阅读说明：本技术 一种轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置 (Permanent magnet retarding and friction braking integrated device in hub ) 是由 王奎洋 宋怡宁 李国庆 卢琼 朱咸甲 刘静 甘宇童 唐金花 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明为一种轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置,包括用于辅助制动轮毂的永磁缓速机构和用于主要制动轮毂的摩擦制动机构,所述永磁缓速机构包括电磁离合器、行星架组件和涡流制动组件,所述轮毂与半轴固定连接,所述电磁离合器设置在所述半轴上并且用于驱动所述行星架组件转动,所述涡流制动组件包括与车桥连接的永磁组件和转动设置在所述轮毂和所述永磁组件之间的转子鼓,所述转子鼓上表面覆有铜层,所述行星架组件与所述转子鼓传动连接。本发明集成了永磁缓速机构与摩擦制动系统的功能与优点,利用非接触永磁制动分担制动能量,从而降低摩擦制动器的磨损,提高车辆制动器的抗热衰退性能。(The invention relates to a permanent magnet retarding and friction braking integrated device in a hub, which comprises a permanent magnet retarding mechanism for assisting in braking the hub and a friction braking mechanism for mainly braking the hub, wherein the permanent magnet retarding mechanism comprises an electromagnetic clutch, a planet carrier assembly and an eddy current braking assembly, the hub is fixedly connected with a half shaft, the electromagnetic clutch is arranged on the half shaft and is used for driving the planet carrier assembly to rotate, the eddy current braking assembly comprises a permanent magnet assembly connected with an axle and a rotor drum rotatably arranged between the hub and the permanent magnet assembly, the upper surface of the rotor drum is coated with a copper layer, and the planet carrier assembly is in transmission connection with the rotor drum. The invention integrates the functions and advantages of the permanent magnet retarding mechanism and the friction braking system, and utilizes the non-contact permanent magnet braking to share the braking energy, thereby reducing the abrasion of the friction brake and improving the heat fading resistance of the vehicle brake.)

一种轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置

技术领域

本发明涉及车辆制动技术领域，具体涉及一种轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置。

背景技术

制动系统是汽车底盘的重要组成部分之一，直接关系到汽车综合性能及生命财产安全。虽然传统液压式、气压式制动系统能够满足现有制动法规的各项要求，但是存在着管道布置复杂、依靠真空助力装置、制动响应速度较慢、制动力矩不可主动调节及难于与其他系统集成控制等不足之处，不适合汽车尤其是电动汽车的发展要求。

线控制动系统现实了制动踏板机构与制动执行机构的解耦，主要有电子液压制动系统(EHB)与电子机械制动系统(EMB)两种，取消了制动踏板机构与制动执行机构之间的直接连接，以电线为信息传递媒介，电子控制单元根据相关传感器信号识别制动意图，控制制动执行机构动作，实现对各个车轮制动力的控制，具有不依赖真空助力装置、动态响应迅速、易于集成控制等优点，弥补了传统制动系统结构原理上的不足。

车辆在长时间持续制动、高强度制动或频繁制动时，制动盘或制动鼓温度会大幅度升高，使得摩擦因数下降、磨损程度加重，出现制动效能部分甚至全部损失的危险热衰退现象。虽然制动防抱死系统(ABS)、电子制动力分配系统(EBD)等的应用提高了车辆制动的稳定性和可靠性，但是它们对制动器的热衰退现象作用甚微。目前，包括中国在内的许多国家已明确规定一定规格以上的车辆必须安装辅助制动装置，有效分流摩擦制动器的负荷，提高车辆制动安全性能。永磁式缓速器是辅助制动装置中的一种，具有非接触、体积小、质量轻、磁体温升低及节能环保等优点。但是，目前永磁式缓速器一般安装于变速器后面或主减速器前面，存在只作用于驱动轮且两侧驱动轮的制动力矩不可独立调节、装配需要空间且相对困难及不适于与摩擦制动高质量集成控制等问题。

轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置结合了永磁缓速器与线控制动系统的功能与优点，可分别安装于全部车轮内侧，具有体积小、质量轻、能耗低、便于安装及控制灵活等优点。但是，上述轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置还鲜有提及。目前，与本发明专利最相近的相关技术是授权公告号为“CN102155508B”的发明专利“一种永磁制动与摩擦制动相组合的制动器及制动方法”和授权公告号为“CN109058328B”的发明专利“一种集成永磁制动与摩擦制动的车辆轮边复合制动装置”。但是，前者能提供的永磁制动力矩较小，且摩擦制动与永磁制动作用于同一个制动盘使得抗热衰退性能改善甚微；后者永磁制动组件位于集成制动盘内侧，永磁制动作用力半径较小，所能产生的辅助制动力矩有待提高，且永磁制动力矩调节装置较为复杂。

