[发明专利]一种基于双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器的两自由度电磁馈能悬架

说明书

本发明公开了一种基于双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器的两自由度电磁馈能悬架，属于电磁馈能式主动悬架领域。该悬架包括双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器、减振弹簧、悬架外壳、上端盖、下端盖、车身联结扣和车轮联结扣，电机作动器设置在悬架外壳内，减振弹簧通过旋转轴承设置在所述上、下端盖之间；电机作动器由n个定子模块沿轴向按照正反面交替方式依次排列构成定子，动子由嵌有瓦片状永磁体的圆环铁芯和圆环永磁体沿轴向组合构成。本发明有效解决了悬架系统严重的能量消耗问题，提高了车辆驱动系统效率。

技术领域

本发明属于车辆悬架结构领域，尤其涉及一种基于双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器的两自由度电磁馈能悬架。

背景技术

自20世纪90年代以来，为了有效降低悬架减振系统的能耗，电磁馈能主动悬架受到国际知名汽车企业和相关领域学者的广泛关注和高度重视。电磁馈能主动悬架，是指通过电磁能量转换装置将车辆行驶过程产生的垂向振动和纵横向摆动动能进行回收存储，在实现车身直线旋转两自由度方向稳定控制与减振的同时，从而有效降低整车能耗的一类新型主动悬架。与被动悬架和半主动悬架将振动能量以热能的形式耗散掉不同，电磁馈能主动悬架在通过动力源提供能量削减车身振动的主动悬架基础上，引入电机作动器，能有效回收垂向振动和纵横向摆动能量，已成为改善汽车动态性能，降低车辆整车能耗。目前，电磁馈能悬架主要旋转电机式和直线电机式。旋转电机式是通过铰链、滚珠丝杆、齿轮齿条等机械结构与旋转电机转轴相连，将垂向力与纵横向摆动力矩产生的振动能量通过旋转电机作动器转化为电能储存。大众奥迪A8L为采用摆臂+旋转电机气动主动悬架结构，实现垂向车身稳定控制和车身振动能量回收。文献1(黄昆，张勇超，喻凡，等.电动式主动馈能悬架综合性能的协调性优化[J].上海交通大学学报，2009，43(2)：226-230)针对现在普遍采用的液力式主动悬架系统的响应慢、能耗大、结构复杂等缺陷,采用滚珠丝杠结合永磁直流无刷电机结构的馈能式电动悬架,其最大特点是能够在保证悬架减振特性的基础上,将不平路面激励引起的悬架系统振动能转化为电能并回收利用。直线电机式是采用直线电机作为作动器或阻尼器。文献2(邓兆祥，来飞.车辆主动悬架用电磁直线作动器的研究[J].机械工程学报，2011，47(14)：121-128)采用圆筒型电磁直线电机作为作动器来实现主动悬架力发生器，解决了由于液压或气压结构在本质上存在着泄露、密封、响应慢及结构复杂等诸多问题，很难将车辆的极限性能发挥出来的主动悬架问题。然而，旋转电机式电磁馈能悬架，结构简单，但需要传动机构等辅助装置，体积较大，可靠性相对较低，高强度的工作条件，要求传动机构具有较高结构强度，车身稳定控制相对复杂，响应速度慢，效率较低。该悬架对垂直力控制调整效果明显，而对于侧向和前后旋转力矩需要通过四悬架协调控制实现，控制复杂，可靠性低，在SUV、公交车等车身大和重量重的车型应用受限。

近年来，汽车电动化、智能化的发展趋势对底盘系统提出了新的要求和挑战。电动汽车底盘控制系统正从传统的纵横二维平面控制转向整合车轮、转向甚至悬架功能的纵向、横向、垂向三维空间全方位立体综合控制。这些均对悬架系统提出了更高的要求，使传统悬架系统受到挑战。因此，研发更小巧、更稳定、控制能力更强且能够缓解操纵稳定性与平顺性控制之间矛盾的新型主动悬架，突破传统被动悬架的局限，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而能满足汽车平顺性和操纵稳定性的要求。此外，为实现电动化、智能化底盘以及高效节能悬架系统，需要对汽车底盘系统三维两自由度(垂向、纵向和横向)的有效动力学控制，提高垂向振动和纵横向摆动动能的回收效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器的两自由度电磁馈能悬架，具有车辆直线旋转两自由度动态主动控制和垂向振动与纵横摆动动能能量回收，能有效解决悬架系统严重的能量消耗问题，降低整车能耗，提高车辆驱动系统效率。

针对电磁馈能悬架直线旋转两自由度运动的需求，将具有直线、旋转和螺旋运动的直线旋转永磁电机引入电磁馈能悬架，实现电磁馈能悬架的驱动与馈能需求。