CN108591305A - 一种带有弹子加压结构制动器的电动轮 - Google Patents

Abstract

一种集成了带有弹子加压结构制动器的电动轮，包括带有弹子加压结构的制动器，制动器由摩擦副结构、制动力提供装置和弹子加压结构组成，制动器布置在轮辋和高速电机轴身端盖法兰之间，其固定件和电机端盖法兰固定连接，而摩擦盘连接件通过花键和电动轮上的主支承件连接，可带动整个摩擦副随车轮旋转。制动器经过弹子加压结构传递，使摩擦副压紧产生制动转矩，同时也使制动转矩得到扩大。该制动器很大程度上节约了电动轮的径向和轴向空间，该电动轮通过将带有弹子加压结构的制动器和轮毂组件进行有效连接，实现了高效制动和大转矩制动。

Description

一种带有弹子加压结构制动器的电动轮

技术领域

本发明属于电动汽车电驱动技术领域，具体地涉及一种集成了带有弹子加压结构制动器的电动轮以及具有其的车辆。

技术背景

电动轮技术也被称为轮内电机技术，该电机即为轮毂电机，其特点是将车辆的动力装置、驱动装置和制动装置集成在轮毂有限的空间内。这使电动车辆的机械传动装置得到简化，相较于普通电传动技术，车辆不再需要差速器、半轴、万向节等部件，具有传动链短、传动效率高和布置灵活等优势。同时，由于电动轮技术在动力性和控制等方面均具有明显优势，这使其更多地受到了学术界和产业界的关注。

制动器最为电动轮重要的结构，是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦产生制动转矩来使行驶中的汽车减速、停车或使下坡行驶的汽车速度保持稳定的部件。针对大吨位电动汽车，由于其所需制动转矩要求也大，加之电动轮轮毂中轴向和径向空间有严格限制，现有的制动器结构难以满足需求。本发明采用的带有弹子加压结构的制动器具有空间和性能优势，可有效地解决该问题。

因此，为解决上述技术问题，本发明采用带有弹子加压结构的气压全盘式制动器，可以通过增大摩擦副之间的接触面积从而降低制动过程中摩擦片的表面温度，从而提高制动器的寿命；

其次，本制动器通过将固定件气腔中高压气体推动活塞推盘的轴向运动转化为旋转加压盘的旋转运动，充分利用电动轮中制动器有限的轴向空间，且解决了制动器要使旋转加压盘旋转时切向空间不足的问题；

同时，该制动器实现了将高压气体推动活塞形成的推力通过弹子加压结构进行有效的倍数放大，从而使得制动器摩擦副中的制动正压力可以满足车辆所需制动转矩的要求。

发明内容

为了克服现有技术和方案的不足，本发明提供了一种集成度高、制动效能好、可靠性高的电动轮制动器。该方案实现了将高压气体推动活塞形成的推力通过弹子加压结构进行有效的倍数放大，从而使得制动器摩擦副中的制动正压力可以满足车辆所需制动转矩的要求。同时，通过将高压气体推动活塞的轴向运动转化为旋转加压盘的旋转运动可以充分利用电动轮中制动器有限的轴向空间。

本发明方案如下:

一种集成了带有弹子加压结构制动器的电动轮，

电动轮包括电机轴身端盖、所述制动器、轮毂和轮辋；

所述电机轴身端盖位于轮毂电机左侧以及轮毂的右侧；

轮辋和轮毂固定连接；

所述制动器包括摩擦副结构、制动力提供装置和弹子加压结构；

所述摩擦副结构包括移动摩擦盘和与所述移动摩擦盘配合工作的左外摩擦盘，所述左外摩擦盘相对所述轮毂可轴向滑动且周向固定地连接；

所述制动力提供装置包括固定件和旋转加压盘，所述固定件与所述电机轴身端盖固定连接；旋转加压盘位于所述固定件的左侧；制动时旋转加压盘相对于固定件旋转运动；

弹子加压结构将所述旋转加压盘的旋转运动通过弹子和渐变槽的配合转变为所述移动摩擦盘的相对于固定件的轴向运动。

优选地，所述制动力提供装置实现施加至旋转加压盘的相对于固定件的轴向力转变为旋转加压盘的相对于固定件的旋转运动；

优选地，所述移动摩擦盘的轴向运动由旋转加压盘相对于固定件的轴向移动和移动摩擦盘相对于旋转加压盘的轴向移动组成。

优选地，电动轮还包括所述轮毂组件，所述轮毂组件包括轮毂、主支承件和内筒状部，轮毂和主支承件固定连接，内筒状部和电机轴身端盖固定连接，主支承件可转动地支撑在内筒状部的周向外侧。

