CN101844497B

CN101844497B - 圆筒型车辆主动悬架电磁作动器

Info

Publication number: CN101844497B
Application number: CN2010101899204A
Authority: CN
Inventors: 邓兆祥; 阮德玉; 来飞
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN101844497A

Abstract

本发明涉及一种圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，包括具有工装轴形状的通孔的初级装配和在初级装配的通孔内安装的次级装配，初级装配包括有绕组铁芯装配，有绕组铁芯装配包括绝缘挡圈、定子冲片和初级线圈，绝缘挡圈为贯通的圆筒结构，通孔为圆筒结构的内部，定子冲片设置有多个，并排套接在绝缘挡圈外部并与绝缘挡圈的轴线垂直，初级线圈设置在相邻两定子冲片之间并缠绕绝缘挡圈外部；次级装配包括永磁体和圆柱形的活塞杆，永磁体包覆在活塞杆的侧面且其磁极方向和活塞杆轴线方向平行。本发明能够提供较大的行程和电磁力，不需要任何中间转换装置而直接产生电磁力，具有响应速度快和控制精度高的优点，提高了车辆的平顺性和操纵稳定性。

Description

圆筒型车辆主动悬架电磁作动器

技术领域

本发明属于车辆底盘控制领域，特别涉及一种圆筒型车辆主动悬架电磁作动器。

背景技术

车辆主动悬架***中作动器的设计对主动控制的效果起着至关重要的作用，目前采用的主动悬架作动器大多采用液压结构，也有的采用旋转电机加滚珠丝杆的方式，但都存在结构复杂、可靠性差及响应慢等诸多问题。液压结构是将液压作为动力源，还存在能耗大、成本相对较高的缺点，而对于旋转电机加滚珠丝杆的方式，如专利号为200310109174.3、名称为电机蓄能式主动悬架的发明专利，或是专利号为200820058175.8、名称为电机蓄能式主动悬架作动器的实用新型专利，都是利用滚珠螺母和滚珠螺杆结构将永磁直流无刷电机的旋转运动转化为滚动式滚珠螺杆的直线运动，其结构十分复杂，而且由于电磁力通过直流无刷电机和滚珠螺杆间接获得，因此响应速度较慢，再者，由于要将旋转运动转化为直线运动，存在螺距误差、刚性高及高速下定位不准确，故控制精度低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有的主动悬架作动器存在的结构复杂、可靠性差及响应慢的问题，提出一种圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，具有响应速度快和控制精度高的优点，提高了车辆的平顺性和操纵稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，包括具有工装轴形状的通孔的初级装配和在初级装配的通孔内安装的次级装配，其特征在于，所述初级装配包括有绕组铁芯装配，所述有绕组铁芯装配包括绝缘挡圈、定子冲片和初级线圈，所述绝缘挡圈为贯通的圆筒结构，所述通孔为圆筒结构的内部，所述定子冲片为环形片状结构，且定子冲片的内环与绝缘挡圈的外环大小匹配，定子冲片设置有多个，并排套接在绝缘挡圈外部并与绝缘挡圈的轴线垂直，所述初级线圈设置在相邻两定子冲片之间并缠绕于绝缘挡圈外部，所述初级线圈为两端点接直流电源的绕组线圈；所述次级装配包括永磁体和圆柱形的活塞杆，所述永磁体为两个及两个以上的南、北极交替排列的环形永磁结构，每相邻的两个环形永磁结构的南极和北极之间设置有起支撑作用的环形的垫圈，永磁体包覆在活塞杆的侧面且其磁极方向和活塞杆轴线方向平行，包覆有永磁体的活塞杆安装在初级装配的通孔内。

所述绝缘挡圈的外部具有多个平行排列的环形微槽，所述定子冲片的内环卡接在环形微槽内。

所述绝缘挡圈上设置有多个平行排列的卡环，所述定子冲片上靠近内环处设置有与卡环匹配的冲片小孔，所述卡环插在冲片小孔上。

所述作动器还包括上导向座、上导向座盖和下导向座，所述上导向座、上导向座盖和下导向座均呈环形板状结构，所述上导向座和下导向座上均设置有销轴孔，所述初级装配还包括初级圆筒，所述初级圆筒沿轴向贯通并套接在有绕组铁芯装配的外侧面，上导向座盖和初级圆筒的一端通过螺栓与上导向座相连接，下导向座通过螺栓与初级圆筒的另一端相连。

所述作动器还包括上球轴承和下球轴承，所述上球轴承的内表面与次级装配一端的永磁体配合，外表面与上导向座配合；所述下球轴承的内表面与次级装配另一端的永磁体配合，外表面与下导向座配合。

