基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架

1.本发明涉及复合式直线电机技术领域，具体地，涉及一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架。


背景技术：

2.随着汽车行业的进步与发展，汽车不但在速度、能耗、外形等性能上取得了显著的进步与提高。人们对汽车运行的平稳度，汽车的舒适性上也有了更高的要求。传统的被动悬架虽然成本低，但是其响应速度慢，在路面状态崎岖时减振效果很差，无法达到提升使用者舒适度的要求。
3.直线电机作为一种电控主动悬架，拥有更好的减振性能，电磁直线式主动悬架有结构紧凑、响应快等优点，由于其为电控，故减振效果显著优于传统的被动悬架。但是其作动器电磁力密度较低，因此需要消耗大量的能量来抑制不平路面造成的冲击，使用成本较高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，结合了主动悬架响应快、减振效果好和被动悬架能耗低的优点。
5.为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，包括连接的旋转装置和减振装置。
6.进一步地，所述旋转装置由导轨柱、滚架、滚子、外壳、石蜡、电热丝和端盖组成，所述外壳的内部与滚架通过滚子滑动连接，所述滚架的内壁与导轨柱通过滚子套接；所述导轨柱的内部空腔呈凸台形，所述导轨柱的内部空腔填充石蜡，所述滚架插入导轨柱空腔内的部分连有电热丝；所述端盖设置于外壳的开口处，所述端盖与外壳固定连接。
7.进一步地，所述滚子由半径依次减小的第一圆柱、第二圆柱、第三圆柱组成，所述第一圆柱的一个端部与第二圆柱的一个端部连接，所述第三圆柱的一个端部与第二圆柱的另一个端部连接。
8.进一步地，所述外壳的内部上对称设有两道直线导轨，所述滚子中第一圆柱的另一个端部与直线导轨滑动连接；所述滚架的侧壁上对称设有两个小孔，所述滚子中第二圆柱贯穿小孔；所述导轨柱的外壁上对称设有两道螺距为100mm的螺旋线导轨，所述滚子中第三圆柱的另一端与螺旋线导轨滑动连接；靠近减振装置一侧的螺旋线导轨的端部设有限位块。
9.进一步地，所述滚架包括：底盘、六角螺栓、中空圆柱筒、支撑柱和导线，所述底盘与中空圆柱筒通过六角螺栓固定连接，所述支撑柱设置于底盘的中心处，所述支撑柱内设有导线。
10.进一步地，所述支撑柱插入导轨柱凸台形空腔中，所述支撑柱上设有电热丝，所述电热丝与导线的一端连接。
11.进一步地，所述中空圆柱筒的侧壁上对称设有两个小孔，所述滚子中第二圆柱贯穿小孔。
12.进一步地，所述减振装置包括：定子、动子、外磁轭、弹簧、连杆和线圈，所述外磁轭设置于车架上，所述定子贯穿外磁轭；所述动子位于定子的内部，所述动子上包裹线圈，所述动子的一端与连杆固定连接，所述动子的另一端与定子之间通过弹簧固定连接；所述外磁轭上均布圆孔。
13.进一步地，所述定子包括：前端盖、永磁体、内磁轭和后端盖，所述前端盖、内磁轭和后端盖依次固定连接，所述永磁体由多个环状呈halbech阵列排布的永磁体单元组成，所述永磁体设置于内磁轭中，且永磁体与内磁轭固定连接；所述内磁轭上均布与外磁轭对应的圆孔；所述永磁体内部设有动子。
14.进一步地，所述前端盖与导轨柱固定连接。
15.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架与传统主动悬架的不同之处在于，传统的主动悬架由于需要时刻保持高密度的磁场，来为减振输出足够的阻抗力，这样虽然可以获得良好的减振特性，但其由于动子运动产生的感应电流会很大，导致电机的铜损与铁损增大，影响电机的使用寿命。而发明为了改进这一缺陷，在不影响其抗振性能的前提下增加电机的使用寿命，通过在减振装置上设置旋转装置，改变内外磁轭的孔重合程度，改变磁感应线大小，来减小铁损和铜损，从而可以在特定工况下降低电机的磁密度。
附图说明
16.图1为本发明基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架的三维透视图；
