CN201120853Y - 电动车用电磁阻尼制动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动车用电磁阻尼制动装置，属于电动车技术领域，该装置主要包括：设置在刹把中的刹杆、双磁片和线性霍尔元件，其中线性霍尔元件固定在刹把中，刹杆随刹把柄移动，第一个磁片固定在线性霍尔元件的一侧并与线性霍尔元件有一小间隙，第二个磁片固定在靠线性霍尔元件另一侧的刹杆端面上；该第一个磁片的N极和第二个磁片的S极相对放置；该线性霍尔元件的电源线、信号线和地线均连接在电动车的控制器上。本实用新型可根据人的感觉和骑行环境的具体情况，更加灵活和人性化地改变车速，具有更安全、更舒适、更节能的特点。

Description

电动车用电磁阻尼制动装置

技术领域

本实用新型属于电动车技术领域，特别涉及其制动系统技术的改良。

背景技术

电动车用电磁阻尼数码制动系统利用线性霍尔传感器在磁场中的不同位置可以连续输出0-5V电压数字信号的原理，将其与电动车机械刹车系统同步，在制动过程中，通过控制器接收到数字信号后同样以数字信号输出与传感器输出电压的数字信号相对应的占空比使电机发电而产生电磁阻尼，达到制动的目的。

在目前的电动车中，为了安全的需要，在执行制动动作时，为防止带电刹车时电机继续供电、整车继续前冲的危险，必须先断开电机供电。这个先断开电机供电再执行制动动作的系统称之为断电制动系统。

在电动自行车、电动助力车、电动摩托车等电动两轮车中，实现这个功能的部件叫断电刹把，安装在车把的左右两侧和普通自行车、摩托车刹把3相同的位置。骑行者的右手捏紧右侧刹把执行刹车动作时，在收紧前轮制动闸的过程中，首先立即断开电机供电，再逐步使机械刹车部件(一般为钳形闸或悬臂闸等)抱紧前轮车轮，使车轮停止转动，达到制动的目的。同样，骑行者的左手捏紧左侧刹把执行刹车动作时，在收紧后轮制动闸的过程中，也是首先立即断开电机供电，再逐步使机械刹车部件(一般为抱闸、随动涨闸、碟刹等)抱紧后轮车轮，使后轮车轮停止转动，达到制动的目的。这里，在机械刹车机构尚未达到制动、抱紧车轮之前，首先停止了电机供电，使刹车动作在无电驱动的情况下实行，增加了制动的安全性和可靠性。

在四轮车(小轿车、面包车、中巴、大巴车等)中，实现制动功能的是机械脚刹车系统。同样在电动四轮车中，为了安全的需要，在执行制动动作时，为防止带电刹车时电机继续供电、整车继续前冲的危险，也必须先停止电机供电，再执行制动动作。先切断电机供电再执行制动动作的系统也称之为断电制动系统。虽然目前尚无这种产品，但其原理也应该是脚刹车机械系统刚一动作，必须先切断电机供电电源再实施机械刹车系统。本实用新型暂且把它们称之为断电脚刹系统。

目前电动两轮车用的断电刹把分两种：机械刹把和电子刹把。

机械刹把的工作原理：机械刹把中有一个电极A和电极B，从控制器引出来的5V刹车信号线中的0线断开成导线A、B分别和电极A、B的接线端点相连。正常情况下，断电刹把处于松弛状态，刹杆1受到压力处于左方，压迫电极A、B处于断开状态，如图1(a)所示。刹车时，骑行者一捏刹把，就解除了对刹杆的压迫，刹杆1向右方移动，如图1(b)所示，电极A、B接通，这就意味着5V刹车信号线中的0线接通，控制器立刻检测到刹车信号，关断电机供电。继续捏闸，机械刹车系统工作，逐步抱紧车轮，车轮停止转动，进而整车滑行一段距离后停止运行。

电子刹把采用开关霍尔器件及安装在刹杆的一个磁片实现断电，其工作原理如图2所示。正常情况下，断电刹把处于松弛状态，此时，刹杆21受压处于图示左方，如图2(a)所示，开关霍尔器件22的三根引出线5V线、信号线和0线221与控制器相连。它们的电压分别是5V电源电压、霍尔信号电压(一般是0V或一个较低的电压)和0V地线电压。骑行者只要一捏刹把，刹把对刹杆的压迫被解除，刹杆向右移动，如图2b所示，磁片23从开关霍尔器件上方移过，此时信号线上就有5V左右的信号电压脉冲输出。控制器检测到这一脉冲信号电压，关断电机供电。继续捏闸，机械刹车系统开始工作，逐步抱紧车轮，车轮停止转动，进而整车滑行一段距离后停止运行。