所述初级线圈为两组相同匝数的线圈并联而成的直流绕组线圈。

所述初级圆筒的内侧设置有键槽，所述键槽用于实现有绕组铁芯装配的压装定位。

所述定子冲片为冷冲加工、叠装的冷轧硅钢片制成，所述定子冲片的外边缘具有冲片毛刺，所述冲片毛刺长度小于等于0.05mm。

所述下导向座外安装有滤清器壳，所述滤清器壳内安装有空气滤芯，所述滤清器壳通过螺栓与下导向座连接，所述空气滤芯为毛毡制成。

本发明的技术效果如下：

本发明的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，由于具有特定结构的初级装配和次级装配，初级装配包括有绕组铁芯装配，有绕组铁芯装配包括绝缘挡圈、定子冲片和初级线圈，初级线圈通直流电后，初级装配中产生磁场，同时由于次级装配包括活塞杆和永磁体，永磁体自身具有很强的磁极，并设置为多个N、S极交替排列的环形结构，在初级装配的磁场和永磁体自身的磁场作用下，能够产生推力，故可以带动活塞体传递直线推力，活塞体会沿自身轴线做往复运动，使得活塞杆可以在轴向方向上相对于初级装配做往复运动，故能够直接产生电磁力，通过电磁感应原理及永磁体的特性直接提供直线的电磁力，消除了现有技术中采用液压结构或是旋转电机加滚珠丝杆等中间传动机构引起的消耗和限制，不会存在螺距误差等带来的控制精度低的问题，根除了旋转电机受离心力影响的缺点，不需要任何转换装置而直接通过铜管产生推力，可省去中间转换机构，简化整个装置或***，同时由于是直接产生的直线运动，而并非用旋转运动转化为直线运动，故解决了现有技术响应慢的问题，这种结构增强了磁场，能够提供较大的行程和电磁力，故提高了作动器的响应速度和控制精度，具有运行平稳、噪声小、***维护简单和可靠性好等优点，提高了车辆的平顺性和操纵稳定性。

本发明的作动器为圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，将其分别与簧上质量和簧下质量相连接，在初级装配中设置上导向座和下导向座，可以通过在上导向座上设置的销轴孔与簧上质量相连接，在下导向座上设置的销轴孔与簧下质量相连接。

下导向座外安装有滤清器壳，所述滤清器壳内安装有空气滤芯，所述滤清器壳通过螺栓与下导向座连接，能把外界空气中的灰尘杂质过滤掉，保障进入该作动器的是干净空气。

附图说明

图1为本发明优选的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器正视剖面垂直放置结构示意图；

图2为本发明的初级线圈的初级绕组接线图；

图3为本发明的有绕组铁芯装配优选的定子冲片结构示意图；

图4为本发明优选的次级装配正视剖面垂直放置结构示意图。

图中各标号列示如下：

1-上导向座；2-上导向座盖，3-螺栓，4-B型橡胶密封圈，5-O型橡胶密封圈，6-上球轴承，7-螺栓，8-初级壳体，9-初级圆筒，10-定子冲片，11-初级线圈，12-绝缘挡圈，13-螺栓，14-下导向座密封垫，15-下导向座，16-接线头，17-活塞杆，18-永磁体，19-垫圈，20-螺母，21-螺栓，22-通风口，23-空气滤芯，24-滤清器壳，25-下球轴承，26-O型橡胶密封圈，27-挡圈，28-温度传感器口，29-冲片小孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

图1为本发明优选的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器正视剖面垂直放置结构示意图，该实施例包括：上导向座1、上导向座盖2、螺栓3、B型橡胶密封圈4、O型橡胶密封圈5、上球轴承6、螺栓7、初级壳体8、初级装配、次级装配、下导向座15、螺栓21、通风口22、空气滤芯23、滤清器壳24、下球轴承25、O型橡胶密封圈26。上导向座1、上导向座盖2和下导向座15均呈环形板状结构，上导向座1和上导向座盖2通过螺栓3固定，上导向座1上设置有与簧上质量相连接的销轴孔，下导向座15的内部设置有下导向座密封垫14，下导向座15上设置有与簧下质量相连接的销轴孔。下导向座15外安装有滤清器壳24，滤清器壳24中装有毛毡制成的空气滤芯23，能把外界空气中的灰尘杂质过滤掉，保障进入该作动器的是干净空气；此滤清器壳24通过螺栓21与下导向座15连接在一起，滤清器壳24本身不承受载荷，采用普通钢材即可。上球轴承6的内表面与次级装配的一端配合，外表面与上导向座1配合；下球轴承25的内表面与次级装配的另一端配合，外表面与下导向座15配合。设置上球轴承6和下球轴承25对次级装配的活塞杆进行支撑和导向，导向精度高，且这种轴承结构的摩擦力小，机械损耗小。B型橡胶密封圈4设置在上球轴承6上面，O型橡胶密封圈5 设置在上球轴承6内部，O型橡胶密封圈26设置在下球轴承25内部，设置B型橡胶密封圈4、O型橡胶密封圈5和O型橡胶密封圈26均能够将空气中的杂物隔离，并起到防水、防油的作用。

