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一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-10-19
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-03-05
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-09-10
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-10-19
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202011115789.7 申请日 2020-10-19
公开/公告号 CN112360916B 公开/公告日 2021-09-10
授权日 2021-09-10 预估到期日 2040-10-19
申请年 2020年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 F16F13/00F16F9/53B60G13/06B60G13/18 主分类号 F16F13/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 6
权利要求数量 7 非专利引证数量 0
引用专利数量 7 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN109080401A、CN105711368A、CN104044426A、RU142785U1、CN101863210A、CN2783622Y、JP2013210048A 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏大学 当前专利权人 江苏大学
发明人 汪若尘、蒋俞、丁仁凯、孟祥鹏 第一发明人 汪若尘
地址 江苏省镇江市京口区学府路301号 邮编 212013
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明提供了一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,属于车辆系统减振领域。本发明由刚性连接的磁流变减振器和直线电磁动力吸振器组成,控制简单、能耗较小的磁流变减振器用于抑制车身振动,提高轮毂电机驱动电动汽车乘坐舒适性;直线电磁动力吸振器包括定子和动子,且始终工作在被动馈能模式;直线电磁动力吸振器为作用于车轮的质量‑刚度‑阻尼共振系统,无需外部控制,有效降低车轮共振频段车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度,抑制车轮的振动,提高轮毂电机驱动电动汽车行驶安全性。当定子与动子发生相对直线运动时,线圈绕组产生感应电流,为磁流变减振器提供能量,实现减振器自供能,同时,剩余能量储存至蓄电池,实现能量回收。
  • 摘要附图
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
  • 说明书附图:图1
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
  • 说明书附图:图2
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
  • 说明书附图:图3
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
  • 说明书附图:图4
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
  • 说明书附图:图5
    一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-09-10 授权
2 2021-03-05 实质审查的生效 IPC(主分类): F16F 13/00 专利申请号: 202011115789.7 申请日: 2020.10.19
3 2021-02-12 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,包括磁流变减振器(1)和直线电磁动力吸振器(6),所述直线电磁动力吸振器(6)与磁流变减振器(1)外筒刚性连接;所述直线电磁动力吸振器(6)包括定子(7)和动子(12);所述定子(7)包括中心杆和永磁体(9),永磁体(9)堆栈在中心杆外围;所述动子(12)包括线圈绕组(13)、绕组铁芯(14)和外壳体(17),外壳体(17)端部通过滑动轴承(15)与定子(7)间隙配合,外壳体(17)内部固定连接绕组铁芯(14),绕组铁芯(14)上缠绕有线圈绕组(13);所述外壳体(17)上下两端通过环形弹性材料(11)固定;
所述滑动轴承(15)嵌放在轴承端盖(16)中,所述轴承端盖(16)固定在外壳体(17)端部;
所述中心杆为磁流变减振器(1)外筒,所述磁流变减振器(1)外筒外部设置筒状外壳B,所述外壳体(17)上下两端通过环形弹性材料(11)与筒状外壳B固连;或所述中心杆为固定在筒状外壳A内部的中心杆(8),所述筒状外壳A刚性连接在磁流变减振器(1)外筒下部,所述外壳体(17)上下两端通过环形弹性材料(11)与筒状外壳A固连。

2.一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,包括磁流变减振器(1)和直线电磁动力吸振器(6),所述直线电磁动力吸振器(6)与磁流变减振器(1)外筒刚性连接;所述直线电磁动力吸振器(6)包括定子(7)和动子(12);所述定子(7)包括中心杆和永磁体(9),永磁体(9)堆栈在中心杆外围;所述动子(12)包括线圈绕组(13)、绕组铁芯(14)和外壳体(17),外壳体(17)端部通过滑动轴承(15)与定子(7)间隙配合,外壳体(17)内部固定连接绕组铁芯(14),绕组铁芯(14)上缠绕有线圈绕组(13);所述外壳体(17)上下两端通过环形弹性材料(11)固定;
所述滑动轴承(15)嵌放在轴承端盖(16)中,所述轴承端盖(16)固定在外壳体(17)端部;
所述中心杆为固定在C形连接体(18)内部的中心杆(8),所述C形连接体(18)与磁流变减振器(1)外筒刚性连接,所述外壳体(17)上下两端通过环形弹性材料(11)与C形连接体(18)固连。

