一种具有自发电功能的电磁-液压复合制动器及工作方法

1.一种具有自发电功能的电磁-液压复合制动器，包括制动支架（9），其特征是：制动支架（9）内部设液压油路（11），液压油路（11）连接左右两个轮缸活塞（8），左右两个轮缸活塞（8）之间有2个复合制动盘（1），轮缸活塞（8）上固接摩擦块（7），摩擦块（7）面朝复合制动盘（1）的摩擦制动面（2）；2个复合制动盘（1）之间有电磁线圈（14），电磁线圈（14）朝向复合制动盘（1）的电磁制动面（3），电磁制动面（3）上设有覆铜层（17），覆铜层（17）与电磁线圈（14）端面平行且之间留有1～2毫米的电磁间隙；复合制动盘（1）的中心固接与汽车轮胎和传动轴连在一起的转轴（5），转轴（5）上固定镶嵌有磁极交错排列的永久磁铁（6），永久磁铁（6）外是与其有1～2毫米间隙的发电定子线圈（4）。
2.根据权利要求1所述的电磁-液压复合制动器，其特征是：电磁线圈（14）固接电磁线圈支架（10），电磁线圈支架（10）固接制动支架（9）。
3.根据权利要求1所述的电磁-液压复合制动器，其特征是：2个复合制动盘（1）上开有多个热量导流口（15）。
4.根据权利要求1所述的电磁-液压复合制动器，其特征是：发电定子线圈（4）固接发电机外壳（16），发电机外壳（16）与制动支架（9）固接为一体。
5.根据权利要求1所述的电磁-液压复合制动器，其特征是：永久磁铁（6）与转轴（5）之间有隔热材料镶嵌。
6.一种如权利要求1所述电磁-液压复合制动器的工作方法，其特征是：
A、液压油进入液压油路（11），推动两个轮缸活塞（8）和摩擦块（7）压紧摩擦制动面（2），实现摩擦制动；
B、电磁线圈（14）通电产生强磁场，磁场通过电磁线圈（14）与电磁制动面（3）间的电磁间隙，在电磁制动面（3）的覆铜层（17）上产生电涡流，实现复合制动盘（1）缓速；
C、转轴（5）与复合制动盘（1）同步旋转，永久磁铁（6）通过切割发电定子线圈（4）发电，发出的电流通过整流稳压后给电磁线圈（14）提供励磁电流，实现能量自供给。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征是：将车轮的一部分动能转换成电能，对复合制动盘（1）产生旋转阻力。
8.根据权利要求6所述的工作方法，其特征是：根据跟车速、制动负荷的大小因素配置液压制动力矩和电磁制动力矩，并计算出此时液压制动的目标压力和电磁制动的目标电流，根据目标压力和目标电流分别控制液压油路（11）中的压力和电磁线圈（14）中的电流大小。
9.根据权利要求6所述的工作方法，其特征是：当制动器不制动时，断开发电定子线圈（4）回路，电磁线圈（14）不通电，液压油路（11）无压力。

一种具有自发电功能的电磁-液压复合制动器及工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种乘用车的制动装置，具体是一种具有自发电功能的电磁-液压复合制动器。\n背景技术\n[0002] 目前乘用车的制动系统基本是通过液压助力进行摩擦制动实现的，随着发动机功率和汽车车速的不断提升，汽车原有液压制动系统在性能的提高方面潜力有限，由此造成制动热失效、涉水失效、制动反应时间过长、维修成本升高、摩擦粉尘污染环境等问题。\n[0003] 为了克服现行液压制动系统的缺点，将液压系统与非接触的电磁制动系统进行复合，采用电磁制动来分流车辆制动系统能量是制动系统发展的一个方向，由于摩擦制动和电磁制动的原理、制动盘的材料、制动盘与摩擦块或制动盘与励磁线圈间的间隙要求等都不一样，同时增加电磁制动的乘用车对蓄电池容量的要求也不尽相同，这些问题都需要对电磁-液压复合制动器进行机构上的创新。目前，现有技术仅是对电磁/液压复合制动的理论进行了研究，能充分根据上述问题进行设计的复合制动系统还未出现。\n发明内容\n[0004] 鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种具有自发电功能的电磁-液压复合制动器及工作方法，通过合理分布电磁制动机构和液压制动机构在同一个制动器中的分配位置，合理分配电磁制动与液压制动力矩，利用自发电装置，在不增加电磁制动能耗的基础上，提高制动效能，减少制动粉尘、提升了制动节能效果。