CN113815591A - 一种降阻尼密封型电子机械制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降阻尼密封型电子机械制动装置，解决现有电子机械制动器结构较为复杂、密封性较低、运动转换机构无法正常运动的问题。装置包括驱动电机、固定套筒、行星滚柱机构、前壳体、输出轴、降阻尼机构和离合锁锁止机构；前壳体与固定套筒连接形成密封腔，密封腔灌装润滑油；行星滚柱机构包括输入轴、两个限位环、辊架及多个行星辊；输入轴设在密封腔内，后端伸出密封腔与驱动电机相连，前端设外螺纹或环形槽；辊架设在固定套筒和输入轴之间；两个限位环被轴向限位于辊架两端；多个行星辊连接在两个限位环上；输出轴后端与辊架固连，前端伸出密封腔，输出轴与输入轴偏心设置；降阻尼机构降低润滑油或气体在密封腔内前后流动的阻力。

Description

一种降阻尼密封型电子机械制动装置

技术领域

本发明涉及电子机械制动器技术，具体涉及一种降阻尼密封型电子机械制动装置，适用于各种车辆、飞行器，尤其是轨道车辆制动。

背景技术

随着汽车技术飞速发展，车流量密度的不断增加和车速逐渐提高，对汽车的安全性、可靠性要求越来越高，汽车制动系统能否实时快速有效地实现驾驶者的制动意图，成为影响道路交通安全的关键问题。

由于传统的液压制动系统复杂，制动力需要通过真空助力器、液压管路等，导致反应速度慢、体积大，在整车上布置装配难度大、电控系统复杂、制造和维修成本较高等诸多缺陷。而电子机械制动系统(EMB)不仅克服了液压制动系统的固有缺陷，同时还具有系统简单、制动反应速度快、效率高等突出优点，具有取代目前传统液压制动系统的趋势。

目前，EMB电子机械制动器通过驱动机构输出制动动力，带动运动转换机构转动，运动转换机构推动制动力输出元件非旋转轴向平移运动，实现车辆行车制动。为了实现制动力输出元件的平动，需在运动转换机构和制动力输出元件上分别设置相配合的轴向凹/凸槽和导向组件，使得结构较为复杂，以及轴向凹/凸槽的开设，使得密封性下降，进而影响EMB电子机械制动器的工作过程；另外，运动转换机构两侧的前后腔分别独立，运动转换机构在转动过程中，其前后腔将形成密闭的容腔，前后腔的气压发生变化，而阻止运动转换机构的轴向运动，进而影响制动过程。

发明内容

为了解决现有电子机械制动器结构较为复杂，轴向凹/凸槽的开设导致密封性下降，以及前后腔气压发生变化，影响运动转换机构正常运动的技术问题，本发明提供了一种降阻尼密封型电子机械制动装置。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种降阻尼密封型电子机械制动装置，其特殊之处在于：