17.图2为本发明基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架的总体布置剖视图；
18.图3为本发明中旋转装置的结构示意图；
19.图4为本发明中减振装置的结构示意图；
20.其中，1-旋转装置、1.1-导轨柱、1.2-滚架、1.2.1-底盘、1.2.2-六角螺栓、1.2.3-中空圆柱筒、1.2.4-支撑柱、1.3-滚子、1.4-外壳、1.5-石蜡、1.6-电热丝、1.7-限位块、1.8-端盖、2-减振装置、2.1-定子、2.1.1-前端盖、2.1.2-永磁体、2.1.3-内磁轭、2.1.4-后端盖、2.2-动子、2.3-外磁轭、2.4-弹簧、2.5-连杆、2.6-线圈。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明中的技术方案作进一步地解释说明。
22.如图1-2，本发明提供了一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，包括连接的旋转装置1和减振装置2.通过旋转装置1内部滚架的线性运动带动导轨柱转动，使得与导轨柱连接的减振装置2中的内磁扼也进行旋转运动，改变内外磁轭的孔重合程度，改变磁感应线大小，实现磁场强度的柔性调节，减小铁损和铜损；同时，减振装置2负责输出阻抗力来保证结构的减振性能。
23.如图3，本发明中旋转装置1由导轨柱1.1、滚架1.2、滚子1.3、外壳1.4、石蜡1.5、电热丝1.6和端盖1.8组成，外壳1.4的内部与滚架1.2通过滚子1.3滑动连接，滚架1.2的内壁
与导轨柱1.1通过滚子1.3套接，具体地，滚子1.3由半径依次减小的第一圆柱、第二圆柱、第三圆柱组成，第一圆柱的一个端部与第二圆柱的一个端部连接，第三圆柱的一个端部与第二圆柱的另一个端部连接；外壳1.4的内部上对称设有两道直线导轨，滚子1.3中第一圆柱的另一个端部与直线导轨滑动连接；滚架1.2的侧壁上对称设有两个小孔，滚子1.3中第二圆柱贯穿小孔；导轨柱1.1的外壁上对称设有两道螺距为100mm的螺旋线导轨，滚子1.3中第三圆柱的另一端与螺旋线导轨滑动连接，在这些导轨的限制下，滚架1.2只会做直线运动，导轨柱1.1只会做旋转运动，避免通过布置电机来完成旋转动作，节省空间与成本。同时靠近减振装置2一侧的螺旋线导轨的端部设有限位块1.7，保证约束导轨柱1.1在此位置只做旋转运动。导轨柱1.1的内部空腔呈凸台形，凸台形结构可以保证内部压强变化后输出力的方向始终朝向推动滚架1.2运动的方向，提高石蜡1.5膨胀产生的行程变化，从而放大导轨柱1.1旋转的角度。导轨柱1.1的内部空腔填充石蜡1.5，滚架1.2插入导轨柱1.1空腔内的部分连有电热丝1.6，通过电热丝1.6的加热，使石蜡1.5融化，利用融化石蜡1.5膨胀的体积来推动滚架1.2做直线运动，从而带动导轨柱1.1的转动，使得石蜡1.5膨胀来为旋转装置1提供动力。端盖1.8设置于外壳1.4的开口处，端盖1.8与外壳1.4固定连接。
24.在本发明的一个技术方案中滚架1.2包括：底盘1.2.1、六角螺栓1.2.2、中空圆柱筒1.2.3、支撑柱1.2.4和导线1.2.5，底盘1.2.1与中空圆柱筒1.2.3通过六角螺栓1.2.2固定连接，支撑柱1.2.4设置于底盘1.2.1的中心处，支撑柱1.2.4内设有导线1.2.5，支撑柱1.2.4插入导轨柱1.1凸台形空腔中，支撑柱1.2.4上设有电热丝1.6，电热丝1.6与导线1.2.5的一端连接；中空圆柱筒1.2.3的侧壁上对称设有两个小孔，滚子1.3中第二圆柱贯穿小孔。本发明中滚架1.2采用金属件，可以保证散热速度，减小冷却复位时的响应时间。
25.如图4，本发明中减振装置包括：定子2.1、动子2.2、外磁轭2.3、弹簧2.4、连杆2.5和线圈2.6，外磁轭2.3设置于车架上，定子2.1贯穿外磁轭2.3；动子2.2位于定子2.1的内部，动子2.2上包裹线圈2.6，在通电后提供抗振的电场力，动子2.2的一端与连杆2.5固定连接，接受地面产生的振动，动子2.2的另一端与定子2.1之间通过弹簧2.4固定连接，弹簧2.4在振动剧烈时可以大量吸收振动；外磁轭2.3上均布圆孔。