由于电动两轮车的整车质量m比普通自行车重，行驶速度v比普通自行车快，在运行过程中的动能计算公式：E＝1/2mv²，电动自行车行驶时的动能比普通自行车大得多，仅仅使用刹车断电原理，其他和普通自行车、摩托车一样的的制动原理、制动机构和制动方式就显得不够了，因为没有充分利用电动车的电机发电功能来增加制动力度。

为了增加制动的可靠性和制动力度，在现有的电动车的设计中，利用电动机、控制器和电池形成导通的闭合回路，在电机旋转这一特定条件下可以发电、产生很大电磁阻力的原理，制造出可以发电，同时执行制动动作的电磁制动控制技术。如此设计的好处是制动距离可以大大缩短，制动灵敏度得到极大提高，但该设计同时也存在技术缺陷和安全隐患。首先，假如制动动作一旦执行，立即启动发电功能，如果控制器输出的占空比过大，例如100％，同时辅助以机械刹车功能，是能实现立即刹死的目的，车轮会很快停止转动，但是在拐弯时，如果出现此种情况将会发生侧翻，构成安全隐患。即使没有启动机械刹车，过于强烈的自发电产生的制动作用也是很猛烈的。而且骑行者也不舒适。为了解决这一技术缺陷，采用所谓“软ABS”技术，是把自发电的占空比设定小一些，例如50％。这样做，可以稍稍缓解发电制动的猛烈程度，但仍不理想。由于刹车强弱和缓和的尺度随控制器厂家的设定而被固定死，因此多数情况下并不符合骑行者的实际要求。例如，骑行者如果只想稍稍减慢一些车速而轻轻一捏刹把，由于发电功能启动，车速也会立即大幅度下降，对骑车人来说，就会感觉制动过于强烈而不舒适。同时，由于车速下降太快，重新启动也会耗费电池电能，此外还会引起控制器发热甚至烧毁。而在出现意外事件，需要立即刹死的情况下，由于软刹车的电磁阻尼力度不够而难以实现立即制动刹死的目的。其原因主要是目前使用的断电原理都是产生0、1信号状态，没有一个具有过渡性质的中间信号状态。

发明内容

本实用新型的目的就是为解决以上问题，设计出一种电动车用电磁阻尼数码制动装置，可根据人的感觉和骑行环境的具体情况，更加灵活和人性化地改变车速，具有更安全、更舒适、更可靠、更节能的特点。

本实用新型的装置主要包括：设置在刹车系统中的刹车件、磁片和线性霍尔元件，线性霍尔元件固定在刹车系统中，刹车件随刹车动作移动，其特征在于，包括两个磁片，第一个磁片固定在线性霍尔元件的一侧并与线性霍尔元件有一小间隙，第二个磁片固定在靠线性霍尔元件另一侧的刹车件上；该第一个磁片的N极和第二个磁片的S极相对放置，该线性霍尔元件处于两磁片之间，该线性霍尔元件的信号引出导线连接在控制器上。

第一个磁片与线性霍尔元件的小间隙可为0.5mm-1mm。

当刹车件没有受到制动压力时，第二个磁片和线性霍尔元件也可有一个0.5mm-1mm的间隙。

所述刹车件可为刹杆或刹板。

本实用新型的特点及良好效果：

1、刹车断电迅速。机械刹把和电子刹把都需要刹杆移动一个较大的行程才能实现信号电压的0-1变化，本装置可以从刹车动作开始，控制器检测电压发生变化到马上断电。

2、使用本装置进行电磁阻尼制动也是一个渐变过程。他的自发电过程的占空比可以设定为从0到100％，制动力逐步变化，可以轻轻点刹，也可一次刹死，更加人性化、科学化，因此更安全、更舒适、更节能。

3、不改变原来电动两轮车刹把的外形尺寸和结构，方便生产。

4、降低了原有机械制动的使用频率和使用强度，安全性、可靠性提高了。

5、为大功率、高速度的电动车辆的能量回收奠定了实用基础。

6、正常情况下，这种制动原理减少了制动冲击力，对轮毂电机，特别是带齿轮的中高速轮毂电机的齿轮、离合器和轴承都有保护作用。

附图说明

图1为已有机械刹把工作原理示意图，其中图1(a)为断电刹把处于松弛状态的情况，图1(b)为刹车时的情况；

图2为已有电子刹把工作原理示意图，其中图2(a)为断电刹把处于松弛状态的情况，图2(b)为刹车时的情况；

图3为本用新型的数码刹把装置工作原理示意图，其中图2(a)为断电刹把处于松弛状态的情况，图2(b)为刹车时的情况；

图4为采用本实用新型的电动两轮车手刹把实施例装配示意图；

图5为采用本实用新型的电动三轮车、四轮车的脚刹车系统实施例装配示意图；

具体实施方式

本实用新型设计的电动车用电磁阻尼制动装置结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型的装置主要包括：设置在刹车系统中的刹车件、双磁片和线性霍尔元件，线性霍尔元件固定在刹车系统中，刹车件随刹车动作移动，其中，第一个磁片固定在线性霍尔元件的一侧并与线性霍尔元件有一小间隙，第二个磁片固定在靠线性霍尔元件另一侧的刹车件上；该第一个磁片的N极和第二个磁片的S极相对放置，该线性霍尔元件处于两磁片之间，该线性霍尔元件的信号引出导线(5V电源线、信号线和地线)连接在电动车的控制器上。