包括驱动电机、固定套筒、行星滚柱机构、前壳体、输出轴、降阻尼机构和离合锁锁止机构；

所述前壳体与固定套筒前端连接形成密封腔；所述密封腔灌装润滑油或润滑脂；

所述行星滚柱机构包括输入轴、两个限位环、辊架以及N个行星辊，N为大于2的整数；

所述输入轴设置在密封腔内且与固定套筒同轴，其后端伸出密封腔，其前端设有外螺纹或环形槽；

所述辊架与固定套筒同轴，且设置在固定套筒和输入轴外螺纹或环形槽之间。

所述两个限位环被轴向限位于辊架两端且能绕输入轴转动；

所述N个行星辊设置在两个限位环上，且沿限位环周向布置；每个行星辊的中部均与输入轴外螺纹或环形槽相配合，两端部均与辊架相配合；

所述输出轴设置在密封腔内且后端部与辊架前端部固连，前端伸出密封腔，

所述输出轴与输入轴的轴线偏心设置，和/或，辊架与固定套筒采用防转的键槽或非圆面截面配合，实现输出轴非旋转轴向前后移动；

所述驱动电机与输入轴后端相连，用于驱动输入轴转动，带动N个行星辊自转并公转，行星辊驱动辊架和输出轴沿输入轴轴向前后移动；

所述降阻尼机构用于降低润滑油或润滑脂或气体在密封腔内前后流动的阻力；

所述离合锁锁止机构用于输入轴的分离和锁止。

进一步地，所述降阻尼机构采用以下三种结构中的至少一种：

(1)开设在辊架外侧面或固定套筒内侧面的至少1个通槽，所述通槽为螺旋槽或轴向直槽；

(2)沿径向开设在输出轴上的第一气孔、沿径向开设在输入轴上的第二气孔以及沿轴向开设在输入轴上且连通第一气孔和第二气孔的连接孔；

(3)沿径向开设在输出轴上的第一气孔。

进一步地，所述第一气孔位于输出轴的后端；

所述第二气孔位于输入轴外螺纹或环形槽的后端。

进一步地，所述连接孔为中心盲孔；

或者，所述连接孔为中心通孔，中心通孔的后端设有堵头。

进一步地，所述驱动电机为单电机或双电机；

所述双电机包括双定子以及与双定子配合的单转子；

或者，所述双电机包括双定子以及分别与双定子配合的双转子。

进一步地，驱动电机的转子为中空结构，转子通过套装在固定套筒上的空心转子轴与输入轴后端连接；

所述固定套筒与空心转子轴之间设置有间隙。

进一步地，所述输入轴前端的外螺纹为第一外螺纹，行星辊的中部设有与第一外螺纹配合的第一外环形槽或第二外螺纹，行星辊两端部设有第二外环形槽，辊架内表面设有与第二外环形槽配合的内环形槽；

或者，所述输入轴前端的环形槽为第一环形槽，行星辊的中部设有与第一环形槽配合的外螺纹，行星辊两端部设有第二外环形槽，辊架内表面设有与第二外环形槽配合的内环形槽。

进一步地，所述输出轴的前端设置有制动力传动轴，制动力传动轴与输出轴的轴线偏心设置，且与输入轴的轴线同轴；

N为6，6个行星辊沿限位环圆周均布。

进一步地，所述输出轴和前壳体之间设置有动密封结构；

所述动密封结构包括滑套和密封圈，滑套设置在前壳体和输出轴之间，且滑套和输出轴之间、滑套和前壳体之间均设有所述密封圈。

进一步地，所述前壳体上设有与密封腔相通的排气孔。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明制动装置采用行星滚柱机构，可实现以较小的结构输出更大的制动力，并确保高效率的制动力输出；在驱动电机驱动输入轴转动时，由于行星辊同时与输入轴、辊架啮合，输入轴会驱动辊架转动，但辊架与输出轴同轴固连，输出轴与输入轴为偏心设置，还可以通过辊架与固定套筒采用防转的键槽或非圆面截面配合，限制辊架转动，使得辊架无法转动，而推动辊架以及输出轴沿输出轴轴线方向非旋转前后平移运动，实现车辆行车制动；并通过离合锁锁止机构实现断电自锁，达到驻车制动功能，将行车制动、驻车制动功能融为一体；以及，固定套筒与前壳体密封连接，即可实现油润滑的密封，又可避免水或者杂质进入密封腔内，影响传力效果。

2、本发明辊架和固定套筒采用精密的滑动配合，间隙小，辊架轴向运动时在前后腔将形成密闭的容腔(前容腔和后容腔)，而阻止辊架正常轴向运动，本发明降阻尼机构可降低润滑油在密封腔内前后流动的阻力，使辊架的运动更加平稳，并减小运动过程中的噪音；同时，降阻尼机构可使润滑油或润滑脂在固定套筒内随着行星滚柱机构的运动而流动，以达到润滑输入轴、行星辊、辊架、输出轴等运动部件，且能将运动的热量均匀，并由壳体释放。