\n[0005] 本发明所述具有自发电功能的电磁-液压复合制动器采用的技术方案是：包括制动支架，制动支架内部设液压油路，液压油路连接左右两个轮缸活塞，左右两个轮缸活塞之间有2个复合制动盘，轮缸活塞上固接摩擦块，摩擦块面朝复合制动盘的摩擦制动面；2个复合制动盘之间有电磁线圈，电磁线圈朝向复合制动盘的电磁制动面，电磁制动面上设有覆铜层，覆铜层与电磁线圈端面平行且之间留有1～2毫米的电磁间隙；复合制动盘的中心固接与汽车轮胎和传动轴连在一起的转轴，转轴上固定镶嵌有磁极交错排列的永久磁铁，永久磁铁外是与其有1～2毫米间隙的发电定子线圈。\n[0006] 本发明所述具有自发电功能的电磁-液压复合制动器的工作方法采用的技术方案是：A、液压油进入液压油路，推动两个轮缸活塞和摩擦块压紧摩擦制动面，实现摩擦制动；B、电磁线圈通电产生强磁场，磁场通过电磁线圈与电磁制动面间的电磁间隙，在电磁制动面的覆铜层上产生电涡流，实现复合制动盘缓速；C、转轴与复合制动盘同步旋转，永久磁铁通过切割发电定子线圈发电，发出的电流通过整流稳压后给电磁线圈提供励磁电流，实现能量自供给。\n[0007] 本发明利用车轮转动的动能进行自发电提供给电磁制动，通过电磁制动和液压助力摩擦制动共同作用，最终通过电磁制动力和摩擦制动力对车辆进行复合制动。本发明的优点是：\n[0008] 1、本发明将电磁制动与液压制动很好的结合在一起，制动过程中，与复合制动盘转轴同步旋转的永久磁铁切割定子线圈发电，发出的电流经过整流、稳压后为电磁制动线圈提供励磁电流，实现复合制动器中电磁制动功能的电源自供自给，有效解决了安装复合制动器带来的车辆蓄电池容量不足的问题。\n[0009] 2、通过将永磁式发电装置安装于复合制动器中，可有减轻制动过程电磁制动对蓄电池的依赖，节省能源。\n[0010] 3、通过电磁制动面与摩擦制动面在一个整体的区分，保证两种制动既能实现良好的集成，又不会产生相互干扰，复合制动盘两面材料的不同，制动效果都能得到充分的保证。\n[0011] 4、复合制动盘的摩擦制动面与电磁制动面之间留有散热导流风道，能够很好将摩擦制动和电磁制动产生的热量集中散发出去，有效的避免了制动的热失效。\n[0012] 5、永磁发电装置工作时，将车轮的一部分动能转换成了电能，也会对复合制动盘产生一定的旋转阻力。\n[0013] 6、复合制动系统的控制方法保证了制动系统的协调工作，实现了制动的高效、安全、节能与环保。\n[0014] 7、两复合制动盘中间采用非接触式的电磁制动，因无摩擦，磁隙在使用过程中不会发生变化，电磁制动效果也不会随着使用年限的增长而变差。\n[0015] 8、电磁制动面增加覆铜层，有助于提升电磁制动器的低速制动力矩。\n附图说明\n[0016] 图1 本发明所述具有自发电功能的电磁-液压复合制动器的结构图；\n[0017] 图2是图1中发电定子线圈、转轴、永久磁铁及发电机外壳的左视结构放大图；\n[0018] 附图中：1、复合制动盘，2、摩擦制动面，3、电磁制动面，4、发电定子线圈，5、转轴，\n6、永久磁铁，7、摩擦块，8、轮缸活塞，9、制动支架，10、电磁线圈支架，11、液压油路，12、进油口，13、电磁间隙，14、电磁线圈，15、热量导流口，16、发电机外壳，17、覆铜层。\n具体实施方式\n[0019] 参见图1，本发明包括制动支架9，制动支架9与传统液压制动系统中制动钳支架的安装位置与方式是一样的。制动支架9上安装左右两个轮缸，在制动支架9内部开设液压油路11，在制动支架9上开有进油口12，液压油路11连接左右两个轮缸的轮缸活塞8，在左右两个轮缸活塞8之间有2个复合制动盘1，2个复合制动盘1之间是电磁线圈支架10和电磁线圈14，电磁线圈14固定安装在电磁线圈支架10上，同时电磁线圈支架10固定连接制动支架9。电磁线圈14有16～24个，为了保证电磁制动装置的紧凑性和力作用半径大，电磁线圈14尽可能尺寸小，数量多。