3.根据权利要求2所述的轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,所述磁流变减振器(1)外壳上端通过上连接件(2)与车身相连,磁流变减振器(1)外壳下端通过下吊耳(5)与车轮半轴相连;磁流变减振器(1)外壳上部固定弹簧托盘(4),弹簧托盘(4)与上连接件(2)之间安装有螺旋弹簧(3)。

4.根据权利要求1‑2任一项所述的轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,所述永磁体(9)与铁芯(10)交替对堆栈在中心杆(8)外围。

5.根据权利要求4所述的轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,所述中心杆(8)为铝质中心杆。

6.根据权利要求1‑2任一项所述的轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,所述环形弹性材料(11)采用非金属橡胶弹簧,所述外壳体(17)为铁质材料。

7.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,其特征在于,所述滑动轴承(15)为石墨铜材料轴承。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆系统减振技术领域,具体涉及一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器。

背景技术

[0002] 至今,汽车已成为人们出行和商品运输的必要交通工具。但是,传统的内燃机汽车也带来了诸多问题,能耗高、排放大,造成能源短缺和环境恶化。相较于传统汽车,电动汽车因其具有噪声小、排放低和能量利用率高等优点得到了迅速发展。轮毂电机驱动电动汽车取消了复杂的动力传统系统,直接在车轮处进行驱动,具有传动效率高、占用空间小和控制简单等优点,是未来电动汽车发展的重要方向。然而,轮毂电机驱动电动汽车的结构特点也带来诸多汽车动力学问题。采用轮毂电机使得车辆簧下质量增加,对车辆的垂向振动动力学性能包括车身加速度和轮胎动载荷产生一定负面影响,尤其是车轮振动加剧。同时,短续航里程是电动汽车发展的另一重大难点。
[0003] 针对轮毂电机驱动电动汽车垂向动力学负效应以及能耗问题,不少学者将可控主动电磁悬架引入了车辆减振系统。目前,直线电机式电磁悬架成为研究热点。直线电机式电磁作动器不需要附加传动机构,直接通过初级和磁极的相对直线运动,即可实现主动控制以及能量回收。然而,采用直线电机电磁悬架系统,虽可以实时调节电机电磁推力,以及在特定行驶工况下回收能量。但是仍然存在一些问题,一是通过调节减振器阻尼力,虽可优化车辆乘坐舒适性或车轮接地性,但其实质是性能的折衷,无法同两者进行优化;二是采用主动电磁悬架,需要消耗大量能量来满足理想车辆性能需求的电磁推力,而特定工况下电磁悬架回收的能量十分有限,因此能耗较大。
[0004] 另一方面,随着电磁材料地不断发展,动力吸振器也得到了快速的发展。传统的被动式动力吸振器,作为子系统附连在主系统上,利用“反共振”的原理,改变主系统能量分布与传递特性,从而抑制主系统的振动。近年来,主动电磁动力吸振器有着广泛应用,其采用的电磁执行器是根据直线电机的工作原理设计的。通过改变通入线圈电流可以改变电磁弹簧刚度,从而改变吸振器的固有频率。因此,若将主动电磁动力吸振器应用到轮毂电机驱动电动汽车,用以抑制车轮的振动,将有益于提高车轮接地性。采用主动电磁动力吸振器虽可改变其固有频率,但存在控制复杂、能耗较大的问题。
[0005] 综上,轮毂电机驱动电动汽车由于存在垂向动力学性能负效应问题,乘坐舒适性和行驶安全性变差,且采用主动电磁悬架或主动电磁动力吸振器,控制复杂、能耗较大。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,以满足轮毂电机驱动电动汽车“舒适、安全、节能”的发展需要。
[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008] 一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,包括磁流变减振器和直线电磁动力吸振器,所述直线电磁动力吸振器与磁流变减振器外筒刚性连接;所述直线电磁动力吸振器包括定子和动子;所述定子包括中心杆和永磁体,永磁体堆栈在中心杆外围;所述动子包括线圈绕组、绕组铁芯和外壳体,外壳体端部通过滑动轴承与定子间隙配合,外壳体内部固定连接绕组铁芯,绕组铁芯上缠绕有线圈绕组;所述外壳体上下两端通过环形弹性材料固定。
[0009] 进一步的技术方案,所述中心杆为磁流变减振器外筒,所述磁流变减振器外筒外部设置筒状外壳B,所述外壳体上下两端通过环形弹性材料与筒状外壳B固连。
[0010] 进一步的技术方案,所述中心杆为固定在筒状外壳A内部的中心杆,所述筒状外壳A刚性连接在磁流变减振器外筒下部,所述外壳体上下两端通过环形弹性材料与筒状外壳A固连。
[0011] 进一步的技术方案,所述中心杆为固定在C形连接体内部的中心杆,所述C形连接体与磁流变减振器外筒刚性连接,所述外壳体上下两端通过环形弹性材料与C形连接体固连。
[0012] 更进一步的技术方案,所述磁流变减振器外壳上端通过上连接件与车身相连,磁流变减振器外壳下端通过下吊耳与车轮半轴相连;磁流变减振器外壳上部固定弹簧托盘,弹簧托盘与上连接件之间安装有螺旋弹簧。
[0013] 更进一步的技术方案,所述永磁体与铁芯交替对堆栈在中心杆外围。
[0014] 更进一步的技术方案,所述中心杆为铝质中心杆。
[0015] 更进一步的技术方案,所述环形弹性材料采用非金属橡胶弹簧,所述外壳体为铁质材料。
[0016] 进一步的技术方案,所述滑动轴承嵌放在轴承端盖中,所述轴承端盖固定在外壳体端部。
[0017] 更进一步的技术方案,所述滑动轴承为石墨铜材料轴承。
[0018] 本发明的有益效果为:
[0019] (1)本发明中与磁流变减振器外筒刚性连接的直线电磁动力吸振器为作用于车轮的质量‑刚度‑阻尼共振系统,无需外部控制,可有效降低车轮共振频段车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度,抑制车轮的振动,提高轮毂电机驱动电动汽车行驶安全性;
[0020] (2)本发明中直线电磁动力吸振器始终工作在被动馈能模式,当定子与动子发生相对直线运动时,线圈绕组产生感应电流,为磁流变减振器提供能量,实现减振器自供能,同时,剩余能量储存至蓄电池,实现能量回收;
[0021] (3)本发明利用能耗较小的磁流变减振器抑制车身振动,提高轮毂电机驱动电动汽车乘坐舒适性。