初级装配包括：有绕组铁芯装配和初级圆筒9，有绕组铁芯装配包括定子冲片10、绝缘挡圈12和初级线圈11。初级圆筒9沿轴向贯通并套接在有绕组铁芯装配的外侧面，上导向座1和初级圆筒9的一端通过环形的初级壳体8连接，并通过螺栓7固定，防止上导向座1和初级壳体8旋转和变形，当然，上导向座1也可以直接通过螺栓与初级圆筒9的一端相连，下导向座15通过螺栓13与初级圆筒9的另一端相连。

绝缘挡圈12为轴向贯通的圆筒结构，装配时是将绝缘挡圈12套接在工装轴外部，装配完毕后再将工装轴压出，故绝缘挡圈12的圆筒结构的内部形成了工装轴形状的通孔，绝缘挡圈可采用聚四氟乙烯材料制成。定子冲片10为环形片状结构、且定子冲片10的内环与绝缘挡圈12的外环大小匹配，定子冲片10设置有多个、并排套接在绝缘挡圈12外部并与绝缘挡圈12的轴线垂直，定子冲片10的形状如图3所示。定子冲片10采用电磁性能较好的冷轧硅钢片经过冷冲加工、叠装而成，其在工装叠压时的叠压系数为0.97，叠压完成后用点焊将每8片冲片焊成一体。定子冲片10的外边缘具有冲片毛刺，该冲片毛刺长度不得大于0.05mm，复式冲模冲压的个别部位毛刺允许为0.10mm，齿宽相差不大于0.12mm，个别齿宽相差不大于0.2mm，轭高相差不大于0.2mm。定子冲片10外表面涂1611油性硅钢片绝缘漆，漆膜单边厚0.01-0.015mm，该实施例中的定子冲片10净面积为78cm²。

为使得定子冲片10在套接在绝缘挡圈12以后能够轴向固定，可通过多种方式实现，例如，一种方式是在绝缘挡圈12的外部设置多个平行排列的环形微槽，这样定子冲片10的内环能够卡接在环形微槽内；另一种方式是在绝缘挡圈12上设置多个平行排列的卡环，同时在定子冲片10上靠近内环处设置有与卡环匹配的冲片小孔29，如图3所示，将卡环插在冲片小孔29上来固定定子冲片10。

初级线圈11设置在每相邻的两定子冲片10之间并缠绕于绝缘挡圈12外部，极间接铜线，引出线的接线头16用银铜焊焊牢，焊接头用聚酰亚胺胶带半叠包一层。所采用的铜线内径为1.04mm，带绝缘皮直径为1.12mm。初级线圈11为两组相同匝数的线圈并联而成、并联后两端点接直流电源的绕组线圈，初级线圈11的绕组和旋转电机的绕线方式类似，如图2所示的本发明的初级线圈的初级绕组接线图，本发明的电磁作动器为24槽，每12槽为一组、看作一个电机，因此相当于2个电机并联。24个槽的绕组依次排列，L1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15、L17、L19、L21和L23的绕组为一组，其中L1与电源正极相连，L23与电源负极相连。L2、L4、L6、L8、L10、L12、L14、L16、L18、L20、L22和L24的绕组为一组，其中L2与直流电源正极相连，L24与直流电源负极相连。绕线完成后绕组涂JF-9811涂刷树脂。

在初级装配的初级圆筒9上设置有和初级装配内部的初级线圈11相通的温度传感器口28，可从该温度传感器口28放入温度传感器，使其***到初级线圈11中从而监控绕组温度，当绕组温度达到设定温度上限时，可切断电源并报警。

有绕组铁芯装配在进行装配时，借助工装轴，是在工装轴的外部套接绝缘挡圈12，再将多个定子冲片10从其环形内圆处逐个并排套接在绝缘挡圈12外部，并将定子冲片10固定住(可通过在绝缘挡圈12的外部设置的多个平行排列的环形微槽来卡接定子冲片10，或者通过在绝缘挡圈12上设置的多个平行排列的卡环***到在定子冲片10上靠近内环处设置的与卡环匹配的冲片小孔29)，再在每相邻的两定子冲片10之间缠绕初级线圈11。初级装配在进行装配时，将初级圆筒9和上导向座1通过初级壳体连接8，并通过螺栓拧紧固定，然后将有绕组铁芯装配从另一侧压入，压装时通过初级圆筒9内侧设置的键槽压装定位，接着初级圆筒9的另一端通过螺栓13与下导向座15相连，最后压出工艺轴。

