁同步发电机，8-花键，9-汽车传动轴，10-动密封，11-右侧永磁同步发电机，12-电控单元，13-电池，14-缓速器右侧永磁体，15-右侧发电机绕组，16-左侧发电机永磁体。
具体实施方式
23.下面结合附图1-7进一步对本发明的具体实施例进行说明，本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器，包括缓速器、发电机、电控单元、电池，所述的缓速器包括左侧制动单元、右侧制动单元、缓速器转子4、连接外壳3，所述的左侧制动单元包括左侧缓速器励磁线圈组5、左侧缓速器定子6、缓速器左侧永磁体，所述的左侧缓速器定子6呈圆盘形，左侧缓速器定子6的左端设置有左侧定子盖板603，左侧定子盖板603的边缘处设置有若干个沿着圆周方向均布的左侧定子磁极602，左侧定子磁极602沿着左右方向水平设置，左侧定子磁极602中部缠绕左侧缓速器励磁线圈组5，左侧定子磁极602右端为左侧定子磁靴601，所述的左侧制动单元与右侧制动单元关于缓速器转子4左右对称设置，缓速器转子4中心孔通过汽车传动轴9设置的花键8固定在汽车传动轴9上，所述的左侧定子磁极602上的左侧缓速器励磁线圈组5通电后，相邻的左侧定子磁极602或者左侧定子磁靴601上产生的磁极方向相反，且左侧定子磁极602上的左侧缓速器励磁线圈组5和右侧制动单元的右侧缓速器励磁线圈组2通电后，左侧定子磁极602的磁极与关于缓速器转子4对称的右侧定子磁极方向相反。左侧缓速器励磁线圈组5、右侧制动单元的右侧缓速器励磁线圈组2分别通过线路与电控单元12连接。
24.相邻两个左侧定子磁靴601之间的空隙内固定所述的缓速器左侧永磁体，左侧永磁体的磁极方向垂直于左侧缓速器定子6的径向方向，即左侧永磁体的磁极方向沿着左侧缓速器定子6的周向，相邻两个左侧永磁体的磁极相反布置，且左侧永磁体的磁极方向与关于缓速器转子4对称的右侧制动单元的缓速器右侧永磁体14的磁极方向相反设置，即左侧永磁体的磁极方向与关于缓速器转子4对称的缓速器右侧永磁体14的磁极方向相反。
25.所述的发电机包括左侧发电机、右侧发电机，所述的左侧发电机、右侧发电机关于缓速器转子4左右对称设置，所述的左侧发电机包括左侧发电机定子、左侧发电机永磁体16，所述的缓速器转子4呈左右对称的结构，缓速器转子4中部设置有向左伸出的左环形腔401，左环形腔401与缓速器转子4同轴设置，左环形腔401的内侧壁上固定有若干个左侧发电机永磁体16，左侧发电机永磁体16沿着环形腔401的圆周方向均布设置，环形腔401内侧设置有左侧发电机定子。左侧发电机定子固定在左侧缓速器定子6上，左侧发电机定子的左侧发电机绕组通过线路与电控单元12连接，右侧发电机的右侧发电机绕组通过线路与电控单元12连接。
26.所述的电控单元12通过线路与电池13连接，电池13固定在车架上。
27.所述的发电机为永磁同步发电机。
28.左侧缓速器定子6、右侧制动单元的右侧缓速器定子1固定在车架上。
29.所述的连接外壳3的左端、右端分别固定连接左侧缓速器定子6左端、右侧制动单元的右侧缓速器定子1的右端，所述的连接外壳3上开有冷却液出、入口，冷却液出、入口通过管路连接冷凝器，冷凝器固定在车架上，实现对混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的冷却。
30.左侧定子磁靴601与缓速器转子4轴向之间的间隙、右侧定子磁靴与缓速器转子4轴向之间的间隙均为1mm。
31.驾驶员根据路况控制电控单元12调节左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2的励磁电流大小，来控制混合励磁液冷自励式电涡流缓速器制动力矩大小。
32.当混合励磁液冷自励式电涡流缓速器不需要制动时，电控单元12控制左侧发电机的左侧发电机绕组和右侧发电机的右侧发电机绕组15与电控单元12断开连接，不能给缓速器的左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2和电池13供电。
33.当混合励磁液冷自励式电涡流缓速器不需要制动时，缓速器右侧永磁体14形成的磁场通过与其一侧固定连接的右侧定子磁靴、右侧定子磁极、右侧缓速器定子1的右侧定子盖板、以及右侧永磁体14另一侧固定连接的右侧定子磁极右侧定子磁靴形成闭合磁路，此时磁场不经过缓速器转子4，其磁场分布如图5所示，此时混合励磁液冷自励式电涡流缓速器不会产生制动力矩。
