(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105365584 A (43)申请公布日 2016.03.02
(21)申请号 201510291071.6(22)申请日 2015.06.01
(71)申请人中国农业大学
地址100193 北京市海淀区圆明园西路2号(72)发明人王国业 张忠富 黄静 张露(74)专利代理机构北京卫平智业专利代理事务
所(普通合伙) 11392
代理人董琪(51)Int.Cl.
B60L 7/10(2006.01)B60L 7/24(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(54)发明名称
一种新型机电磁耦合制动能量回收系统(57)摘要
本发明公开了一种机电磁耦合制动能量回收系统，主要包括运动体1、传动装置2、电机转子3、电机定子4、销轴5、制动盘6、制动钳7、锁止装置8、弹性元件9、推力轴承10、导向块11、螺母12、螺杆13、轴套14、固定件15、传动轴16等。机电磁耦合制动能量回收系统为电磁制动和摩擦制动集成耦合线控系统，利用电能回馈产生电磁制动转矩，同时电磁制动转矩产生摩擦制动的促动动力，在不消耗额外摩擦制动促动能的情况下实现摩擦制动，电磁制动和摩擦制动形成机械电磁耦合系统，共同作用实现运动体1的制动。驱动时，既可以通过电机提供动力，也可以同时通过发动机提供动力，分别实现纯电动和混合动力驱动。 C N 1 0 5 3 6 5 5 8 4 A CN 105365584 A
权 利 要 求 书
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1.一种新型机电磁耦合制动能量回收系统包括电磁制动系统和摩擦制动系统；电磁制动系统包括运动体1、传动装置2、电机转子3、电机定子4、传动轴16等；摩擦制动系统包括制动器、螺旋传动装置、固定件15等；制动器包括销轴5、制动盘6、制动钳7等；螺旋传动装置包括锁止装置8、弹性元件9、推力轴承10、导向块11、螺母12、螺杆13、轴套14等；制动时，电机处于发电状态，电机控制器控制电机产生电能为蓄电装置充电，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，阻碍运动体1运动，实现电磁制动；电机转子3和定子4之间产生的电磁转矩也同时通过螺旋传动装置使制动器产生摩擦制动，并通过固连在电机转子3上的销轴5传动到电机转子3上，和电机转子3上的电磁转矩一起传递到运动体1，形成制动运动体1的电磁制动和摩擦制动的耦合制动转矩，阻碍运动体1运动；机电磁耦合制动能量回收系统为电磁制动和摩擦制动集成耦合线控系统，利用电能回馈产生电磁制动转矩，同时电磁制动转矩产生摩擦制动的促动动力，在不消耗额外摩擦制动促动能的情况下实现摩擦制动，电磁制动和摩擦制动形成机械电磁耦合系统，共同作用实现运动体1的制动。
2.根据权利要求1所述一种新型机电磁耦合制动能量回收系统，其特征在于，螺旋传动装置可实现在运动体1正、反时，均能推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩。
3.根据权利要求1所述一种新型机电磁耦合制动能量回收系统，其特征在于，电机作为电动机使用时，可驱动运动体1运动，电机处于耗电驱动状态，电机控制器控制蓄电装置为电机提供电能，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，驱动运动体1运动，实现纯电动驱动；既可以通过电机提供动力，也可以同时通过发动机提供动力，实现混合动力驱动。
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说 明 书
一种新型机电磁耦合制动能量回收系统
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技术领域
本发明涉及制动能量回收技术领域，特别是涉及一种机、电、磁耦合的制动能量回收技术。制动能量回收技术是指运动物动时，通过能量回收系统把物体的动能转化为可再利用的能量，并存储在能量介质中，例如电池、超级电容、各类蓄能器等，以便再利用。
[0001]
背景技术