优选地，所述左外摩擦盘与所述主支承件可轴向滑动且周向固定地连接。

优选地，所述摩擦副结构由左右摩擦副组成；

所述移动摩擦盘与左外摩擦盘形成左摩擦副，右内摩擦盘和右外摩擦盘形成右摩擦副；

所述右内摩擦盘固定在所述固定件右侧；

所述左外摩擦盘、右外摩擦盘和摩擦盘连接件固定连接成为外摩擦盘整体，所述外摩擦盘整与所述主支承件可轴向滑动且周向固定地连接。

优选地，所述制动力提供装置还包括活塞推盘和第二弹子；

所述活塞推盘左表面上设置均匀分布的半球形第二弹子槽；

制动时所述活塞推盘向左运动；

旋转加压盘右表面周向上设置与所述第二弹子槽配合工作的第二弹子深度渐变槽，所述第二弹子深度渐变槽内的深度渐变方式是线性渐变；

第二弹子容纳在第二弹子槽和第二弹子深度渐变槽形成的空间内。

优选地，所述第二弹子槽和所述第二弹子深度渐变槽数量相同且均为多个，分别均布在所述活塞推盘和所述旋转加压盘的圆周方向。

优选地，所述弹子加压结构包括移动加压盘、移动摩擦盘和第一弹子；

所述移动加压盘和移动摩擦盘之间固定连接；

所述移动加压盘位于旋转加压盘左侧，旋转加压盘左侧外表面周向上设置右第一弹子深度渐变槽；右第一弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘制动时的旋转方向由浅变深，移动加压盘上设置与右第一弹子深度渐变槽相对应的左第一弹子深度渐变槽；

所述第一弹子容纳在所述左、右第一弹子深度渐变槽形成的空间内。

优选地，所述左、右第一弹子深度渐变槽的深度渐变方式是线性渐变。

优选地，所述左、右第一弹子深度渐变槽数量相同且均为多个，分别均布在所述移动加压盘和所述旋转加压盘的圆周方向。

优选地，所述弹子加压结构还包括第三弹子和左、右第三弹子深度渐变槽；

所述旋转加压盘右侧外表面周向上设置左第三弹子深度渐变槽，左第三弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘制动时的旋转方向由浅变深，所述固定件左侧外表面周向上均布与所述左第三弹子深度渐变槽对应的右第三弹子深度渐变槽；

