本發(fā)明屬于用于車輛且具體地用于火車的制動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，其對(duì)應(yīng)于使用傅科電流原理的電磁制動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大多數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)是基于機(jī)械摩擦來(lái)降低速度的。這類制動(dòng)器存在磨損問(wèn)題并且需要持續(xù)和定期維護(hù)。此外，這些系統(tǒng)的噪音水平降低了乘客的舒適。

因?yàn)檫@些及其他原因，已經(jīng)進(jìn)行了嘗試來(lái)應(yīng)用制動(dòng)的其他原理。具體地，已經(jīng)設(shè)計(jì)出起到基于摩擦制動(dòng)的支撐件作用的輔助制動(dòng)器。一種重要的選擇包括電制動(dòng)器，所述電制動(dòng)器根據(jù)轉(zhuǎn)子中的傅科電流(亦稱渦流)的感應(yīng)而被啟動(dòng)。這些被稱作減速器，并且其基本上是由配備有繞組的定子和剛性地聯(lián)接到輪軸(其轉(zhuǎn)動(dòng)通常是由萬(wàn)向軸變速器(cardantransmission)提供的)上的兩個(gè)轉(zhuǎn)子組成的。當(dāng)這些借助于感應(yīng)線圈上的電流被激勵(lì)時(shí)，其產(chǎn)生磁力線穿過(guò)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流進(jìn)而在抵制運(yùn)動(dòng)的、與轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向上產(chǎn)生力矩。結(jié)果，轉(zhuǎn)動(dòng)速度和具有其的車輛的速度被逐步降低。轉(zhuǎn)子和定子表面不必為了產(chǎn)生該效果而接觸。這些制動(dòng)器產(chǎn)生平滑、無(wú)聲的制動(dòng)，沒(méi)有磨損，并且速度越高其有效性增大。為此，減速器與傳統(tǒng)的摩擦式制動(dòng)器結(jié)合來(lái)促使車輛完全停止。

目前，減速器需要電能將饋電電流供給至定子繞組。已知的減速器系統(tǒng)的電力供應(yīng)是外部的，由電池提供的。對(duì)于這些電池的技術(shù)要求是相當(dāng)有需求的，因?yàn)樾枰罅侩娏?大約160a)。雖然可以使用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)滿足這些技術(shù)要求，但是這些電池通常是較大的和昂貴的。另一方面，如果電池是與車輛上的其他裝置共享的，則所儲(chǔ)備的能量可能是不充足的。用于確保對(duì)減速器的電力供應(yīng)的另一種選擇是為其配備其自身的電池。與應(yīng)用哪種選擇無(wú)關(guān)，電源通常不能被集成到減速器中，并且減速器不緊湊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是一種用于車輛的減速器系統(tǒng)，該減速器系統(tǒng)解決或者至少減輕了現(xiàn)有技術(shù)中所觀察到的問(wèn)題和限制。

本發(fā)明的另一目的是一種配備有所述減速器系統(tǒng)的車輛。

所述減速器系統(tǒng)是一種緊湊的積極自主式單元。其配備有其自己的集成式發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)與被剛性地附接到輪軸上的減速器共用輪軸，以使其獲得了輪軸和/或減速器的主轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)使發(fā)電機(jī)的輔助轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)并從而產(chǎn)生所需電流的優(yōu)點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)的情況下，所述發(fā)電機(jī)可被定尺寸成具有足夠的直徑以向減速器供給必要的能量，使得其與其他元件無(wú)關(guān)。機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化在無(wú)需附加傳輸元件(諸如，鏈條、滑輪等)的情況下進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的自主式減速器系統(tǒng)包括減速器，所述減速器具有中心轉(zhuǎn)子和位于所述轉(zhuǎn)子的每側(cè)上的兩個(gè)定子，所述轉(zhuǎn)子被剛性地聯(lián)接到輪軸。其還包括被聯(lián)接到所述減速器上的發(fā)電機(jī)以為減速器供應(yīng)電能。所述發(fā)電機(jī)包括自己的定子和被聯(lián)接到減速器上的轉(zhuǎn)子。

選擇性地，所述發(fā)電機(jī)的定子可被定位在減速器定子外側(cè)并借助于同一輪軸被剛性地聯(lián)接到減速器定子。

選擇性地，所述發(fā)電機(jī)可以是自勵(lì)式的、使用永久磁鐵或者具有外激勵(lì)的(其使用固定芯部上的柔性材料)。

選擇性地，所述永磁發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)給外部激勵(lì)發(fā)電機(jī)提供激勵(lì)。