3、本发明驱动电机可以是单电机也可是双电机；双电机可以采用同轴的双定子单转子或双定子双转子结构，实现设计的冗余化，以提高整体装置的可靠性。

4、本发明还可在前壳体上设计排气孔，改变前后腔的气压，进一步提高辊架运动的平稳性。

5、本发明将驱动电机的转子设计为中空结构，将驱动电机套设在固定套筒上，充分利用空间，减小电动电子机械制动装置的体积，实现小型化。

6、本发明采用行星滚柱机构作为制动力传递机构，行星辊采用环槽结构，增加了实际的导程，即当量导程大于输入轴的导程，使得输出轴的运动速度加快，更有利于制动力的输出；且可实现以较小的结构输出较大的制动力，既使得安装方便，又可确保高效率的制动力输出。

7、本发明电动制动装置具有结构紧凑、输出制动力大、安装方便、可靠性高的特点。

8、本发明在输出轴和前壳体之间采用动密封结构密封，保证密封腔的密封性，避免密封腔内润滑油或润滑脂外露，以及外界杂质进入密封腔内，影响装置的正常工作。

附图说明

图1是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例一的结构示意图一(输出轴未伸出前壳体)；

图2是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例一的结构示意图二(输出轴前端伸出前壳体)；

图3是图1的Ⅰ处局部放大示意图；

图4是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例一中行星滚柱机构的结构示意图(未示出辊架)；

图5是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例一中第二种降阻尼机构处的结构示意图；

图6是图1的Ⅱ处局部放大示意图；

图7是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例二中驱动电机的结构示意图；

图8是本发明降阻尼密封型电子机械制动装置实施例四的结构示意图；

其中，附图标记如下：

1-固定套筒，2-输入轴，3-锥轴承，4-行星辊，5-限位环，6-辊架，7-输出轴，8-前壳体，9-驱动电机，10-第一螺钉，11-空心转子轴，12-制动力传动轴，13-旋转唇形密封圈，14-深沟球轴承，15-电磁制动器，16-动压片,17-滑套，18-传感器连接轴，19-定子，20-转子，21-螺柱，22-O形圈，23-密封圈，24-圆螺母，25-圆螺母用锁紧垫圈，26-摩擦片，27-外壳，28-后容腔，29-前容腔,30-第一气孔，31-第二气孔，32-连接孔，33-排气孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

实施例一

如图1和图2所示，本发明一种降阻尼密封型电子机械制动装置，包括驱动电机9、固定套筒1、行星滚柱机构、前壳体8、输出轴7、降阻尼机构和离合锁锁止机构。

前壳体8与固定套筒1前端连接形成密封腔，前壳体8与固定套筒1连接处设有O形圈22；密封腔部分灌装润滑油或润滑脂。

如图3和图4所示，行星滚柱机构包括输入轴2、两个限位环5、辊架6以及N个行星辊4，N为大于2的整数，本实施例N为6；输入轴2设置在密封腔内且与固定套筒1同轴，输出轴7与固定套筒1内侧壁之间设有锥轴承3，且锥轴承3位于密封腔的后端，输入轴2上还设有旋转唇形密封圈13，旋转唇形密封圈13位于锥轴承3后端面和固定套筒1后端面之间；输入轴2后端伸出密封腔并与驱动电机9的输出相连，输入轴2前端设有第一外螺纹；辊架6同轴设置在固定套筒1和输入轴2第一外螺纹之间；两个限位环5被轴向限位于辊架6两端且能绕输入轴2转动，具体的，位于后端的限位环5通过输入轴2上的环形凸起实现轴向限位，位于前端的限位环5通过与辊架6相连的输出轴7后端面实现轴向限位；6个行星辊4活动连接在两个限位环5上，且沿限位环5周向布置，优选6个行星辊4沿限位环5圆周均布；每个行星辊4的中部均设有与输入轴2第一外螺纹相配合的第一外环形槽或第二外螺纹，辊架6内表面设有与行星辊4两端部第二外环形槽配合的内环形槽；在行星辊4的中部设计为第一外环形槽时，6个行星辊4圆周均布，相邻行星辊4之间沿输入轴2轴向相差输入轴2第一外螺纹螺距的1/N，N为行星辊个数，本实施例即为1/6，实现6个行星辊在轴向与输入轴2外壁螺旋升角的第一外螺纹啮合，从而增加了实际的导程，即当量导程大于输入轴的导程，使得输出轴的运动速度加快，更有利于制动力的输出；且可实现以较小的结构输出较大的制动力。