所述第三弹子容纳在所述左、右第三弹子槽深度渐变槽形成的空间内。

优选地，所述左、右第三弹子深度渐变槽的深度渐变方式是线性渐变。

优选地，所述左、右第三弹子深度渐变槽数量相同且均为多个，分别均布在所述固定件和所述旋转加压盘的圆周方向。

优选地，所述固定件和所述移动加压盘在圆周方向通过矩形齿进行圆周方向固定，使得在旋转加压盘旋转加压过程中，移动加压盘只做相对于固定件的轴向运动。

优选地，制动力提供装置还包括活塞、活塞推台；

所述固定件中集成了环形气腔，环形气腔具有进气口；环形气腔里的活塞运动经过活塞推台推动活塞推盘相对于所述固定件向左运动。

优选地，还包括回位机构，所述回位机构实现制动力提供装置和弹子加压结构中各部件回位。

优选地，所述固定件和所述移动加压盘在圆周方向通过均布的回位弹簧连接。

优选地，所述电动轮还包括一级行星减速器；

所述电机轴身端盖位于轮毂电机左侧以及轮毂的右侧，所述一级行星减速器位于轮毂的左侧，

轮辋、行星减速器的行星架和轮毂固定连接；

所述行星减速器的输入为太阳轮，输出为行星架；

所述制动器安置在所述电机轴身端盖、所述轮毂和轮辋形成的空间内；

本发明还涉及包括如上电动轮的车辆。

本方案的有益效果是：

1、电动轮通过将带有弹子加压结构的制动器和轮毂组件进行有效连接，实现了高效制动和大转矩制动。

2、制动力提供装置巧妙地在旋转加压盘上设计深度渐变的第二弹子深度渐变槽，并通过活塞推盘和第二弹子组成的整体做轴向运动，使第二弹子从第二弹子深度渐变槽的浅槽处向深槽处运动，带动旋转加压盘旋转。该装置合理地利用了制动器的轴向空间，实现了将活塞轴向运动到旋转加压盘旋转运动的转化，且解决了制动器要使旋转加压盘旋转时切向空间不足的问题。

3、弹子加压结构利用两组弹子，分别是旋转加压盘和固定件之间的第三弹子以及旋转加压盘和移动加压盘之间的第一弹子。两组弹子的加压结构首先可以使旋转加压盘旋转运动转化为移动加压盘的轴向运动，同时移动加压盘弹子槽处切向力转化到移动加压盘轴向压力能得到倍数放大，最后两对弹子的加压结构可以使得移动加压盘在旋转加压盘旋转的角度不变的情况下获得更大的轴向位移。

4、包括两对摩擦副，同时全盘式制动增大摩擦副的接触面积，这使得在制动过程中制动器摩擦片的表面温度可以得到分散，降低制动器摩擦片表面温度，也易于散热，从而保证制动器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明电动轮的装配剖视图

图2为本发明制动器的结构示意图

图3为本发明制动力提供装置工作过程

图4为本发明弹子加压结构工作过程

图5为本发明制动器的装配剖视图

图6为本发明制动器的爆炸图

图7为本发明制动器的左外摩擦盘立体图

图8为本发明制动器的移动加压盘立体图

图9为本发明制动器的旋转加压盘立体图

图10为本发明制动器的活塞推盘立体图

图11为本发明制动器的固定件立体图

其中

100-电机轴身端盖，200-带有弹子加压结构制动器；

31-轮毂，32-主支承件，33-内筒状部，34-轮毂轴承；

41-外轮辋，42-内轮辋；

51-太阳轮，52-行星轮，53-行星架，54-齿圈；

1-摩擦盘连接件，2-左外摩擦盘，3-移动摩擦盘，4-移动加压盘，5第一弹子，6-旋转加压盘，7-第二弹子，8-活塞推盘，9-活塞推台，10-活塞，11-固定件，12-第三弹子，13-右外摩擦盘，131-右内摩擦盘，14-回位弹簧；

具体实施方式

本发明的制动器可以应用于采用电动轮驱动技术的各种车辆，该制动器可配合电驱动车辆中的电机再生制动进行工作。尤其适用于大制动转矩需求、重载荷以及对电动轮空间有限定的电动车辆。但本发明不限于两轮机动车、高尔夫球场车或是老年人或残疾人使用的三轮或四轮车，在建筑工地或运输行业中的中、重型载货商用车，以及履带车辆等。

本发明的左右方向为相对概念，并不局限于某一特定观察方位的左右。

本申请说明书以及附图1-11以车辆左侧电动轮为例进行详细说明，对于车辆右侧电动轮，则左右方向恰与本申请说明书和图中的左右方向相镜像，对于本领域技术人员，左右电动轮的镜像关系是公知的。