次级装配安装在初级装配的通孔内，次级装配包括：活塞杆17、永磁体18、垫圈19和螺母20，如图4所示。次级装配采用复合结构，活塞杆17呈圆柱形，采用铝制材料制成，永磁体18为两个及两个以上的N、S极交替排列的环形永磁结构，每相邻的两个该环形永磁结构的N极和S极之间设置有起支撑作用的环形的垫圈19，该垫圈19为铝合金材料制成。永磁体18包覆在活塞杆17的侧面且其磁极方向和活塞杆17的轴线方向平行，包覆有永磁体18的活塞杆17安装在初级装配的通孔内。在永磁体18的某环形永磁结构的外环外侧设置有挡圈27，该挡圈27为固定永磁体18的铝环。利用电磁感应原理，因永磁体18具有磁极，所以能够产生推力，这样就可以带动活塞体17传递直线推力，活塞体17相当于动子沿自身轴线做往复运动，故能够直接产生电磁力。

本发明圆筒型车辆主动悬架电磁作动器工作时的装配：在轴向方向，上导向座1通过其上设置的销轴孔与簧上质量相连接，将初级装配中的初级圆筒9和上导向座1通过初级壳体8连接，并通过螺栓拧紧固定，然后将初级圆筒9的另一端通过螺栓13与下导向座15相连，再将次级装配装入至初级装配内的通孔中，装有空气滤芯23的滤清器壳24通过螺栓21与下导向座15相连接，最终下导向座15通过其上设置的销轴孔与簧下质量相连接。

Claims

1.一种圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，包括具有工装轴形状的通孔的初级装配和在初级装配的通孔内安装的次级装配，其特征在于，所述初级装配包括有绕组铁芯装配，所述有绕组铁芯装配包括绝缘挡圈、定子冲片和初级线圈，所述绝缘挡圈为贯通的圆筒结构，所述通孔为圆筒结构的内部，所述定子冲片为环形片状结构，且定子冲片的内环与绝缘挡圈的外环大小匹配，定子冲片设置有多个，并排套接在绝缘挡圈外部并与绝缘挡圈的轴线垂直，所述初级线圈设置在相邻两定子冲片之间并缠绕于绝缘挡圈外部，所述初级线圈为两端点接直流电源的绕组线圈；所述次级装配包括永磁体和圆柱形的活塞杆，所述永磁体为两个及两个以上的南、北极交替排列的环形永磁结构，每相邻的两个环形永磁结构的南极和北极之间设置有起支撑作用的环形的垫圈，永磁体包覆在活塞杆的侧面且其磁极方向和活塞杆轴线方向平行，包覆有永磁体的活塞杆安装在初级装配的通孔内。

2.根据权利要求1所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述绝缘挡圈的外部具有多个平行排列的环形微槽，所述定子冲片的内环卡接在环形微槽内。

3.根据权利要求1所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述绝缘挡圈上设置有多个平行排列的卡环，所述定子冲片上靠近内环处设置有与卡环匹配的冲片小孔，所述卡环插在冲片小孔上。

4.根据权利要求1至3之一所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述作动器还包括上导向座、上导向座盖和下导向座，所述上导向座、上导向座盖和下导向座均呈环形板状结构，所述上导向座和下导向座上均设置有销轴孔，所述初级装配还包括初级圆筒，所述初级圆筒沿轴向贯通并套接在有绕组铁芯装配的外侧面，上导向座盖和初级圆筒的一端通过螺栓与上导向座相连接，下导向座通过螺栓与初级圆筒的另一端相连。

5.根据权利要求4所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述作动器还包括上球轴承和下球轴承，所述上球轴承的内表面与次级装配一端的永磁体配合，外表面与上导向座配合；所述下球轴承的内表面与次级装配另一端的永磁体配合，外表面与下导向座配合。

6.根据权利要求1至3之一所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述初级线圈为两组相同匝数的线圈并联而成的直流绕组线圈。

7.根据权利要求4所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述初级圆筒的内侧设置有键槽，所述键槽用于实现有绕组铁芯装配的压装定位。

8.根据权利要求1所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述定子冲片为冷冲加工、叠装的冷轧硅钢片制成，所述定子冲片的外边缘具有冲片毛刺，所述冲片毛刺长度小于等于0.05mm。

9.根据权利要求4所述的圆筒型车辆主动悬架电磁作动器，其特征在于，所述下导向座外安装有滤清器壳，所述滤清器壳内安装有空气滤芯，所述滤清器壳通过螺栓与下导向座连接，所述空气滤芯为毛毡制成。