输出轴7设置在密封腔内，且后端部通过第一螺钉10与辊架6前端部固连，第一螺钉10采用M3螺钉；输出轴7前端伸出密封腔，输出轴7与输入轴2的轴线偏心设置，如图6所示，偏心距离d可设计为1mm～3mm。

为了保证密封腔的密封性，在输出轴7和前壳体8之间设置有动密封结构；动密封结构包括滑套17和密封圈23，滑套17设置在前壳体8和输出轴7之间，且滑套17和输出轴7之间、滑套17和前壳体8之间均设有密封圈23，避免外界杂质(水、粉尘等)进入密封腔内，影响装置的正常工作。另外，前壳体8的前端面设有螺柱21，便于与其他设备进行装配。

驱动电机9用于驱动输入轴2转动，进而带动N个行星辊4自转，6个行星辊4的自转驱动辊架6转动，但辊架6与输出轴7同轴固连，输出轴7与输入轴2为偏心设置，即辊架6与输入轴2为偏心设置，会使得辊架6无法转动，而推动辊架6以及输出轴7沿输出轴7轴线方向非旋转前后平移运动，实现车辆行车制动。辊架6前后平移运动，会使密封腔分为位于辊架6前侧的前容腔29和位于辊架6后侧的后容腔28。

降阻尼机构用于降低润滑油或润滑脂或气体在密封腔(前容腔29和后容腔28)内前后流动的阻力，使辊架6的运动更加平稳，并减小运动过程中的噪音；同时，降阻尼机构可使润滑油或润滑脂在固定套筒1内随着行星滚柱机构的运动而流动，以达到润滑输入轴2、行星辊4、辊架6、输出轴7等运动部件，且能将运动的热量均匀，并由壳体释放；

本实施例降阻尼机构可采用以下三种结构中的至少一种：

第一种，降阻尼机构为开设在辊架6外侧面或固定套筒1内侧面的至少1个通槽，通槽为螺旋槽或轴向直槽，优选，通槽为圆周均布的至少3个；

第二种，如图5所示，降阻尼机构包括沿径向开设在输出轴7上的第一气孔30、沿径向开设在输入轴2上的第二气孔31以及沿轴向开设在输入轴2上且连通第一气孔30和第二气孔31的连接孔32；优选，第一气孔30位于输出轴7的后端；第二气孔31位于输入轴2第一外螺纹的后端；本实施例连接孔32设计为中心盲孔；在其它实施例中，连接孔32也可以为中心通孔，连接孔32设计为中心通孔时，需要在中心通孔后端设有堵头；在输出轴7平移运动过程中，第一气孔30始终处于密封腔内；

