CN114629326B - 一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器，属于非接触式辅助制动技术领域。与传统多线圈励磁的电涡流缓速器相比，利用一组线圈的空间实现传统电涡流缓速器两组线圈才能获得的磁通，为能够有效提高功率密度的磁极面积节约更多空间；与传统单线圈的横向磁通电涡流缓速器相比，在半径较小时，新型电涡流缓速器磁阻更小，圆周方向磁通变化率更大。这些特点有利于电涡流缓速器获得更大的功率密度。
Description
技术领域
本发明属于非接触式辅助制动技术领域，具体涉及一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器。
背景技术
电涡流缓速器是一种非接触的辅助制动元件，常被用于重载车辆，在长下坡路段或非紧急制动时工作，消耗车辆的机械能，以减少主制动器的使用，延长主制动***的寿命，避免出现因主制动器长时间工作，过热失灵导致的事故。电涡流缓速器的基本工作原理是：励磁线圈或永磁体励磁，产生磁场，转子与定子相对运动，导致导体中的磁场在时间域上产生变化，根据电磁场原理，变化的磁场产生电涡流，又根据电涡流制动原理，导体上产生的涡流激励出感应磁场，原磁场抑制感应磁场的变化，表现为制动转矩。车辆的动能通过磁场这一介质转化为热能消耗掉，进而起到非接触减速制动作用。电涡流缓速器最大的特点是非接触式制动，反应快，低速制动效果好，改善了汽车制动性能，避免了传统制动中因摩擦而引起的制动片和轮胎的快速消耗，消除制动噪声，避免了环境污染，大大提高了车辆行驶的安全性、舒适性和经济性。
现有的电涡流缓速器的励磁方式主要有励磁线圈或永磁体励磁。通过励磁线圈励磁的电涡流缓速器主要有多线圈结构或单线圈结构。多线圈结构的电涡流缓速器如特尔佳公司产品，圆周方向分布多组线圈，相邻的线圈之间激励出方向相反的磁场，在转子的圆周方向上形成NS交替的磁场。这种结构在圆周方向上需要占用两个线圈的空间，才能获得一个线圈激励出的磁势，这导致空间利用率低。单线圈结构的电涡流缓速器结构如中国专利申请ZL201310012274.8中所述，利用单个环形线圈励磁，线圈通电后，在线圈周围产生环形磁场。利用单线圈励磁的电涡流缓速器，产生电涡流的导体上的磁感应密度在圆周方向上的分布为强弱交替，且方向一致，这与多线圈励磁形成的NS交替的磁场相比，磁感应密度的变化率小，功率密度较低。爪极单线圈励磁电涡流缓速器，磁极在***伸出，两侧磁极在圆周方向交替分布，通过磁极变形实现圆周方向NS交替的磁场。但其伸出的磁极占用了线圈空间，且轴向伸出的磁极结构复杂，磁阻增加。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提高现有电涡流缓速器的功率密度。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器，包括定子2、转子1、齿形线圈3和控制***；
所述定子2由定子内圈3-2和定子磁极3-1组成，所述定子内圈3-2为筒状结构，所述定子磁极3-1在定子2的外圈沿圆周方向分布，圆周方向序号为偶数的定子磁极轴向偏置于一侧，序号为奇数的定子磁极轴向偏置于另一侧；
所述齿形线圈3沿圆周方向绕制成环形，并于定子磁极3-1处轴向凸起呈齿形，齿形线圈3安装在定子2上，位于两侧的定子磁极之间；
所述转子1与定子2同轴，能够相对转动，两者之间保持一定的间隙，转子1的有效工作部分为筒状结构，可产生电涡流；