26.定子2.1包括：前端盖2.1.1、永磁体2.1.2、内磁轭2.1.3和后端盖2.1.4，前端盖2.1.1与导轨柱1.1固定连接，前端盖2.1.1、内磁轭2.1.3和后端盖2.1.4依次固定连接，永磁体2.1.2由多个环状呈halbech阵列排布的永磁体单元组成，halbech阵列排布方式为多方向充磁布置，在线圈交错轴向充磁布置的永磁体间插入几块径向充磁的永磁体来对磁感线的排布进行优化，可以加强关键部位的磁感线密度，使其工作部分输出的磁感线密度大，可以使线圈2.6输出更大的力。不同永磁体单元通过环氧树脂密封压紧在一起，保证其在使用过程中不会因为自身的磁力与外部的振动而散开。永磁体2.1.2设置于内磁轭2.1.3中，且永磁体2.1.2与内磁轭2.1.3固定连接；内磁轭2.1.2上均布与外磁轭2.5对应的圆孔；永磁体2.4内部设有动子2.2，动子2.2通电在周围永磁体2.1.2产生的磁场下产生阻碍振动的阻抗力。通过旋转装置1转动一定角度后，内磁扼2.1.3上的孔与外磁扼2.5上的圆孔重合，使得halbech阵列的磁感线排布方式因此改变，使永磁体2.1.2的施加给线圈2.6的磁通量发生变化，来为不同的路面情况为作动器提供不同的阻抗力，阻抗力由弹簧2.4输出的弹力与动子2.2输出的电磁力组成。
27.当路面情况差时，弹簧2.4受压大，输出的弹力大，此时可削弱磁力来减小电机的
损耗，具体地，通过连杆2.5感受到剧烈振动，线圈2.6运动产生一部分阻抗力，其余大部分振动都可被弹簧2.4吸收。此时线圈2.6运动剧烈，产生的涡流效应强，可以适当的减小周围的磁通量密度，来减少铜损与铁损。故此种工况下，通过电线为滚架1.2上的电热丝1.6通电，电热丝1.6产生热量，使导轨柱1.1内部的石蜡1.5受热膨胀，推动滚架1.2运动，滚架1.2运动到对应位置后，内外磁扼上的孔重合，永磁体2.1.2磁感线的分布发生变化，使此阵列输出的给动子线圈磁通密度减少，且由于弹簧2.4受压产生更高的弹力会弥补此部分因磁通量减少产生的阻抗力，故可以由此减少电机的损耗。
28.当路面情况较好时，弹簧2.4受压小，输出的弹力小，故此时要增强磁力来增大线圈2.6输出的电磁力；具体地，通过连杆2.5感受到微弱振动，弹簧2.4受压小，输出的阻抗力不足，线圈2.6运动平缓，涡流效应不大，铜损与铁损较小，产生的电场力小，此时应增加其磁感线密度来保证抗振性能。故此中工况下，使线圈2.6输出更大的、响应时间更短的阻抗力保证抗振性能。此时内外磁扼互相遮挡其上的孔，阵列输出的磁通密度很大，可保证在运动很小时依旧保持强大的阻抗力。
29.本发明基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架在不影响其抗振性能的前提下增加电机的使用寿命，通过在减振装置2上设置旋转装置1，改变内外磁轭的孔重合程度，改变磁感应线大小，来减小铁损和铜损，从而可以在特定工况下降低电机的磁密度。
30.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，包括连接的旋转装置(1)和减振装置(2)。2.根据权利要求1所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述旋转装置(1)由导轨柱(1.1)、滚架(1.2)、滚子(1.3)、外壳(1.4)、石蜡(1.5)、电热丝(1.6)和端盖(1.8)组成，所述外壳(1.4)的内部与滚架(1.2)通过滚子(1.3)滑动连接，所述滚架(1.2)的内壁与导轨柱(1.1)通过滚子(1.3)套接；所述导轨柱(1.1)的内部空腔呈凸台形，所述导轨柱(1.1)的内部空腔填充石蜡(1.5)，所述滚架(1.2)插入导轨柱(1.1)空腔内的部分连有电热丝(1.6)；所述端盖(1.8)设置于外壳(1.4)的开口处，所述端盖(1.8)与外壳(1.4)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述滚子(1.3)由半径依次减小的第一圆柱、第二圆柱、第三圆柱组成，所述第一圆柱的一个端部与第二圆柱的一个端部连接，所述第三圆柱的一个端部与第二圆柱的另一个端部连接。4.