如图1，本发明电动轮由电机轴身端盖100、带有弹子加压结构的制动器200、轮毂组件、轮辋和一级行星减速器组成。

轮辋上安装车轮轮胎。

所述电机轴身端盖100位于轮毂电机左侧以及轮毂组件的右侧，所述一级行星减速器位于轮毂组件的左侧，

所述制动器200位于电机轴身端盖100的左侧，所述制动器安置在所述电机轴身端盖100、所述轮毂组件和轮辋形成的空间内。

所述轮毂组件包括轮毂31、主支承件32、内筒状部33、轮毂轴承34，其中轮毂31和主支承件32固定连接；优选地轮毂31和主支承件32是分体部件或一体化部件；内筒状部33和电机轴身端盖100固定连接，优选地内筒状部33和电机轴身端盖100是分体部件或一体化部件，主支承件32和内筒状部33之间通过轮毂轴承34可转动地连接，主支承件32通过轴承支撑在内筒状部33的周向外侧；轮毂轴承根据具体应用要求选择，优选地是水平布置的两个圆锥滚子轴承，轮辋4中心线落在两个圆锥滚子轴承之间。

所述轮辋分为外轮辋41和内轮辋42。

所述一级行星减速器包括太阳轮51、行星轮52、行星架53和齿圈54。所述的太阳轮作为输入，太阳轮的一端为连轴齿轮设计，太阳轮的另一端与电机转子连接；所述的齿圈和内筒状部33固定连接，实现齿圈相对于车架静止；所述的行星架作为输出并与轮辋4固定连接，优选地通过螺钉固定连接。

如图2、5-11为所述带有弹子加压结构制动器200，所述制动器由摩擦盘连接件1、左外摩擦盘2、右外摩擦盘13、移动摩擦盘3、右内摩擦盘131、旋转加压盘6、移动加压盘4、移动摩擦盘3、第一弹子5、第二弹子7，第三弹子12、活塞推盘8、活塞推台9、固定件11、回位弹簧14等组成。图7-11示出了左外摩擦盘、移动加压盘、旋转加压盘、活塞推盘和固定件的零部件结构。

制动器包括三个结构部分，摩擦副结构、制动力提供结构以及弹子加压结构。

其中摩擦副结构实现了将轴向制动正压力转化为制动转矩。

左外摩擦盘2、右外摩擦盘13和摩擦盘连接件1组成外摩擦盘整体，外摩擦盘整体与轮毂固定连接的主支承件32通过矩形花键连接，矩形花键连接实现外摩擦盘整体即能随着车轮旋转，也能相对车轮固定部分进行轴向滑动。左外摩擦盘2和移动摩擦盘3形成左摩擦副，右外摩擦盘13和右内摩擦盘131形成右摩擦副。为了节约有限的摩擦盘径向空间，如图7所示将连接左外摩擦盘2和摩擦盘连接件1的螺钉孔均布在左外摩擦盘的外矩形花键的齿上。优选地，右内摩擦盘131和固定件11为分体式结构或一体式结构。左外摩擦盘、右外摩擦盘、移动加压盘和右内摩擦盘上各具有摩擦片，且所述所有的摩擦片均为嵌入式安装，摩擦片为扇形摩擦片，各摩擦片之间有间隙，有利于散热。

制动力提供装置实现从固定件11的气腔中的高压气体做功到使旋转加压盘6做旋转运动之间的运动转化。弹子加压结构则可实现从旋转加压盘6的旋转运动到移动摩擦盘3的轴向运动的转化。同时该制动力提供装置使得从活塞推力到移动摩擦盘3的制动正压力得到扩大。

制动力提供装置包括固定件11、活塞10、活塞推盘8、活塞推台9、旋转加压盘6。固定件11的右侧通过螺钉和电机轴身端盖连接，实现固定件和车身或车架的相对固定。固定件在制动器中起到固定承载的作用。优选地，固定件中集成了环形气腔，环形气腔有进气口。环形气腔里的活塞10运动会推动活塞推盘8向旋转加压盘方向运动，固定件11左端设置有外花键，在气腔左侧设有内矩形花键。活塞装配于腔体内，和腔体接触的地方有密封圈(未在图中示出)。活塞推盘8上有内花键，其内花键和固定件11上的外花键配合，活塞推盘和固定件通过花键滑动接触，实现活塞推盘8相对固定件11做轴向运动。