所述控制***通过导线与所述齿形线圈3连接，可控制其通断电，控制***可改变线圈电流的大小，以达到控制电涡流缓速器制动力矩的目的。
优选地，还包括冷却***，所述冷却***用于为齿形线圈3励磁的电涡流缓速器的升温部件进行冷却。
优选地，所述定子2为导磁材料；转子1为导磁导电材料；齿形线圈3为导电材料。
优选地，所述转子1既位于外圈或内圈。
优选地，当转子1位于内圈时，定子磁极3-1分布于定子内圈3-2上。
优选地，所述转子1与定子2之间保持0.4-2mm的间隙。
优选地，所述冷却***以风冷或液冷的形式实现冷却。
本发明还提供了一种所述电涡流缓速器的工作方法，当所述缓速器应用于车辆时，转子1随车辆传动轴同步旋转，定子2固定于车架上，当缓速器工作时，控制***给齿形线圈3通电，位于两侧定子磁极3-1之间的齿形线圈3周围产生环形磁场，磁通Ф沿定子内圈3-2、定子外圈圆周方向相邻的两侧定子磁极3-1、转子1和转子1与定子2之间的气隙，构成等效闭合回路4，转子1上靠近定子磁极3-1的地方磁感应强度大，远离定子磁极3-1位置磁感应强度弱，转子1在圆周方向上的磁场呈NS交替变化，等效闭合磁路4中包括转子磁阻4.1、第一气隙磁阻4.2、第二气隙磁阻4.5、定子磁极N极磁阻4.3、定子内圈磁阻4.4以及定子磁极S极磁阻4.6。定子磁极3-1中的N极与S极可表达相邻定子磁极的磁感应强度方向不同，方向均沿径向，一个为正，一个为负，随着转子1相对定子2同轴转动，转子1切割磁感线，转子1固定位置的磁感应强度随时间变化，产生电涡流，电涡流激励的感应磁场与原磁场相互影响，原磁场抑制转子1上磁场的变化，表现为制动扭矩，作用于转子1，并传递到车辆的传动轴上，进行非接触式辅助制动，将车辆的机械能转化为电涡流电阻热。
优选地，工作过程中，所述冷却***为电涡流缓速器的升温部件散热。
优选地，工作过程中，所述控制***可改变齿形线圈3中电流的大小，实现对扭矩的连续调节，电涡流缓速器不需要制动时，控制***对齿形线圈3停止供电，这时不产生磁场，不产生制动力矩。
(三)有益效果
本发明作为一种非接触的辅助制动执行元件，创新性地采用齿形线圈励磁，轴向两侧偏置的定子磁极设计，使得在轴向和圆周方向，仅占用一组励磁线圈的空间，就能够实现传统电缓多线圈励磁形成的NS交替磁场，能够节约更多空间，增加磁极面积，从而增加功率密度。与单线圈励磁的横向磁通电涡流缓速器(如中国专利申请ZL201310012274.8)相比，使用齿形线圈励磁，磁通在圆周方向相邻的定子磁极之间形成闭合磁路，电感大幅度减小，有利于缩短齿形线圈通电后的电流建立时间，提高缓速器的响应速度，在特殊行业具有优势。与爪极单线圈电涡流缓速器相比，磁极结构简单，磁路更短，线圈空间较大，更利于减小磁路中的磁阻，增加磁势，提高功率密度。通过控制***对齿形线圈的电流进行控制和调节，实现制动扭矩的控制。对电涡流产生部位等高温零件进行风冷或液冷，降低其温度，提高持续工作能力。
附图说明
图1为本发明的齿形线圈励磁的电涡流缓速器结构局部剖视示意图；
图2为本发明的齿形线圈励磁的电涡流缓速器结构的全剖视示意图；
图3为本发明的齿形线圈励磁的电涡流缓速器的线圈结构示意图；
图4为本发明的齿形线圈励磁的电涡流缓速器的定子结构和等效磁路图。
其中：1转子，2定子，3齿形线圈；
3-1定子磁极，3-2定子内圈，4等效闭合磁路，4.1转子磁阻，4.2第一气隙磁阻，4.5第二气隙磁阻，4.3定子磁极N极磁阻，4.4定子内圈磁阻，4.6定子磁极S极磁阻。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器结构如图1所示，该缓速器包括定子2、转子1、齿形线圈3、控制***和冷却***；