本实用新型的工作原理如图3所示：磁片331与线性霍尔器件32相对固定并有一小间隙(如0.5mm-1mm)，磁片332固定在刹车件(图中为刹杆)31的端面；线性霍尔器件32的信号引出导线321与控制器相连；线性霍尔器件32位于两个磁片331、332形成的磁场中。当刹杆31没有受到制动压力时(即整个刹把处于松弛位置时)，磁片332和线性霍尔元件也有小的间隙(如约为0.5mm-1mm，通过调整固定线性霍尔元件的位置得到)。此时，线性霍尔器件的信号电压理论上是5V，实际上大约在4.2V左右，如图3(a)所示。骑行者轻轻捏闸，刹杆向右移动，磁片2也跟着向右移动；此时，霍尔元件的信号输出电压就逐步从4.2V逐步下降，移到行程的尽头，如图1(b)所示，线性霍尔器件的信号输出电压降为0，实际上大约降到1.2V左右。控制器接收到从4.2V-1.2V之间的数字信号，就会输出相应的占空比，令电机发电，产生电磁阻尼，实现刹车制动的目的。

采用本实用新型的电动两轮车手刹把实施例的结构如图3所示，本实施例装置安装在原电动两轮车手刹把座体401的空腔内，其中，磁片431与线性霍尔器件42均固定与座体相连的固定支架403上，两者之间有0.5mm-1mm的小间隙(间隙太小不便于安装，太大磁力会减弱)，磁片432固定在刹杆41的端面，磁片431的N极(或S极)和磁片432的S极(或N极)相对放置；刹杆41与刹把柄402连动，线性霍尔器件42位于两个磁片431、432形成的磁场中。刹把处于松弛位置时，线性霍尔器件42与刹杆41也有一个0.5mm-1mm的小间隙。线性霍尔器件32的信号引出线通过刹把的信号线插座404与电动两轮车的控制器相连。

骑行人在需要刹车时，只要一捏图3中的刹把柄402，令其从图中的刹把柄实线位置捏到虚线位置，这时刹把对刹杆的压力就会解除，而刹杆在另一个弹簧力的作用下向右移动，带动磁片一起远离线性霍尔元件，产生霍尔输出电压信号变化，控制器立即给出一个发电占空比，旋转的电机发电产生电磁阻尼，达到制动的目的。

本实施例可采用的线性霍尔器件的型号为ZH3503或其它型号的产品。

本实施例可采用的磁片为钕铁硼永磁磁钢片或其它永磁钢片。。

采用本实用新型装置的电动三轮车、四轮车的脚刹车系统实施例的结构如图5所示，其中，在电动三轮车、四轮车的脚刹踏板501的连杆502上安装刹板51，在刹板51的一侧面固定一磁片532，在刹板51相邻处的车体503安装一固定板504，在固定板上安装另一磁片531和线性霍尔器件52，并使线性霍尔器件52处于两磁片之间，线性霍尔器件52的信号引出导线与电动三轮车、四轮车的控制器相连。在脚刹踏板处于松弛位置时，线性霍尔器件52与两磁片均有0.5mm-1mm的小间隙。

开车人一踩脚刹踏板501，通过连杆502带动磁片一起远离线性霍尔元件，产生霍尔输出电压信号变化，控制器立即给出一个发电占空比，旋转的电机发电产生电磁阻尼，达到制动的目的。

本实施例可采用的线性霍尔器件的型号为OH3503或其它型号的产品。

本实施例可采用的磁片为钕铁硼永磁磁钢片或其它永磁钢片。

Claims (4)

1、一种电动车用电磁阻尼制动装置，主要包括：设置在刹车系统中的刹车件、磁片和线性霍尔元件，线性霍尔元件固定在刹车系统中，刹车件随刹车动作移动，其特征在于，包括两个磁片，第一个磁片固定在线性霍尔元件的一侧并与线性霍尔元件有一小间隙，第二个磁片固定在靠线性霍尔元件另一侧的刹车件上；该第一个磁片的N极和第二个磁片的S极相对放置，该线性霍尔元件处于两磁片之间，该线性霍尔元件的信号引出导线连接在电动车的控制器上。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一个磁片与线性霍尔元件的小间隙为0.5mm-1mm。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，当刹车件没有受到制动压力时，第二个磁片和线性霍尔元件有一个0.5mm-1mm的间隙。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刹车件为刹杆或刹板。

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