[发明专利]一种非接触式轮毂轴承单元及其磁力控制方法

权利要求书

1.一种非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：包括内圈、外圈及磁力控制模块，所述内圈包括内圈端部、内圈根部及位于内圈端部和内圈根部之间的内圈轴颈，内圈端部处设置有卷边，卷边内侧及内圈根部内侧分别设置有一个台阶，两个台阶处分别装配有一列永磁体，内圈轴颈开设有凹槽，凹槽内装配有两列永磁体；

所述外圈包括外圈轴颈，以及位于外圈轴颈两侧的外圈端部，外圈端部外侧分别设置有一个台阶，两个台阶处分别装配有一列混合磁性环，外圈轴颈开设有凹槽，凹槽内装配有两列混合磁性环；

外圈端部的两列混合磁性环分别与内圈的卷边内侧及内圈根部内侧的两列永磁体轴向正对，外圈轴颈处的两列混合磁性环分别与内圈轴颈处的两列永磁体径向正对；外圈端部的两列混合磁性环与内圈的卷边内侧及内圈根部内侧的两列永磁体采用同极磁性，由于同极互斥作用，外圈两端与内圈的卷边内侧及内圈根部内侧保持有轴向间隙；外圈轴颈处的两列混合磁性环与内圈轴颈处的两列永磁体采用同极磁性，由于同极互斥作用，外圈悬浮于内圈之上并保持有径向间隙；

所述磁力控制模块包括两个加速度传感器、一个控制器，一个执行器，其中，两个加速度传感器分别为第一加速度传感器和第二加速度传感器，第一加速度传感器安装在轮毂中心，用于检测车轮垂向加速度a_z，第二加速度传感器安装在汽车质心位置，用于检测汽车的侧向加速度a_y；控制器与两个加速度传感器连接，用于确定径向电磁力F_ez和轴向电磁力F_ey的大小；执行器与控制器连接，用于改变上述混合磁性环的磁力大小，从而保证内外圈之间始终处于安全的工作间隙。

2.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：外圈端部的两列混合磁性环是由弧条状轴向充磁的永磁体和轴向控制绕组组成的阵列，周向上相邻永磁体之间角度为32度，相邻控制绕组间角度为90度，相邻永磁体与控制绕组之间的空隙为2度，外圈端部的两列混合磁性环的相位相同。

3.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：外圈轴颈处的两列混合磁性环是由弧条状径向充磁的永磁体和径向控制绕组组成的阵列，周向上等分为8份，永磁体和控制绕组间隔分布，相邻永磁体与控制绕组之间的角度为2度，外圈轴颈处的两列混合磁性环的相位互补。

4.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：内圈的卷边内侧及内圈根部内侧的两列永磁体、内圈轴颈处的两列永磁体均采用过盈配合的方式装配在内圈上，内圈轴颈处的两列永磁体的外缘端与内圈轴颈外表面平齐，内圈轴颈处的两列永磁体之间的距离为1-2mm。

5.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：外圈端部的两列混合磁性环、外圈轴颈处的两列混合磁性环均采用过盈配合的方式装配在外圈上，外圈轴颈处的两列混合磁性环的外缘端与外圈轴颈内表面平齐，外圈轴颈处的两列混合磁性环之间的距离为1-2mm。

6.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：所述径向间隙为2-3mm。

7.根据权利要求1所述的非接触式轮毂轴承单元，其特征在于：所述轴向间隙为1.5-2.5mm。

8.基于权利要求1-7任一所述的非接触式轮毂轴承单元的磁力控制方法，其特征在于：磁力控制模块中的第一加速度传感器和第二加速度传感器将检测到的加速度信号传递给控制器，控制器通过执行器来改变混合磁性环中控制绕组电流大小，保持内外圈之间正常的工作间隙，具体步骤为：

第一加速度传感器安装在轮毂中心，检测车轮受到垂向加速度a_z，根据试验数据得到垂向加速度a_z与车轮动载荷的传递系数G(s)，路面对车轮的动载荷为：

F_d＝G(s)·a_z (1)

其中，F_d为路面对轮胎的动载荷；G(s)为传递函数,s为与输出量与输入量相关的复参数；a_z为垂向加速度；

第二加速度传感器安装在汽车质心位置处，检测汽车的侧向加速度a_y；根据汽车刚性转弯模型得到轴承的左/右轮的径向载荷F_zl/zr和左/右轮的轴向载荷F_yl/yr：

轮毂轴承承受的径向载荷增量ΔF_Z和轴向载荷增量ΔF_Y：

其中，a_y为侧向加速度；为侧向加速度为0时对应的径、轴向载荷；W为前/后轴质量；H为汽车质心高度；T为轮距；g为重力加速度；

控制器根据第一加速度传感器检测到的垂向加速度a_z并结合公式(1)确定车轮动载荷F_d；控制器根据第二加速度传感器检测到的a_y并结合公式(2)和(3)来确定轮毂轴承承受的径向载荷增量ΔF_Z和轴向载荷增量ΔF_Y；第一加速度传感器和第二加速度传感器将检测到的加速度信号传递给控制器后，控制器根据公式(1)、(2)和(3)计算出径向、轴向电磁力F_ez和F_ey的大小：

最后，根据公式(4)中电磁力的大小，控制器通过执行器来改变混合磁性环中控制绕组电流大小，保持正常的工作间隙。