定子2的结构形状如图4所示。所述定子2由定子内圈3-2和定子磁极3-1组成，所述定子内圈3-2为筒状结构，所述定子磁极3-1在定子2的外圈沿圆周方向分布，圆周方向序号为偶数的定子磁极轴向偏置于一侧，序号为奇数的定子磁极轴向偏置于另一侧。
齿形线圈3的结构示意图如图3所示。所述齿形线圈3沿圆周方向绕制成环形，并于定子磁极3-1处轴向凸起呈齿形，齿形线圈3安装在定子2上，位于两侧的定子磁极之间，如图1所示。
所述转子1与定子2同轴，能够相对转动，两者之间保持0.4-2mm的间隙，转子1的有效工作部分为筒状结构，可产生电涡流。
所述控制***通过导线与所述齿形线圈3连接，可控制其通断电，控制***可以改变线圈电流的大小，以达到控制电涡流缓速器制动力矩的目的。
所述冷却***用于为齿形线圈3励磁的电涡流缓速器的高温部件进行冷却，形式可为风冷或液冷。
在材料上，定子2为导磁材料，磁导率越高，矫顽力越小越好；转子1为导磁导电材料；齿形线圈3为导电材料。
在结构上，转子1既可以位于外圈，如图1所示，又可以位于内圈。当转子1位于内圈时，定子磁极3-1分布于定子内圈3-2上，齿形线圈3仍然安装于两侧的定子磁极之间。
当所述缓速器应用于车辆时，转子1随车辆传动轴同步旋转，定子2固定于车架上。当缓速器工作时，控制***给齿形线圈3通电，位于两侧定子磁极3-1之间的齿形线圈3周围产生环形磁场，磁通Ф沿定子内圈3-2、定子外圈圆周方向相邻的两侧定子磁极3-1、转子1和转子1与定子2之间的气隙，构成等效闭合回路，转子1上靠近定子磁极3-1的地方磁感应强度大，远离定子磁极3-1位置磁感应强度弱，转子1在圆周方向上的磁场呈NS交替变化，等效闭合磁路4如图4所示。等效闭合磁路4中包括转子磁阻4.1、第一气隙磁阻4.2、第二气隙磁阻4.5、定子磁极N极磁阻4.3、定子内圈磁阻4.4以及定子磁极S极磁阻4.6。定子磁极3-1中的N极与S极可表达相邻定子磁极的磁感应强度方向不同，方向均沿径向，一个为正，一个为负。随着转子1相对定子2同轴转动，转子1切割磁感线，转子1固定位置的磁感应强度随时间变化，产生电涡流，电涡流激励的感应磁场与原磁场相互影响，原磁场抑制转子1上磁场的变化，表现为制动扭矩，作用于转子1，并传递到车辆的传动轴上，进行非接触式辅助制动，将车辆的机械能转化为电涡流电阻热，温度升高，冷却***为电涡流缓速器的高温部件散热。控制***可以改变齿形线圈3中电流的大小，实现对扭矩的连续调节。电涡流缓速器不需要制动时，控制***对齿形线圈3停止供电，这时不产生磁场，从原理上不产生制动力矩。
提高电涡流缓速器的功率密度有利于提高车辆行驶的经济性。可以看出，本发明提出的一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器。利用齿形线圈励磁，在圆周方向获得NS交替的磁场。与传统多线圈励磁的电涡流缓速器相比，利用一组线圈的空间实现传统电涡流缓速器两组线圈才能获得的磁通，为能够有效提高功率密度的磁极面积节约更多空间；与传统单线圈的横向磁通电涡流缓速器相比，在半径较小时，新型电涡流缓速器磁阻更小，圆周方向磁通变化率更大。这些特点有利于电涡流缓速器获得更大的功率密度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种齿形线圈励磁的电涡流缓速器，其特征在于，包括定子(2)、转子(1)、齿形线圈(3)和控制***；