世界能源消耗和污染越来越严重，制动能量回收技术是解决这一问题的重要途径。据统计，汽车在城市工况下行驶时，制动系统所消耗的能量，约占驱动能量的50％，在较低制动强度时，全轮驱动混合动力汽车制动能量回收率可达85％，若汽车制动系统在提供制动力的同时能有效地回收该部分能量，能显著提高续驶里程。因此，提高制动能量回收效率对于降低能耗具有重要意义。本发明可广泛应用于汽车、举升、牵引等电机驱动领域。[0003] 现行制动能量回收技术主要包括电能、热能、液压能、机械能等回收方式，技术越来越成熟，但仍然存在系统结构复杂、能量回收率不高、控制参量多、协制难度大、消耗促动能、制动性能难以保证等问题。
[0002]
发明内容
[0004]
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种新型机电磁耦合制动能量回收系
统。
一种新型机电磁耦合制动能量回收系统包括电磁制动系统和摩擦制动系统。电磁制动系统包括运动体1、传动装置2、电机转子3、电机定子4、传动轴16等；摩擦制动系统包括制动器、螺旋传动装置、固定件15等；制动器包括销轴5、制动盘6、制动钳7等；螺旋传动装置包括锁止装置8、弹性元件9、推力轴承10、导向块11、螺母12、螺杆13、轴套14等。[0006] 制动时，电机处于发电状态，电机控制器控制电机产生电能为蓄电装置充电，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，阻碍运动体1运动，实现电磁制动；电机转子3和定子4之间产生的电磁转矩也同时作用在电机定子4上，通过与电机定子4固连的轴套14传递到螺杆13，螺杆13与轴套14通过花键滑动配合，螺杆13和螺母12非自 锁螺旋配合，导向块11螺母12转动使螺母12只作轴向移动，因此，轴套14驱动螺杆13转动，使螺杆13和螺母12沿轴向反向移动，右端推力轴承10被固定件15了轴向位移，在运动体1正、反转依次带动电机转子3、电机定子4、轴套14和螺杆13正、反转时，螺母12(螺杆13正转时)或螺杆13(螺杆13反转时)只能推动左端推力轴承10向左轴向移动；解锁锁止装置8使弹性元件9左移设定的位移，在左端推力轴承10向左轴向移动时，使推动弹性元件9的变形量减少，弹性力相应减小，电机定子4上的电磁转矩通过螺杆螺母机构产生的在左端推力轴承10上的推力足以克服弹性元件9的弹性力，进一步使左端推力轴承10向左轴向移动，从而消除推力轴承10和制动钳7之间的间隙，推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩，并通过固连在电机转子3上的销轴5传动到电机转子3上，和电机转子3上的电磁转矩一起传递到运动体1，形成制动运动
[0005]
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说 明 书
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体1的电磁制动和摩擦制动的耦合制动转矩，阻碍运动体1运动。[0007] 电机作为电动机使用时，可驱动运动体1运动，电机处于耗电驱动状态，电机控制器控制蓄电装置为电机提供电能，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，驱动运动体1运动；此时，若传动装置2动力传输端传动轴16无动力输入，只有电机转子3的动力通过传动装置2传递到运动体1，驱动运动体1运动，为纯电动驱动；若传动装置2动力传输端传动轴16有动力输入，电机转子3的动力和传动轴16的动力通过传动装置2汇合传递到运动体1，共同驱动运动体1运动，为混合动力驱动；在驱动状态时，锁止装置8锁止使弹性元件9不能左移，使左端推力轴承10推动弹性元件9的变形量增大，弹性力相应增大，电机定子4上的电磁转矩通过螺杆螺母机构产生的左端推力轴承10的推力不足以克服弹性元件9的弹性力，不能消除推力轴承10和制动钳7之间的间隙，因此不能推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩。
[0008] 机电磁耦合制动能量回收系统为电磁制动和摩擦制动集成耦合线控系统，利用电能回馈产生电磁制动转矩，同时电磁制动转矩产生摩擦制动的促动动力，在不消耗额外摩擦制动促动能的情况下实现摩擦制动，电磁制动和摩擦制动形成机械电磁耦合系统，共同作用实现运动体1的制动。驱动时，既可以通过电机提供动力，也可以同时通过发动机提供动力，分别实现纯电动和混合动力驱动。附图说明