選擇性地，所述永磁發(fā)電機(jī)和自勵(lì)發(fā)電機(jī)一起工作，以使得當(dāng)輪軸的轉(zhuǎn)速低于最初的閾值時(shí)所述永磁發(fā)電機(jī)給所述減速器供應(yīng)電能以及當(dāng)輪軸的轉(zhuǎn)速高于第二閾值時(shí)所述自勵(lì)發(fā)電機(jī)給所述減速器供應(yīng)電能。

選擇性地，所述中心轉(zhuǎn)子可以是自通風(fēng)的。

選擇性地，所述減速器的中心轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)側(cè)盤(pán)和連接所述盤(pán)的多條間隔開(kāi)的肋條。

選擇性地，所述系統(tǒng)包括制動(dòng)調(diào)節(jié)模塊來(lái)根據(jù)控制信號(hào)控制所述發(fā)電機(jī)的激勵(lì)電流。

選擇性地，所述調(diào)節(jié)器模塊包括整流器和穩(wěn)壓器。

選擇性地，所述系統(tǒng)包括溫度傳感器，以測(cè)量所述減速器的溫度并且當(dāng)該溫度超過(guò)閾值時(shí)將該溫度報(bào)告給調(diào)節(jié)器模塊以減小來(lái)自發(fā)電機(jī)的電流。

附圖說(shuō)明

圖1：被安裝在輪軸上的帶有其外殼的減速器系統(tǒng)的外視圖。

圖2：具有兩種發(fā)電機(jī)的減速器系統(tǒng)的內(nèi)視圖。

圖3：自勵(lì)發(fā)電機(jī)的詳圖。

圖4：具有自勵(lì)發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的可動(dòng)部件。

圖5：具有自勵(lì)發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的不可動(dòng)部件。

圖6：永磁發(fā)電機(jī)的詳圖。

圖7：具有永磁發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的可動(dòng)部件。

圖8：具有永磁發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的不可動(dòng)部件。

圖9：具有兩個(gè)組合的發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)的詳圖，一個(gè)輔助發(fā)電機(jī)激勵(lì)另一個(gè)主發(fā)電機(jī)。

圖10：圖9的不可動(dòng)部件。

圖11：圖9的可動(dòng)部件。

具體實(shí)施方式

附圖描繪了實(shí)施例的幾個(gè)實(shí)例但不限制本發(fā)明。

注意到，所選結(jié)構(gòu)不是具有兩個(gè)外部轉(zhuǎn)子和中間定子的慣常結(jié)構(gòu)。一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的軸向配置在本文所述實(shí)施例中被提出為替代布置。減速器的轉(zhuǎn)子被居中地定位，并且定子被定位在其兩側(cè)中的任一側(cè)上。該結(jié)構(gòu)減輕了轉(zhuǎn)子主要因暴露于風(fēng)雨中所引起的鎖定的問(wèn)題。在寒冷氣候中，可能在轉(zhuǎn)子上形成冰塊，如果在轉(zhuǎn)動(dòng)期間冰塊被拋出則冰塊可能損壞附近的元件。

選用中心轉(zhuǎn)子存在其他優(yōu)點(diǎn)。一者是，其提供了固定的空氣間隙。另一者是，其可與轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)地起作用。轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)τ诶鋮s是特別重要的。對(duì)于外部轉(zhuǎn)子，當(dāng)其沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣被迫進(jìn)入減速器來(lái)冷卻它。如果轉(zhuǎn)動(dòng)方向被反向則可能產(chǎn)生冷卻問(wèn)題。關(guān)于另一注意事項(xiàng)是，與兩個(gè)轉(zhuǎn)子的情況相比，當(dāng)僅存在單個(gè)轉(zhuǎn)子時(shí)軸向力被抵銷(neutralize)。這些力可能引起減速器轉(zhuǎn)子的翹曲(warping)。

圖1顯示了所述減速器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的外觀。盡管裝備了發(fā)電機(jī)20、30，所述減速器系統(tǒng)也是緊湊的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)被集成到組件中。這使得可以安放所有構(gòu)件，所述構(gòu)件由安裝于輪軸上的位于輪軸1的每一側(cè)的一系列殼體3從外部保護(hù)。該輪軸1可以是直接連接至輪子的輪軸或者可以是萬(wàn)向軸(cardanshaft)。通常，組件借助于軸襯2被安裝在輪軸1上。