发明内容

本发明为了解决永磁制动力矩小、永磁制动与摩擦制动集成度低的问题，本发明提供了一种轮毂内永磁缓速与摩擦制动集成装置，包括用于辅助制动轮毂的永磁缓速机构和用于主要制动轮毂的摩擦制动机构，所述永磁缓速机构包括电磁离合器、行星架组件和涡流制动组件，所述轮毂与半轴固定连接，所述电磁离合器设置在所述半轴上并且用于驱动所述行星架组件转动，所述涡流制动组件包括与车桥连接的永磁组件和转动设置在所述轮毂和所述永磁组件之间的转子鼓，所述转子鼓上表面覆有铜层，所述行星架组件与所述转子鼓传动连接。

作为优选，所述电磁离合器包括电磁离合器主动盘、电磁离合器从动盘和设置在所述电磁离合器主动盘和电磁离合器从动盘之间的衔铁，所述电磁离合器主动盘固定设置在所述半轴上，所述电磁离合器从动盘转动设置在所述半轴上，所述衔铁通过片弹簧与所述电磁离合器主动盘弹性连接，所述电磁离合器从动盘上设有电磁线圈，所述电磁离合器从动盘靠近所述衔铁的一侧设有摩擦块，所述摩擦块的位置与所述电磁线圈和所述衔铁位置相对应，所述电磁离合器从动盘驱动所述行星架组件转动。片弹簧为圆环状，通过铆钉与电磁离合器主动盘和衔铁固定连接。衔铁也为圆环状，衔铁活动设置在半轴上，在电磁线圈通电时，衔铁克服片弹簧的弹力，与电磁离合器从动盘上的摩擦块接触，使得电磁离合器主动盘与电磁离合器从动盘接合，带动电磁离合器从动盘转动。

进一步地，所述行星架组件包括齿圈、行星齿轮和太阳轮，所述齿圈内啮合有所述行星齿轮和所述太阳轮，所述太阳轮与所述半轴活动连接，所述齿圈与所述永磁组件固定连接，所述电磁离合器从动盘与所述行星齿轮传动连接并驱动所述行星齿轮转动。电磁离合器从动盘作为行星架组件的行星架，与行星齿轮固定连接，齿圈内啮合有四个行星齿轮，四个行星齿轮均与太阳轮外齿啮合。太阳轮与半轴通过滚动轴承活动连接，当电磁离合器从动盘转动时，带动行星齿轮转动，行星齿轮带动太阳轮转动，太阳轮带动转子鼓转动，从而实现提高转子鼓转速的目的。

作为优选，所述永磁组件包括固定支架和第一连接架，所述固定支架成圆筒状，所述固定支架上有若干磁铁，相邻两个所述磁铁极性相反，所述固定支架的轴线与所述半轴轴线一致，所述固定支架通过所述第一连接架与所述齿圈固定连接。固定支架为导磁材料，N-S-N-S间隔排布是为了与转子鼓表面的铜层作用，产生电涡流效应，而产生永磁制动力矩。磁铁为高性能永磁铁，固定支架一端与车桥或者车架固定连接，另一端与第一连接架固定连接，第一连接架与齿圈外圈通过花键或者定位销固定连接。

进一步地，所述第一连接架包括呈圆周均匀分布的若干第一连接杆，相邻两个所述第一连接杆之间设有间隙，所述第一连接杆上开设有通风孔。当对磁铁进行切割磁场的运动时，会产生大量热量，通风孔和间隙用来散热，便于空气带着热量。

作为优选，所述转子鼓呈圆筒状，所述转子鼓外侧设有螺旋状的散热叶片，所述转子鼓与所述永磁组件同轴，且所述转子鼓上的铜层与所述永磁组件之间的间隙为1mm，所述转子鼓通过第二连接架与所述太阳轮固定连接。转子鼓为铝合金材质，转子鼓位于轮毂和永磁组件之间，转子鼓表面的铜层与永磁组件的磁场方向垂直，转子鼓对永磁组件产生的磁场进行切割，产生电涡流效应，而产生永磁制动力矩，导致太阳轮的转速降低，从而导致电磁离合器从动盘转速降低，接着固定在半轴上的电磁离合器主动盘转速降低，最终导致半轴的转速降低，起到了制动效果，从而分担车辆部分制动能量，降低摩擦制动机构负担及磨损，提高摩擦制动器抗热衰退性能。转子鼓上覆铜层的尺寸接近车轮宽度，充分利用轮毂内的空间，使得永磁制动力的作用半径较大，从而增加永磁制动力矩。