实施方案

[0028] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
[0029] 如图1所示,一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器,包括磁流变减振器1、上连接件2、螺旋弹簧3、弹簧托盘4、下吊耳5和直线电磁动力吸振器6。
[0030] 直线电磁动力吸振器6与磁流变减振器1外筒进行刚性连接,包括以下连接方式:(1)通过C形连接体18刚性并联,C形连接体18与磁流变减振器1外筒侧部连接,C形连接体18内部设置直线电磁动力吸振器6;(2)刚性串联:利用筒状外壳替换C形连接体18,直线电磁动力吸振器6设置在筒状外壳中,固定在磁流变减振器1外筒下方,下吊耳5设置在直线电磁动力吸振器6下端;(3)直线电磁动力吸振器6以磁流变减振器1外筒为中心杆,集成在磁流变减振器1外筒外围,取消图1中的中心杆8,且利用筒状外壳替换C形连接体18,筒状外壳设置在磁流变减振器1外筒外部;磁流变减振器1用于抑制轮毂电机驱动电动汽车车身的振动,提高车辆乘坐舒适性;直线电磁动力器6用于抑制轮毂电机驱动电动汽车车轮的振动,提高车辆车轮接地性。
[0031] 本实施例以直线电磁动力吸振器6与磁流变减振器1外筒刚性并联为例,描述本发明一种轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器的结构和原理。
[0032] 磁流变减振器1外壳上端通过上连接件2与车身相连,磁流变减振器1外壳下端通过下吊耳5与车轮半轴相连;弹簧托盘4固定在磁流变减振器1外壳上部,螺旋弹簧3安装在上连接件2与弹簧托盘4之间,用以支撑车身质量和提供悬架刚度;本发明中的磁流变减振器1为半主动减振器,由ECU确定半主动减振器阻尼力F,磁流变减振器1跟踪该阻尼力。
[0033] 直线电磁力吸振器6由定子7与动子12两部分组成;定子7由中心杆8和永磁体9组成,中心杆8固定在C形连接体18内部,永磁体9堆栈在中心杆8外围,永磁体9的充磁方式包括:1)轴向充磁方式:永磁体9与铁芯10交替对堆栈在中心杆8外围,永磁体9采用轴向充磁的方式,且相邻永磁体的充磁方向相反;2)径向充磁方式:永磁体9与铁芯10交替对堆栈在中心杆8外围,永磁体9采用径向充磁的方式,且相邻永磁体的充磁方向相反;3)混合充磁方式:混合充磁方式为无铁芯结构,由轴向充磁和径向充磁的永磁体交替对堆栈在中心杆8外围,且相邻轴向永磁体与径向永磁体的充磁方向相反(图1所示的永磁体采用轴向充磁);中心杆8为铝质中心杆,不仅可以减少永磁体漏磁,还可以减轻直线电磁动力吸振器的总质量;动子12上下两端分别套入环形弹性材料11,环形弹性材料11与C形连接体18相连,环形弹性材料11用以支撑动子12以及满足吸振器系统刚度需求,环形弹性材料11采用非金属橡胶弹簧,避免受到磁场影响;动子12由线圈绕组13、绕组铁芯14、滑动轴承15、轴承端盖16和外壳体17组成,外壳体17上下两端分别套入环形弹性材料11,且外壳体17端部与轴承端盖16固定连接,轴承端盖16中嵌放滑动轴承15,滑动轴承15与定子7间隙配合,外壳体17内部固定连接绕组铁芯14,绕组铁芯14上缠绕有线圈绕组13;滑动轴承15为石墨铜材料轴承,避免受到磁场影响;外壳体17为铁质材料,不仅用于封装动子结构总成,还用于配置吸振器系统质量,以满足吸振器系统质量需求。