圖2顯示了上述減速器系統(tǒng)的完整內(nèi)部。為了方便起見(jiàn)，所述系統(tǒng)的實(shí)施例包括位于兩側(cè)的兩個(gè)不同的發(fā)電機(jī)。然而，這兩個(gè)發(fā)電機(jī)可以是相同的。取決于應(yīng)用，甚至單個(gè)發(fā)電機(jī)可足以給減速器統(tǒng)提供電力。進(jìn)而，取決于需要，該單個(gè)發(fā)電機(jī)可以是永磁發(fā)電機(jī)30或者自勵(lì)發(fā)電機(jī)20。例如，為了減輕重量，永磁發(fā)電機(jī)將是優(yōu)選的。另一方面，如果需要很高的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則自勵(lì)發(fā)電機(jī)將是優(yōu)選的。

以下補(bǔ)充圖2的附圖分別且更詳細(xì)地顯示了兩種發(fā)電機(jī)。圖3、4和5中示出了自勵(lì)發(fā)電機(jī)20。圖6、7和8中示出了永磁發(fā)電機(jī)30。

如圖中所示，減速器10被居中地定位，并且發(fā)電機(jī)20、30被聯(lián)接到減速器10的外側(cè)上。轉(zhuǎn)動(dòng)元件，即減速器轉(zhuǎn)子11和發(fā)電機(jī)20(或者30)的轉(zhuǎn)子21(或者31)被固定到軸襯2上，形成了整體式組件。減速器10和發(fā)電機(jī)20、30的其余不轉(zhuǎn)動(dòng)元件利用軸承4安裝。

優(yōu)選地，減速器10的轉(zhuǎn)子11可以是鑄鋼組件。所述轉(zhuǎn)子11可被制造成由一系列肋條14連接的兩個(gè)盤(pán)13，其是大體圓筒形的。轉(zhuǎn)子中需要高的導(dǎo)電性以確保對(duì)于相同的電動(dòng)勢(shì)所吸收的功率更大，從而增大所感應(yīng)的電流。此外，高導(dǎo)熱性便于所產(chǎn)生的熱的耗散。促進(jìn)熱耗散的另一個(gè)重要因素是設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。為此，肋條14的幾何形狀優(yōu)選使得其能夠利用空氣在轉(zhuǎn)子11內(nèi)部通風(fēng)，與轉(zhuǎn)子11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，因此便于熱耗散。

當(dāng)該組件被安裝在火車車軸上時(shí)，其被剛性地附接至火車車軸，通常如傳統(tǒng)的制動(dòng)器那樣作為加力接頭(受壓)。在其他應(yīng)用中，減速器10可包括其自己的軸。

減速器10和發(fā)電機(jī)20、30的定子優(yōu)選是由鐵基合金制成的。電磁鐵15被固定在減速器10的定子12內(nèi)部，而具有其芯部和繞組28的發(fā)電機(jī)20、30的定子22被附接至外側(cè)。用于兩種發(fā)電機(jī)(自勵(lì)發(fā)電機(jī)20和永磁體發(fā)電機(jī)30)的定子22是類似的。

具有適合于承受減速器的重量以及產(chǎn)生振動(dòng)的軸向力和徑向力的軸承的外環(huán)可被用于將其安裝在輪軸1上。為了調(diào)節(jié)定子12的軸承4的軸向間隙，其已經(jīng)被設(shè)計(jì)有一系列支桿(brace)5和設(shè)置空隙距離的螺母。

此外，一系列支撐件將定子12固定到車架或者車底盤(pán)上以防止其隨車軸1轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述發(fā)電機(jī)20是通過(guò)固定極芯26的繞組27自勵(lì)的，所述固定極芯被固定至減速器10的定子12(或者多個(gè)定子,如果需要兩個(gè)發(fā)電機(jī)在兩側(cè)上)的外側(cè)。該磁極芯26上的剩磁(remanence)必須是足夠大的以使得預(yù)勵(lì)磁是不必要的(其由硬磁材料制成的)。

發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子21優(yōu)選被牢固地安裝到軸襯2上并且具有帶實(shí)心芯部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。所述固定極芯26被包含在內(nèi)部并且是無(wú)摩擦的，也就是說(shuō)，保持初步的空隙。