活塞推盘8的左侧圆周上，即其与旋转加压盘6的配合面上均布半球形第二弹子槽，活塞推盘上的槽体和非槽体区域通过台阶渐变。装配时将第二弹子7放置于第二弹子槽内，第二弹子槽可对第二弹子7主要起固定作用。旋转加压盘6上设置有与所述第二弹子槽配合工作的第二弹子深度渐变槽，第二弹子7容纳在第二弹子槽和第二弹子深度渐变槽形成的空间内。所述第二弹子深度渐变槽内的深度渐变方式是线性渐变。这样的结构便可以完成从高压气体进入环形气腔到使旋转加压盘旋转的过程。

弹子加压结构涉及的部件包括旋转加压盘6、固定件11、移动加压盘4和移动摩擦盘3等。

移动加压盘4位于旋转加压盘6左侧，移动加压盘4和旋转加压盘6通过第一弹子5装配。旋转加压盘6左侧的圆周方向上均布右第一弹子深度渐变槽。图4所示右第一弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘制动时的旋转方向由浅变深。移动加压盘4的圆周方向上均布对应的左第一弹子深度渐变槽。左第一弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘制动时的旋转方向由深变浅；第一弹子5容纳在这对左、右第一弹子深度渐变槽形成的空间内，所述左、右第一弹子深度渐变槽的深度渐变方式为线性渐变；移动加压盘未旋转时，即活塞未工作和触发制动时，第一弹子位于所述左、右第一弹子深度渐变槽的最深处。

固定件11位于旋转加压盘6右侧，旋转加压盘6和固定件11通过第三弹子12装配。旋转加压盘6右侧的圆周方向上均布左第三弹子深度渐变槽。左第三弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘在制动时的旋转方向由浅变深。固定件11的圆周方向上均布与之对应的右第三弹子深度渐变槽。第三弹子12容纳在这对左、右第三弹子深度渐变槽形成的空间内，所述左、右第三弹子深度渐变槽的深度渐变方式为线性渐变。移动加压盘未旋转时，即活塞未工作和触发制动时，第三弹子位于所述左、右第三弹子深度渐变槽的最深处。

固定件11和移动加压盘4圆周方向固定，优选地，固定件11和移动加压盘4在圆周方向通过类似花键的矩形齿进行圆周方向固定，使得在旋转加压盘6旋转加压过程中，移动加压盘4相对固定件11只能做轴向运动。

移动加压盘4左侧圆周方向有矩形内花键。移动摩擦盘3右侧有对应的矩形外花键，并和移动加压盘4通过花键装配，移动加压盘4和移动摩擦盘3相对静止。

固定件11和移动加压盘4通过回位弹簧14连接，优选地，固定件和移动加压盘在圆周方向通过均布的回位弹簧14连接，弹簧装配的径向位置靠近摩擦盘连接件。

本发明工作工程如下：

当制动踏板踩下，高压气体通过固定件11上的通气孔进入环形气腔，进而推动活塞10向左运动。活塞10通过活塞推台9将直线运动传递给活塞推盘8，由于活塞推盘和固定件之间是花键连接，因此第二弹子7和活塞推盘8整体有且只有轴向向左(图3中的A方向)运动。图2所示当第二弹子7不断深入旋转加压盘6上的第二弹子深度渐变槽的过程中，旋转加压盘6做旋转运动(图3中B方向)附带向左的轴向运动的复合运动。

图3所示旋转加压盘6的旋转运动(图4中B方向)使得第一弹子5和第三弹子12分别向旋转加压盘6上右第一弹子深度渐变槽和左第三弹子深度渐变槽的浅处运动。其中移动加压盘4由于和固定件11通过花键在周向固定，因此移动加压盘4仅相对于固定件11做轴向运动(图4中A方向)，不会因为第一弹子对其有切向力而做旋转运动。该轴向运动形成了轴向位移，由于移动加压盘4和移动摩擦盘3之间在周向通过花键连接，则移动加压盘4和移动摩擦盘3皆向左做轴向运动。

在首先消除左摩擦副之间的间隙之后，由左外摩擦盘2、右外摩擦盘13和摩擦盘连接件1组成的整体继续随移动加压盘4向左移动，直到消除右摩擦副间隙，随即两对摩擦副共同产生制动转矩，实现制动。