第三种，降阻尼机构为沿径向开设在输出轴7上的第一气孔30，在输出轴7平移运动过程中，第一气孔30始终处于密封腔内。

离合锁锁止机构用于输入轴2的分离和锁止，将行车制动、驻车制动功能融为一体。

输出轴7的前端设置有制动力传动轴12，制动力传动轴12与输出轴7的轴线偏心设置，且与输入轴2的轴线同轴。

本实施例制动装置还包括设置在驱动电机9、固定套筒1外侧的外壳27，且外壳27的前端与前壳体8相连；离合锁锁止机构位于外壳27内并设置在空心转子轴11后端的外侧部，离合锁锁止机构主要由电磁制动器15、锁止固定圈、锁止外圈、摩擦片26以及动压片16组成，电磁制动器15固定于外壳27上，动压片16一端贴合或者靠近于电磁制动器15，另一端靠近或者贴合于摩擦片26，电磁制动器15内设置有多个弹簧，其一端与电磁制动器15本身接触，另一端与动压片16接触；摩擦片26的另一端贴合或者靠近于锁止外圈的内壁上，锁止固定圈的外圈和内圈均设置有花键，内圈花键与设置在空心转子轴11外壁上的花键啮合，外圈花键与设置在摩擦片26内圈上的花键啮合，该离合锁锁止机构可通过对电磁制动器15通电或者断电，来分别实现输入轴2(空心转子轴11与输入轴2固连)的分离和锁止。在其他实施例中，离合锁锁止机构也可采用现有常规离合器。

本实施例驱动电机9为单电机，如图1所示，驱动电机9的定子19设置在前壳体8上，在其它实施例中，驱动电机9的定子19也可设置在外壳27上，驱动电机9的转子20为中空结构，转子20通过套装在固定套筒1上的空心转子轴11与输入轴2后端连接，空心转子轴11与输入轴2后端采用花键连接，且输入轴2的后端伸出空心转子轴11，并由前至后套装有圆螺母用锁紧垫圈25和圆螺母24；固定套筒1与空心转子轴11之间设置有间隙，空心转子轴11通过深沟球轴承14直接或者间接固定于外壳27上。

制动装置还包括设置在外壳27后部的控制单元，控制单元包括感应磁铁和电路板，输入轴2的后端端部设有传感器连接轴18，用于设置感应磁铁，电路板设置在外壳27上且位于感应磁铁的后侧，电路板上与感应磁铁相对位置设有磁性感应元件，磁性感应元件可识别感应磁铁在运动过程中径向N/S级磁场的强弱，电路板用来分析计算输出轴7平移运动的行程并进行实时控制。

本实施例制动装置的制动动作过程为：

行车过程时，当驾驶员踩下制动踏板时，驱动电机9启动，转子20通过空心转子轴11带动输入轴2旋转运动，输入轴2旋转运动从而带动多个行星辊4进行自转，由于与多个行星辊4配合的辊架6与输出轴7连接，且输出轴7与输入轴2的中心轴线设置为不同轴，则多个行星辊4转动，推动辊架6与输出轴7沿着输出轴7的轴线方向前平移运动，输出轴7前端的制动力传动轴12与车辆制动片固定连接，从而实现车辆行车制动。

实施例二

与实施例一不同之处在于：驱动电机9为双电机，如图7所示，本实施例双电机采用同轴的双定子、单转子，实现设计的冗余化，以提高整体设备的可靠性。在其它实施例中，双电机也可采用采用同轴的双定子、双转子结构。

实施例三

与实施例一、实施例二不同之处在于：输入轴2前端开设有等间距的多个第一环形槽，行星辊4的中部设有与第一环形槽配合的外螺纹。

实施例四

与实施例一不同之处在于：如图8所示，在前壳体8上设有与密封腔相通的排气孔33，改变前后腔的气压，进一步提高辊架6运动的平稳性。

实施例五

与实施例一不同之处在于：为了实现小型化，辊架6径向截面为非圆形，优选辊架6径向截面为多边形，固定套筒1的中心孔为与辊架6相适配的多边形，实现输出轴7非旋转轴向前后移动。在其他实施例中，可在辊架6上设有防转的至少一个导向键，固定套筒1上设有与导向键配合的导向槽，或者辊架6和固定套筒1采用花键配合，从而使辊架只能沿轴线直线运动而不可旋转；以及为了实现输出轴7更好的防转效果，可将输出轴7与输入轴2设计为偏心设置，同时，辊架6与固定套筒1采用防转的键槽或非圆面截面配合。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：