發(fā)電機(jī)20的定子22被適當(dāng)?shù)毓潭ㄖ翜p速器10的定子12(或者多個(gè)定子)的外側(cè)，在與固定極芯26相同的側(cè)上。該定子22是由相互絕緣的片材制成的，配備有一系列縫隙，它們被緊密地壓縮以形成緊湊的芯部。所述定子繞組28被安裝在上述縫隙中。

場(chǎng)磁化轉(zhuǎn)子11的盤(pán)13，當(dāng)所述盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使n-s交替，在發(fā)電機(jī)20的定子22繞組28上感應(yīng)出交流電。

圖6到圖8中所示的另一種發(fā)電機(jī)是永磁發(fā)電機(jī)30。電能的來(lái)源是借助于具有被固定到軸襯2上的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子31獲得的，發(fā)電機(jī)30的定子22被固定至減速器10的定子12的外側(cè)。

兩種發(fā)電機(jī)20、30被適當(dāng)?shù)囟ǔ叽绯上驕p速器10供應(yīng)必要的電力，該減速器對(duì)超過(guò)某一速度閾值的制動(dòng)負(fù)責(zé)。在較低速度，可應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)器直到車輛達(dá)到了完全停止。這兩個(gè)發(fā)電機(jī)20、30可在減速器10上分別地或者共同地致動(dòng)、獨(dú)立地起作用。

發(fā)電機(jī)20、30的轉(zhuǎn)子或者電感器21、31產(chǎn)生用于使發(fā)電機(jī)的定子22的繞組產(chǎn)生相應(yīng)交流電所必需的磁場(chǎng)。

減速器10在沒(méi)有磨損或者摩擦的情況下起作用，并且軸承4是經(jīng)受磨損的僅有的部件。合金優(yōu)選被用于其制造，結(jié)合磁性的和無(wú)磁性的那些，以便更好地使用流并防止其分散。優(yōu)選應(yīng)避免焊接，根據(jù)其所經(jīng)受的熱疲勞應(yīng)力來(lái)精密地且可靠地螺接元件和子組件。

制動(dòng)調(diào)節(jié)器模塊40將負(fù)責(zé)控制制動(dòng)力。所述制動(dòng)調(diào)節(jié)器模塊40是電子控制裝置，其基于根據(jù)所需操作條件所編程的參數(shù)轉(zhuǎn)換并控制來(lái)自電源的電流用以直接用在減速器10的繞組上。

該調(diào)節(jié)器模塊40線性地更改減速器10的電力供應(yīng)，以或多或少地允許供電電壓按線性方式進(jìn)入減速器10，這在制動(dòng)方面提供了精確控制。所述制動(dòng)調(diào)節(jié)器40通常包括整流器和穩(wěn)壓器。發(fā)電機(jī)20、30產(chǎn)生交流電，將由輪軸1所產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能以給減速器10供電。因?yàn)槠涫墙涣麟姡詾榱耸箿p速器10正確地起作用和控制，其必須被整流。整流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。其還包括穩(wěn)壓器以保持電壓近似恒定，在rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))增大或減小時(shí)沒(méi)有變動(dòng)。

制動(dòng)調(diào)節(jié)器模塊40的一部分鄰近減速器10定位，但是控制器優(yōu)選位于另一個(gè)地方。例如，在鐵路車輛中，其通常被定位在火車駕駛室的內(nèi)部以由操作人員操縱并控制或者監(jiān)控所有車廂的制動(dòng)力。

調(diào)節(jié)器模塊40接收的控制輸入是來(lái)自中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所需的制動(dòng)信號(hào)，其可以是手動(dòng)的或者自動(dòng)的。其還接收實(shí)際的轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)和數(shù)字輸入輸出信號(hào)，以從車輛的中心系統(tǒng)接收信息或者安全條件，以及還將這些信號(hào)發(fā)送給車輛的中心系統(tǒng)。

所述調(diào)節(jié)器模塊40對(duì)于不同的操作極限曲線(例如，直接信號(hào)或反信號(hào)(inversesignal)，或者線性的或二次響應(yīng))優(yōu)選是可編程的。完全自主的電力供應(yīng)是通過(guò)利用集成式發(fā)電機(jī)20、30產(chǎn)生的電流獲得的。所述調(diào)節(jié)器模塊40按閉合的伺服控制環(huán)的形式控制并發(fā)送來(lái)自發(fā)電機(jī)的激勵(lì)電流，以基于控制信號(hào)和在先前編程的曲線的限制內(nèi)來(lái)獲得制動(dòng)電流。