进一步地，所述太阳轮和所述第二连接架通过花键固定连接。

作为优选，所述第二连接架包括呈圆周均匀分布的若干第二连接杆，相邻两个所述第二连接杆之间设有间隙，所述第二连接杆上开设有通风孔。当转子鼓对磁场作切割运动时，会产生大量热量，通风孔和间隙用来散热，便于空气带着热量。

进一步地，所述铜层的厚度为1mm。

作为优选，所述摩擦制动机构包括制动电机、制动钳体、丝杆螺母机构及两个摩擦片，所述制动钳体左端与所述制动电机的壳体固定连接，其右端固定连接一个所述摩擦片，所述制动电机的输出轴同轴固定连接有丝杆，所述丝杆上滑动设有螺母，所述螺母固定有另一个所述摩擦块，两个所述摩擦片之间设有制动盘，所述制动盘固定设置在所述半轴上。摩擦制动机构工作时，制动电机工作，螺母在丝杆上做直线运动，螺母推动两个摩擦片压向或移离制动盘，从而实现对摩擦制动力矩的控制。

有益效果：1、本发明集成了永磁缓速机构与摩擦制动系统的功能与优点，利用非接触永磁制动分担制动能量，从而降低摩擦制动器的磨损，提高车辆制动器的抗热衰退性能；

2、本发明采用分布式布置方式，取消了传统的液压或气压管路，集成制动装置独立安装于车轮轮毂内，布置相对容易，且对原有汽车系统结构改动较小；

3、本发明的集成制动装置永磁制动力矩与摩擦制动力矩可以联合控制，充分发挥永磁缓速制动作用，具有体积小、质量轻、能耗低、便于布置及适用于高质量集成控制等优点；

4、本发明的集成制动装置采用了一组行星齿轮轮机构，用于提高转子鼓的转速，增加永磁制动所能。

附图说明

图1是本发明的布置方式示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的磁铁布置示意图；

图4是本发明的摩擦制动机构结构示意图；

图5是本发明的电磁离合器结构示意图；

1、车轮；2、集成装置；3、轮胎；4、散热叶片；5、转子鼓；6、磁铁；7、固定支架；8、摩擦制动机构；9、摩擦片；10、半轴；11、制动盘；12、电磁离合器主动盘；13、电磁离合器从动盘；14、轮毂；15、第一连接架；16、第二连接架；17、齿圈；18、行星齿轮；19、太阳轮；20、半轴凸缘；21、片弹簧；22、衔铁；23、摩擦块；24、电磁线圈；25、制动电机、26、制动钳体；27、丝杆；28、螺母；29、滑动销。

具体实施方式

实施例一

如图所示，一种轮毂14内永磁缓速与摩擦制动集成装置，包括用于辅助制动轮毂14的永磁缓速机构和用于主要制动轮毂14的摩擦制动机构8，所述永磁缓速机构包括电磁离合器、行星架组件和电涡流制动组件，所述轮毂14与半轴10固定连接，所述电磁离合器设置在所述半轴10上并且用于驱动所述行星架组件转动，所述电涡流制动组件包括与车桥连接的永磁组件和转动设置在所述轮毂14和所述永磁组件之间的转子鼓5，所述转子鼓5上表面覆有铜层，所述铜层的厚度为1mm，所述行星架组件与所述转子鼓5传动连接。电磁离合器驱动行星架组件转动，行星架组件驱动转子鼓5转动，采用行星架组件提高了转子鼓5的转速，使得转子鼓5在切割磁场时产生的力矩更大，制动效果更好。

所述电磁离合器包括电磁离合器主动盘12、电磁离合器从动盘13和设置在所述电磁离合器主动盘12和电磁离合器从动盘13之间的衔铁22，所述电磁离合器主动盘12固定设置在所述半轴10上，所述电磁离合器从动盘13转动设置在所述半轴10上，所述衔铁22通过片弹簧21与所述电磁离合器主动盘12弹性连接，所述电磁离合器从动盘13上设有电磁线圈24，所述电磁离合器从动盘13靠近所述衔铁22的一侧设有摩擦块23，所述摩擦块23的位置与所述电磁线圈24和所述衔铁22位置相对应，所述电磁离合器从动盘13驱动所述行星架组件转动。当电磁离合器从动盘13上的电磁线圈24通电，将衔铁22吸住，衔铁22摆脱了片弹簧21的弹力与电磁线圈24一侧的摩擦块23接触，由于电磁离合器主动盘12是固定在半轴10上，且片弹簧21通过铆钉与电磁离合器主动盘12和衔铁22固定连接，半轴10转动的同时也带动了电磁离合器主动盘12的转动，电磁离合器主动盘12带动衔铁22转动，衔铁22与摩擦块23接触，带动了电磁离合器从动盘13的转动。