图1为一种新型机电磁耦合制动能量回收系统的结构图。图1中，1运动体、2传动装置、3电机转子、4电机定子、5销轴、6制动盘、7制动钳、8锁止装置、9弹性元件、10推力轴承、11导向块、12螺母、13螺杆、14轴套、15固定件、16传动轴。[0010] 图2为机电磁耦合制动能量回收系统的制动过程。
[0011] 图3为机电磁耦合制动能量回收系统的纯电动驱动工作过程。[0012] 图4为机电磁耦合制动能量回收系统的混合动力驱动工作过程。
[0009]
具体实施方式
[0013] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0014] 针对制动工况和驱动工况，机电磁耦合制动能量回收系统有三种工作过程。[0015] 1.制动过程[0016] 制动过程：如图2所示，制动时，电机处于发电状态，电机控制器控制电机产生电能为蓄电装置充电，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，阻碍运动体1运动，实现电磁制动；电机转子3和定子4之间产生的电磁转矩也同时作用在电机定子4上，通过与电机定子4固连的轴套14传递到螺杆13，螺杆13与轴套14通过花键滑动配合，螺杆13和螺母12非自锁螺旋配合，导向块11螺母12转动使螺母12只作轴向移动，因此，轴套14驱动螺杆13转动，使螺杆13和螺母12沿轴向反向移动，右端推力轴承10被固定件15了轴向位移，在运动体1正、 反转依次带
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动电机转子3、电机定子4、轴套14和螺杆13正、反转时，螺母12(螺杆13正转时)或螺杆13(螺杆13反转时)只能推动左端推力轴承10向左轴向移动；解锁锁止装置8使弹性元件9左移设定的位移，在左端推力轴承10向左轴向移动时，使推动弹性元件9的变形量减少，弹性力相应减小，电机定子4上的电磁转矩通过螺杆螺母机构产生的在左端推力轴承10上的推力足以克服弹性元件9的弹性力，进一步使左端推力轴承10向左轴向移动，从而消除推力轴承10和制动钳7之间的间隙，推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩，并通过固连在电机转子3上的销轴5传动到电机转子3上，和电机转子3上的电磁转矩一起传递到运动体1，形成制动运动体1的电磁制动和摩擦制动的耦合制动转矩，阻碍运动体1运动。[0017] 2.纯电动驱动工作过程[0018] 纯电动驱动工作过程，如图3所示，需要较小驱动力时，电机处于耗电驱动状态，电机控制器控制蓄电装置为电机提供电能，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，驱动运动体1运动；此时，传动装置2动力传输端传动轴16无动力输入，只有电机转子3的动力通过传动装置2传递到运动体1，驱动运动体1运动。在驱动状态时，锁止装置8锁止使弹性元件9不能左移，使左端推力轴承10推动弹性元件9的变形量增大，弹性力相应增大，电机定子4上的电磁转矩通过螺杆螺母机构产生的左端推力轴承10的推力不足以克服弹性元件9的弹性力，不能消除推力轴承10和制动钳7之间的间隙，因此不能推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩。[0019] 3.混合动力驱动工作过程[0020] 混合动力驱动工作过程，如图4所示，需要较大驱动力时，电机处于耗电驱动状态，电机控制器控制蓄电装置为电机提供电能，电机转子3和电机定子4之间产生的电磁转矩通过传动装置2从电机转子3传递到运动体1，驱动运动体1运动；此时，传动装置2动力传输端传动轴16有动力输入，电机转子3的动力和传动轴16的动力通过传动装置2汇合传递到运动体1，共同驱动运动体1运动。在驱动状态时，锁止装置8锁止使弹性元件9不能左移，使左端推力轴承10推动弹性元件9的变形量增大，弹性力相应增大，电机定子4上的电磁转矩通过螺杆螺母机构产生的左端推力轴承10的推力不足以克服弹性元件9的弹 性力，不能消除推力轴承10和制动钳7之间的间隙，因此不能推动制动钳7夹紧制动盘6产生摩擦转矩。
[0021] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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