包括驱动电机(9)、固定套筒(1)、行星滚柱机构、前壳体(8)、输出轴(7)、降阻尼机构和离合锁锁止机构；

所述前壳体(8)与固定套筒(1)前端连接形成密封腔；所述密封腔灌装润滑油或润滑脂；

所述行星滚柱机构包括输入轴(2)、两个限位环(5)、辊架(6)以及N个行星辊(4)，N为大于2的整数；

所述输入轴(2)设置在密封腔内且与固定套筒(1)同轴，其后端伸出密封腔，其前端设有外螺纹或环形槽；

所述辊架(6)与固定套筒(1)同轴，且设置在固定套筒(1)和输入轴(2)外螺纹或环形槽之间；

所述两个限位环(5)被轴向限位于辊架(6)两端且能绕输入轴(2)转动；

所述N个行星辊(4)设置在两个限位环(5)上，且沿限位环(5)周向布置；每个行星辊(4)的中部均与输入轴(2)外螺纹或环形槽相配合，两端部均与辊架(6)相配合；

所述输出轴(7)设置在密封腔内且后端部与辊架(6)前端部固连，前端伸出密封腔；

所述输出轴(7)与输入轴(2)的轴线偏心设置，和/或，辊架(6)与固定套筒(1)采用防转的键槽或非圆面截面配合，实现输出轴(7)非旋转轴向前后移动；

所述驱动电机(9)与输入轴(2)后端相连，用于驱动输入轴(2)转动，带动N个行星辊(4)自转并公转，行星辊(4)驱动辊架(6)和输出轴(7)沿输入轴(2)轴向前后移动；

所述降阻尼机构用于降低润滑油或润滑脂或气体在密封腔内前后流动的阻力；

所述离合锁锁止机构用于输入轴(2)的分离和锁止。

2.根据权利要求1所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于，所述降阻尼机构采用以下三种结构中的至少一种：

(1)开设在辊架(6)外侧面或固定套筒(1)内侧面的至少1个通槽，所述通槽为螺旋槽或轴向直槽；

(2)沿径向开设在输出轴(7)上的第一气孔(30)、沿径向开设在输入轴(2)上的第二气孔(31)以及沿轴向开设在输入轴(2)上且连通第一气孔(30)和第二气孔(31)的连接孔(32)；

(3)沿径向开设在输出轴(7)上的第一气孔(30)。

3.根据权利要求2所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述第一气孔(30)位于输出轴(7)的后端；

所述第二气孔(31)位于输入轴(2)外螺纹或环形槽的后端。

4.根据权利要求2所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述连接孔(32)为中心盲孔；或者，所述连接孔(32)为中心通孔，中心通孔的后端设有堵头。

5.根据权利要求1至4任一所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述驱动电机(9)为单电机或双电机；

所述双电机包括双定子以及与双定子配合的单转子；或者，所述双电机包括双定子以及分别与双定子配合的双转子。

6.根据权利要求5所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：驱动电机(9)的转子(20)为中空结构，转子(20)通过套装在固定套筒(1)上的空心转子轴(11)与输入轴(2)后端连接；

所述固定套筒(1)与空心转子轴(11)之间设置有间隙。

7.根据权利要求6所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：

所述输入轴(2)前端的外螺纹为第一外螺纹，行星辊(4)的中部设有与第一外螺纹配合的第一外环形槽或第二外螺纹，行星辊(4)两端部设有第二外环形槽，辊架(6)内表面设有与第二外环形槽配合的内环形槽；

或者，所述输入轴(2)前端的环形槽为第一环形槽，行星辊(4)的中部设有与第一环形槽配合的外螺纹，行星辊(4)两端部设有第二外环形槽，辊架(6)内表面设有与第二外环形槽配合的内环形槽。

8.根据权利要求7所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述输出轴(7)的前端设置有制动力传动轴(12)，制动力传动轴(12)与输入轴(2)的轴线同轴；

N为6，6个行星辊(4)沿限位环(5)圆周均布。

9.根据权利要求8所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述输出轴(7)和前壳体(8)之间设置有动密封结构。

10.根据权利要求1所述降阻尼密封型电子机械制动装置，其特征在于：所述前壳体(8)上设有与密封腔相通的排气孔(33)。

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