根据权利要求3所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述外壳(1.4)的内部上对称设有两道直线导轨，所述滚子(1.3)中第一圆柱的另一个端部与直线导轨滑动连接；所述滚架(1.2)的侧壁上对称设有两个小孔，所述滚子(1.3)中第二圆柱贯穿小孔；所述导轨柱(1.1)的外壁上对称设有两道螺距为100mm的螺旋线导轨，所述滚子(1.3)中第三圆柱的另一端与螺旋线导轨滑动连接；靠近减振装置(2)一侧的螺旋线导轨的端部设有限位块(1.7)。5.根据权利要求2所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述滚架(1.2)包括：底盘(1.2.1)、六角螺栓(1.2.2)、中空圆柱筒(1.2.3)、支撑柱(1.2.4)和导线(1.2.5)，所述底盘(1.2.1)与中空圆柱筒(1.2.3)通过六角螺栓(1.2.2)固定连接，所述支撑柱(1.2.4)设置于底盘(1.2.1)的中心处，所述支撑柱(1.2.4)内设有导线(1.2.5)。6.根据权利要求5所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述支撑柱(1.2.4)插入导轨柱(1.1)凸台形空腔中，所述支撑柱(1.2.4)上设有电热丝(1.6)，所述电热丝(1.6)与导线(1.2.5)的一端连接。7.根据权利要求5所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述中空圆柱筒(1.2.3)的侧壁上对称设有两个小孔，所述滚子(1.3)中第二圆柱贯穿小孔。8.根据权利要求1所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述减振装置包括：定子(2.1)、动子(2.2)、外磁轭(2.3)、弹簧(2.4)、连杆(2.5)和线圈(2.6)，所述外磁轭(2.3)设置于车架上，所述定子(2.1)贯穿外磁轭(2.3)；所述动子(2.2)位于定子(2.1)的内部，所述动子(2.2)上包裹线圈(2.6)，所述动子(2.2)的一端与连杆(2.5)固定连接，所述动子(2.2)的另一端与定子(2.1)之间通过弹簧(2.4)固定连接；所述外磁轭(2.3)上均布圆孔。9.根据权利要求8所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述定子(2.1)包括：前端盖(2.1.1)、永磁体(2.1.2)、内磁轭(2.1.3)和后端盖(2.1.4)，所述前端盖(2.1.1)、内磁轭(2.1.3)和后端盖(2.1.4)依次固定连接，所述永磁体
(2.1.2)由多个环状呈halbech阵列排布的永磁体单元组成，所述永磁体(2.1.2)设置于内磁轭(2.1.3)中，且永磁体(2.1.2)与内磁轭(2.1.3)固定连接；所述内磁轭(2.1.2)上均布与外磁轭(2.5)对应的圆孔；所述永磁体(2.4)内部设有动子(2.2)。10.根据权利要求9所述的一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，其特征在于，所述前端盖(2.1.1)与导轨柱(1.1)固定连接。

技术总结
本发明公开了一种基于halbech阵列的动圈式复合式直线电机主动悬架，包括连接的旋转装置和减振装置，旋转装置的外壳的内部与滚架通过滚子滑动连接，滚架的内壁与导轨柱通过滚子套接；导轨柱的内部空腔呈凸台形，导轨柱的内部空腔填充石蜡，滚架插入导轨柱空腔内的部分连有电热丝；端盖设置于外壳的开口处，端盖与外壳固定连接；减振装置的外磁轭设置于车架上，定子贯穿外磁轭；动子位于定子的内部，动子上包裹线圈，动子的一端与连杆固定连接，动子的另一端与定子之间通过弹簧固定连接；外磁轭上均布圆孔。本发明结合了主动悬架响应快、减振效果好和被动悬架能耗低的优点。振效果好和被动悬架能耗低的优点。振效果好和被动悬架能耗低的优点。


技术研发人员：许江涛 孙浩凯 张川 韩向博
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31