所述定子(2)由定子内圈(3-2)和定子磁极(3-1)组成，所述定子内圈(3-2)为筒状结构，所述定子磁极(3-1)在定子(2)的外圈沿圆周方向分布，圆周方向序号为偶数的定子磁极轴向偏置于一侧，序号为奇数的定子磁极轴向偏置于另一侧；
所述齿形线圈(3)沿圆周方向绕制成环形，并于定子磁极(3-1)处轴向凸起呈齿形，齿形线圈(3)安装在定子(2)上，位于两侧的定子磁极之间；
所述转子(1)与定子(2)同轴，能够相对转动，两者之间保持一定的间隙，转子(1)的有效工作部分为筒状结构，可产生电涡流；
所述控制***通过导线与所述齿形线圈(3)连接，可控制其通断电，控制***可改变线圈电流的大小，以达到控制电涡流缓速器制动力矩的目的。
2.如权利要求1所述的电涡流缓速器，其特征在于，还包括冷却***，所述冷却***用于为齿形线圈(3)励磁的电涡流缓速器的升温部件进行冷却。
3.如权利要求2所述的电涡流缓速器，其特征在于，所述定子(2)为导磁材料；转子(1)为导磁导电材料；齿形线圈(3)为导电材料。
4.如权利要求2所述的电涡流缓速器，其特征在于，所述转子(1)既位于外圈或内圈。
5.如权利要求2所述的电涡流缓速器，其特征在于，当转子(1)位于内圈时，定子磁极(3-1)分布于定子内圈(3-2)上。
6.如权利要求2所述的电涡流缓速器，其特征在于，所述转子(1)与定子(2)之间保持0.4-2mm的间隙。
7.如权利要求2所述的电涡流缓速器，其特征在于，所述冷却***以风冷或液冷的形式实现冷却。
8.一种如权利要求2至7中任一项所述电涡流缓速器的工作方法，其特征在于，当所述缓速器应用于车辆时，转子(1)随车辆传动轴同步旋转，定子(2)固定于车架上，当缓速器工作时，控制***给齿形线圈(3)通电，位于两侧定子磁极(3-1)之间的齿形线圈(3)周围产生环形磁场，磁通沿定子内圈(3-2)、定子外圈圆周方向相邻的两侧定子磁极(3-1)、转子(1)和转子(1)与定子(2)之间的气隙，构成等效闭合回路(4)，转子(1)上靠近定子磁极(3-1)的地方磁感应强度大，远离定子磁极(3-1)位置磁感应强度弱，转子(1)在圆周方向上的磁场呈NS交替变化，等效闭合回路(4)中包括转子磁阻(4.1)、第一气隙磁阻(4.2)、第二气隙磁阻(4.5)、定子磁极N极磁阻(4.3)、定子内圈磁阻(4.4)以及定子磁极S极磁阻(4.6)；定子磁极(3-1)中的N极与S极可表达相邻定子磁极的磁感应强度方向不同，方向均沿径向，一个为正，一个为负，随着转子(1)相对定子(2)同轴转动，转子(1)切割磁感线，转子(1)固定位置的磁感应强度随时间变化，产生电涡流，电涡流激励的感应磁场与原磁场相互影响，原磁场抑制转子(1)上磁场的变化，表现为制动扭矩，作用于转子(1)，并传递到车辆的传动轴上，进行非接触式辅助制动，将车辆的机械能转化为电涡流电阻热。
9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，工作过程中，所述冷却***为电涡流缓速器的升温部件散热。
10.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，工作过程中，所述控制***可改变齿形线圈(3)中电流的大小，实现对扭矩的连续调节，电涡流缓速器不需要制动时，控制***对齿形线圈(3)停止供电，这时不产生磁场，不产生制动力矩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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