34.当混合励磁液冷自励式电涡流缓速器进行制动时，通过电控单元12将左侧发电机的左侧发电机绕组和右侧发电机的右侧发电机绕组15与电控单元12通路连接，左侧发电机和右侧发电机发电，左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2通电，磁场通过第一个左侧定子磁极602、该第一个左侧定子磁极602对应的第一个左侧定子磁靴601、左侧气隙、缓速器转子4、右侧气隙、第一个左侧定子磁极602右侧关于缓速器转子4对称的第一个右侧定子磁靴、第一个右侧定子磁极、右侧定子盖板、以及与第一个右侧定子磁极相邻的第二个右侧定子磁极、第二个右侧定子磁极对应的右侧定子磁靴、右侧气隙、缓速器转子4、左侧气隙、以及第二个右侧定子磁极关于缓速器转子4对称的第二个左侧定子磁靴601、第二个左侧定子磁靴601对应的第二个左侧定子磁极602、左侧定子盖板603形成闭合磁路，同时迫使缓速器左侧永磁体产生的磁场通过第一个左侧定子磁靴601、左侧气隙、缓速器转子4、右侧气隙、第一个右侧定子磁靴、与缓速器左侧永磁体关于缓速器转子4对称的缓速器右侧永磁体、第二个右侧定子磁靴、第一个右侧定子磁靴、右侧气隙、缓速器转子4、左侧气隙、第二个左侧定子磁靴601形成闭合磁路，其磁场分布如图6所示，此时缓速器转子4切割第一个左侧定子磁靴601和第一个右侧定子磁靴、第二个右侧定子磁靴和第二个左侧定子磁靴601的磁力线，从而产生制动力矩。
35.本发明的一种混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的控制方法，包括以下步骤：步骤一，电控单元检测混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的档位信息g，当g小于等于设定的档位g0，例如2档：汽车传动轴9的速度v小于等于设定的速度v0时，例如20rpm，此时发电机功率小，缓速器需要励磁电流小，因此电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧制动单元的右侧缓速器励磁线圈组2供电，即给缓速器供电；汽车传动轴9的速度v大于等于设定的速度v0时，如果电池13的soc小于等于0.90时，此时发电机功率大，而左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2需要的励磁
电流小，因此电控单元12控制发电机产生的电能给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，还同时给电池13充电，如果电池13的soc大于0.90时，电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，不给电池13充电；步骤二，当档位信息g大于设定的档位g0时：汽车传动轴9的速度v小于等于设定的速度v0时，电池13的soc大于0.30时，此时发电机功率小，但左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2需要励磁电流大，因此电控单元12控制发电机和电池13同时给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电；电池13的soc小于0.30时，电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电，电池13不供电；汽车传动轴9的速度v大于设定的速度v0时，此时发电机功率大，但左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2需要励磁电流也较大，因此电控单元12控制发电机给左侧缓速器励磁线圈组5和右侧缓速器励磁线圈组2供电。
36.当混合励磁液冷自励式电涡流缓速器进行制动工作时，即档位信息g是非零档位时，电控单元12每0.1秒对汽车传动轴9的速度v、混合励磁液冷自励式电涡流缓速器的档位信息g和电池13的soc值检测一次。