[0034] 带自供能磁流变减振器的轮毂电机驱动电动汽车动力学模型示意图如图2所示,其中ms为簧载质量,mu为非簧载质量,mm为减速机构和电机总质量,ks为悬架刚度,ku为轮胎刚度,zs为簧载质量位移,zu为非簧载质量位移,zr为路面输入位移,F为磁流变减振器阻尼力,md为直线电磁动力吸振器质量,kd为吸振器刚度,cd为吸振器电磁阻尼系数,zd为吸振器垂向位移。直线电磁动力吸振器6通过动子12提供系统质量,环形弹性材料11提供系统刚度,定子7和动子12之间产生的电磁阻尼提供系统阻尼,形成作用于车轮的质量‑刚度‑阻尼共振系统,产生的反作用力可抑制一定频段内车轮的振动,提高车轮接地性。直线电磁动力吸振器6始终工作在被动馈能模式,永磁体9产生固定磁场,根据电磁感应定律,当定子7和动子12发生相对直线运动时,线圈绕组13产生感应电流,从而将车轮振动机械能转化为电能,将超级电容作为一级储能装置,用以提供磁流变减振器1线圈激励电流。同时,剩余电能可对蓄电池进行充电。
[0035] 具体地,以ms=320kg、mu=35kg、mm=20kg、ks=19600N/m、ku=200000N/md的轮毂电机驱动电动汽车1/4悬架系统参数为例,该系统参数下,所设计直线电磁动力吸振器6的参数为md=5.4kg、kd=17190N/m、cd=142N/m,线圈内阻R=3Ω、电感L=1.7mH;直线电磁动力吸振器6为8极9槽结构,线圈绕组13采用三相星形连接;定子7的长度为248mm、半径为20mm,动子外壳体17的高为148mm、长和宽均为75mm。以传统液压减振器轮毂电机驱动电动汽车为比较对象,将车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度作为垂向动力学评价指标,对自供能磁流变减振器轮毂电机驱动电动汽车减振性能进行评价。如图3所示,相对于传统液压减振器轮毂电机驱动电动汽车,自供能磁流变减振器轮毂电机驱动电动汽车能够有效降低车轮共振频段车身加速度。如图4所示,相较于传统液压减振器轮毂电机驱动电动汽车,自供能磁流变减振器轮毂电机驱动电动汽车能够有效降低车轮共振频段轮胎动载荷。如图5所示,相较于传统液压减振器轮毂电机驱动电动汽车,自供能磁流变减振器轮毂电机驱动电动汽车能够有效降低车轮共振频段悬架动挠度。
[0036] 所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

附图说明

[0022] 图1为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器结构示意图;
[0023] 图2为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器系统动力学模型示意图;
[0024] 图3为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器车身加速度对路面位移的幅频响应示意图;
[0025] 图4为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器轮胎动载荷对路面位移的幅频响应示意图;
[0026] 图5为本发明所述轮毂电机驱动电动汽车自供能磁流变减振器悬架动挠度对路面位移的幅频响应示意图。
[0027] 图中:1.磁流变减振器,2.上连接件,3.螺旋弹簧,4.弹簧托盘,5.下吊耳,6.直线电磁动力吸振器,7.定子,8.中心杆,9.永磁体,10.铁芯,11.环形弹性材料,12.动子,13.线圈绕组,14.绕组铁芯,15.滑动轴承,16.轴承端盖,17.外壳体,18.C形连接体。
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