另外，為了更安全，安裝在制動(dòng)器上的溫度傳感器可在所述的任一實(shí)施例中被用于限制所發(fā)出的最大功率水平。

最后，描述了使用具有更高輸出的發(fā)電機(jī)的另一具體實(shí)施例。如果自勵(lì)發(fā)電機(jī)中的硬質(zhì)材料被以柔性材料(芯部56)替換，則發(fā)電機(jī)可能不再是自勵(lì)的，而是改為產(chǎn)生更大的輸出。這類發(fā)電機(jī)在下文中可被稱作“外部激勵(lì)發(fā)電機(jī)50”。圖9到圖11顯示了一種配備有作為主發(fā)電機(jī)的該發(fā)電機(jī)50連同作為輔助發(fā)電機(jī)的永磁發(fā)電機(jī)30的減速器系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述芯部56(低剩磁的)與定子12的含鐵部分具有相同的成分。

所述自勵(lì)是由于硬質(zhì)材料一旦被磁化則具有永久磁鐵的性質(zhì)的事實(shí)。因此，柔性材料是容易被消磁的并且其損失是較低的，所以其在具有高輸出的應(yīng)用中可能是優(yōu)選的(其比硬質(zhì)材料具有更低的滯后損失，所以其不會(huì)同樣多地變熱而且輸出更高)。

在該情況下，在發(fā)電機(jī)50中產(chǎn)生所需磁場(chǎng)的激勵(lì)必須從外部提供以便啟動(dòng)。具體地，這可以通過(guò)小的輔助永磁發(fā)電機(jī)30有利地做到。這允許起主發(fā)電機(jī)作用的發(fā)電機(jī)50被盡可能地優(yōu)化。換句話說(shuō)，一旦轉(zhuǎn)子51達(dá)到了足夠的速度，其不再被發(fā)電機(jī)30激勵(lì)，該發(fā)電機(jī)將不起作用。

該混合型或者混合式結(jié)構(gòu)在其中減速器10具有低轉(zhuǎn)數(shù)的情況中還是特別期望的。然后，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩并且因此對(duì)減速器的電力供應(yīng)必須是最高的。為此，柔性材料必須被用在固定極芯以及磁極質(zhì)量塊(polemasses)中。柔性材料的使用導(dǎo)致了磁飽和的高水平，并且當(dāng)不存在激勵(lì)時(shí)還消除了無(wú)源電阻、將惰性減小到不重要的水平。

混合結(jié)構(gòu)中的外激勵(lì)的控制是由可被集成到調(diào)節(jié)器模塊40中的電子系統(tǒng)提供的，所述電子系統(tǒng)控制由輔助發(fā)電機(jī)(永磁發(fā)電機(jī)30)供應(yīng)給減速器發(fā)電機(jī)的感應(yīng)繞組的能量。其被固定到輪軸上并轉(zhuǎn)動(dòng)，所以所述電子系統(tǒng)負(fù)責(zé)確保當(dāng)輪軸以較低的轉(zhuǎn)/分(rpm)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輔助發(fā)電機(jī)以最高功率發(fā)送激勵(lì)供應(yīng)。并且在相反的情況中，當(dāng)輪軸以高的轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將限制減速器發(fā)電機(jī)的感應(yīng)繞組的激勵(lì)電力供應(yīng)，因?yàn)楫?dāng)其以高的轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其需要更少的激勵(lì)電壓。

附圖標(biāo)記的詞匯

1輪軸

2軸襯

3外殼

4軸承

5支桿

10減速器

11減速器10的中心轉(zhuǎn)子

12減速器10的定子

13盤(pán)

14肋條

15電磁鐵

20自勵(lì)發(fā)電機(jī)

21自勵(lì)發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子

22發(fā)電機(jī)的定子(或者自勵(lì)的20、具有永久磁鐵30，或者外激勵(lì)的50)

26固定的硬芯(具有高剩磁)

27芯部繞組

28(發(fā)電機(jī)20、30、50的定子的)繞組

30永磁發(fā)電機(jī)

31永磁發(fā)電機(jī)30的轉(zhuǎn)子

40調(diào)節(jié)器模塊

50外部激勵(lì)發(fā)電機(jī)

51外部激勵(lì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子

56固定的柔性芯(或者低剩磁)