当制动完成后，气腔中不再通入高压气体，同时连接固定件11和移动摩擦盘3的回位弹簧14工作，通过轴向回位，使旋转加压盘6也旋转回到初始位置，第二弹子7和活塞推盘向右运动，第二弹子7重新回到旋转加压盘6上的第二弹子深度渐变槽的浅处。

Claims (10)

1.一种集成了带有弹子加压结构制动器的电动轮，

电动轮包括电机轴身端盖、所述制动器、轮毂和轮辋；

所述电机轴身端盖位于轮毂电机左侧以及轮毂的右侧；

轮辋和轮毂固定连接；

其特征在于：

所述制动器包括摩擦副结构、制动力提供装置和弹子加压结构；

所述摩擦副结构包括移动摩擦盘和与所述移动摩擦盘配合工作的左外摩擦盘，所述左外摩擦盘相对所述轮毂可轴向滑动且周向固定地连接；

所述制动力提供装置包括固定件和旋转加压盘，所述固定件与所述电机轴身端盖固定连接；旋转加压盘位于所述固定件的左侧；制动时旋转加压盘相对于固定件旋转运动；

弹子加压结构将所述旋转加压盘的旋转运动通过弹子和渐变槽的配合转变为所述移动摩擦盘的相对于固定件的轴向运动。

2.如权利要求1所述的电动轮，其特征在于：

所述制动力提供装置实现施加至旋转加压盘的相对于固定件的轴向力转变为旋转加压盘的相对于固定件的旋转运动。

3.如权利要求1所述的电动轮，其特征在于：所述移动摩擦盘的轴向运动由旋转加压盘相对于固定件的轴向移动和移动摩擦盘相对于旋转加压盘的轴向移动组成。

4.如权利要求1所述的电动轮，其特征在于：电动轮还包括所述轮毂组件，所述轮毂组件包括轮毂、主支承件和内筒状部，轮毂和主支承件固定连接，内筒状部和电机轴身端盖固定连接，主支承件可转动地支撑在内筒状部的周向外侧。

5.如权利要求4所述的电动轮，其特征在于：所述左外摩擦盘与所述主支承件可轴向滑动且周向固定地连接。

6.如权利要求4所述的电动轮，其特征在于：所述摩擦副结构由左右摩擦副组成；

所述移动摩擦盘与左外摩擦盘形成左摩擦副，右内摩擦盘和右外摩擦盘形成右摩擦副；

所述右内摩擦盘固定在所述固定件右侧；

所述左外摩擦盘、右外摩擦盘和摩擦盘连接件固定连接成为外摩擦盘整体，所述外摩擦盘整与所述主支承件可轴向滑动且周向固定地连接。

7.如权利要求1所述的电动轮，其特征在于：

所述制动力提供装置还包括活塞推盘和第二弹子；

所述活塞推盘左表面上设置半球形第二弹子槽；

制动时所述活塞推盘向左运动；

旋转加压盘右表面周向上设置与所述第二弹子槽配合工作的第二弹子深度渐变槽，所述第二弹子深度渐变槽内的深度渐变方式是线性渐变；

第二弹子容纳在第二弹子槽和第二弹子深度渐变槽形成的空间内。

8.如权利要求7所述的电动轮，其特征在于：所述第二弹子槽和所述第二弹子深度渐变槽数量相同且均为多个，分别均布在所述活塞推盘和所述旋转加压盘的圆周方向。

9.如权利要求1所述的电动轮，其特征在于：

所述弹子加压结构包括移动加压盘、移动摩擦盘和第一弹子；

所述移动加压盘和移动摩擦盘之间固定连接；

所述移动加压盘位于旋转加压盘左侧，旋转加压盘左侧外表面周向上设置右第一弹子深度渐变槽；右第一弹子深度渐变槽的深度沿旋转加压盘制动时的旋转方向由浅变深，移动加压盘上设置与右第一弹子深度渐变槽相对应的左第一弹子深度渐变槽；

所述第一弹子容纳在所述左、右第一弹子深度渐变槽形成的空间内。

10.如权利要求9所述的电动轮，其特征在于：所述左、右第一弹子深度渐变槽的深度渐变方式是线性渐变。