\n[0020] 在2个复合制动盘1上开有多个热量导流口15，利于电磁制动热和摩擦制动热的集中导流散发，有效避免制动的热失效。2个复合制动盘1朝向轮缸活塞8的一面是摩擦制动面2，朝向电磁线圈14的一面电磁制动面3，电磁制动面3可以摩擦制动面2的材料为基底，在其上加工覆铜层17，利用电涡流制动的集肤效应和铜的良好电涡流制动效能，增加电磁制动力矩，进行电磁制动。覆铜层17与电磁线圈14端面平行布置，并且覆铜层17与电磁线圈14之间留有1～2毫米的电磁间隙13。\n[0021] 在轮缸活塞8和复合制动盘1之间安装摩擦块7，将摩擦块7固定在轮缸活塞8，摩擦块7面朝复合制动盘1的摩擦制动面2，摩擦制动面2由耐磨材料加工而成。轮缸活塞\n8在液压油压力的作用下向中间运动，通过摩擦块7压紧复合制动盘1的摩擦制动面2。\n[0022] 复合制动盘1的中心固定转轴5，转轴5与汽车的轮胎和传动轴连在一起，复合制动盘1与转轴5同步旋转。\n[0023] 再参见图2，在转轴5上固定镶嵌磁极交错排列的永久磁铁6，永久磁铁6沿转轴5圆周方向均匀布置。永久磁铁6与转轴5之间可通过隔热材料进行镶嵌安装，防止制动过程中转轴5温升对永久磁铁6产生影响。永久磁铁6的个数为12～24个，个数根据车型不同而定。在永久磁铁6外安装发电定子线圈4，使发电定子线圈4与永久磁铁6之间距离\n1～2毫米的间隙，同时将发电定子线圈4固定在发电机外壳16上，发电机外壳16与制动支架9固定连接为一体。当转轴5旋转时，永久磁铁6在发电定子线圈4中产生交互磁场，从而在发电定子线圈4中产生感应电压。由发电机外壳16、发电定子线圈4和永久磁铁6三者构成了永磁发电装置。\n[0024] 参见图1-2所示，本发明所述具有自发电功能的电磁-液压复合制动器有液压制动、电磁制动、自发电、永磁发电机制动、非制动工作方式：\n[0025] 液压制动工作方式：制动时，液压油通过进油口12进入液压油路11，随着油压的增大，液压油推动两个轮缸活塞8和摩擦块7压紧两摩擦制动面2，从而实现液压助力的摩擦制动。\n[0026] 电磁制动工作方式：制动时，给电磁线圈14通电产生强磁场，磁场通过电磁线圈\n14与电磁制动面3间的电磁间隙13，在电磁制动面3的覆铜层17上产生电涡流，产生的电磁阻力矩实现复合制动盘1缓速。\n[0027] 自发电工作方式：当转轴5与复合制动盘1同步旋转时，永久磁铁6通过切割发电定子线圈4发电。只有当驾驶员发出制动动作或处于制动状态时，永磁发电装置才能发电，发出的电流通过整流稳压后给电磁线圈14提供励磁电流，实现了复合制动器中电磁制动工作的能量自供自给。\n[0028] 永磁发电机制动工作方式：永磁发电装置工作时，将车轮的一部分动能转换成了电能，也会对复合制动盘1产生一定的旋转阻力。\n[0029] 复合制动工作方式：制动过程中最大限度的发挥永磁发电装置的发电功能和电磁制动的制动力矩，合理调节液压制动力矩在总制动力矩中的分配，以减少系统磨损和摩擦粉尘。车辆高速制动时，产生的多余电量将为蓄电池充电。由控制单元根据跟车速、制动负荷的大小等因素合理配置液压制动力矩和电磁制动力矩，并计算出此时液压制动的目标压力和电磁制动的目标电流，然后根据目标压力和目标电流分别控制液压油路中的压力和电磁线圈14中的电流大小，以实现总制动力矩的控制目标。控制单元将目标电流输入到电磁线圈14中，电磁线圈14产生的磁场会在复合制动盘1的电磁制动面3产生电涡流，电涡流与电磁线圈14的相互作用，产生阻碍复合制动盘1转动的力矩。控制单元将目标压力输入到液压油路当中，油液大压力作用在轮缸活塞8上，致使轮缸活塞8推动摩擦块7向中间移动压紧复合制动盘1的摩擦制动面2，从而产生摩擦制动力矩。同时，在制动过程中，控制单元接通发电定子线圈4的回路，与转轴5同步旋转的永久磁铁6在发电定子线圈4中产生交变磁场，从而在发电定子线圈4中产生感应电流，这些电流经过整流滤波后为电磁线圈提供部分励磁电流，从而部分回收了制动能量，节省了能源。\n[0030] 非制动工作方式：当制动器不制动时，控制单元断开发电定子线圈4回路，确保了永磁发电机不发电，同时，电磁线圈14不通电，液压油路无压力，复合制动装置不工作。