所述行星架组件包括齿圈17、行星齿轮18和太阳轮19，所述齿圈17内啮合有所述行星齿轮18和所述太阳轮19，所述太阳轮19与所述半轴10活动连接，所述齿圈17与所述永磁组件固定连接，所述电磁离合器从动盘13与所述行星齿轮18传动连接并驱动所述行星齿轮18转动。所述永磁组件包括固定支架7和第一连接架15，所述固定支架7成圆筒状，所述固定支架7上有若干磁铁6，相邻两个所述磁铁6极性相反，所述固定支架7的轴线与所述半轴10轴线一致，所述固定支架7通过所述第一连接架15与所述齿圈17固定连接。所述第一连接架15包括呈圆周均匀分布的若干第一连接杆，相邻两个所述第一连接杆之间设有间隙，所述第一连接杆上开设有通风孔。第一连接杆的数量为6～12个，采用高强度的合金材料制成，各个第一连接杆上均开设有通风孔。所述转子鼓5呈圆筒状，所述转子鼓5外侧设有螺旋状的散热叶片4，所述转子鼓5与所述永磁组件同轴，且所述转子鼓5上的铜层与所述永磁组件之间的间隙为1mm，所述转子鼓5通过第二连接架16与所述太阳轮19固定连接。螺旋状的散热叶片4起到了散热作用，便于空气将转子鼓5上的热量带走。所述太阳轮19和所述第二连接架16通过花键固定连接。所述第二连接架16包括呈圆周均匀分布的若干第二连接杆，相邻两个所述第二连接杆之间设有间隙，所述第二连接杆上开设有通风孔。当永磁缓速机构工作时，转子鼓5在太阳轮19的驱动下转动，转子鼓5表面的铜层与磁铁6的磁力线相互作用而产生电涡流效应，从而产生永磁制动力矩，导致太阳轮19的转速降低，从而导致电磁离合器从动盘13转速降低，接着固定在半轴10上的电磁离合器主动盘12转速降低，最终导致半轴10的转速降低，起到了制动效果。

所述摩擦制动机构8包括制动电机25、制动钳体26、丝杆螺母机构及两个摩擦片9，所述制动钳体26一端与所述制动电机25的壳体固定连接，另一端固定连接一个所述摩擦片9，所述制动电机25的输出轴同轴固定连接有丝杆27，所述丝杆27上滑动设有螺母28，所述螺母28固定有另一个所述摩擦片9，两个所述摩擦片9之间设有制动盘11，所述制动盘11固定设置在所述半轴10上。制动电机25可为直流电机或步进电机，与制动钳体26固定连接，且通过滑动销29与车桥活动连接。制动钳体26采用浮钳形式，一侧与制动电机25的壳体固定连接，另一侧与摩擦力固定连接。丝杆螺母机构用于对制动电机25输出转矩进行减速增扭，并将制动电机25输出轴的旋转运动转变为所述螺母28的直线移动，最终转变为摩擦片9的直线运动。汽车轮胎3安装在轮毂14上，轮毂14通过半轴凸缘20与半轴10固定连接，轮胎3与轮毂14随着半轴10的转动一起进行转动。

工作原理：当汽车低速、低制动强度制动时，电磁离合器不工作，电磁离合器主动盘12与电磁离合器从动盘13分离，电磁离合器从动盘13无法带动行星架组件进行转动，最终转子鼓5无法转动，永磁缓速机构不工作，车辆制动力矩全由摩擦制动机构8提供。当车速与制动强度达到一定值时，电磁离合器开始工作，衔铁22克服片弹簧21的弹力，与电磁离合器从动盘13上的摩擦块23接触，通过摩擦力作用使得电磁离合器主动盘12与电磁离合器从动盘13接合，由于电磁离合器主动盘12固定在半轴10上，半轴10是转动的，半轴10带动电磁离合器主动盘12转动，从而带动电磁离合器从动盘13转动，电磁离合器从动盘13上的电磁线圈24与行星架组件中的行星齿轮18传动连接，驱动所述行星齿轮18转动，带动太阳轮19转动，太阳轮19带动转子鼓5转动，转子鼓5上的铜层与磁铁6的磁力线相互作用而产生电涡流效应，从而产生永磁制动力矩，转子鼓5转速降低，导致太阳轮19的转速降低，从而导致电磁离合器从动盘13转速降低，接着固定在半轴10上的电磁离合器主动盘12转速降低，最终导致半轴10的转速降低，起到了制动效果，从而分担车辆部分制动能量，降低摩擦制动器负担及磨损，提高摩擦制动机构8抗热衰退性能。