CN111255826A - 一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法，制动器包括制动缸体、制动盘体和制动钳，制动缸体包括振子，振子上套设压电陶瓷；制动过程中，利用压电陶瓷的逆压电效应，连接振子的制动块做不同形式的高频微幅振动，从而使得摩擦片和制动盘间出现微幅间隙，产生泵送效应，加速制动过程中的热量散失，提高制动器的制动效能。制动时，制动缸体在制动盘体两侧产生制动力，当制动盘体两侧所受制动力不同时，制动盘体发生扭转使压电材料变形，利用压电材料的正压电效应产生交流电存储在蓄电池中，有效利用制动能量。

Description

一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法
技术领域
本发明属于超声振动技术领域，具体涉及一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法。
背景技术
普通的盘式制动器一般不带有超声振动的功能，在保证制动效能的情况下，制动过程中制动块与制动盘之间会产生大量的热量，产生的热量使得制动器的制动效能下降。另外，制动器制动时的能量没有得到有效地利用。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种压电俘能钳式制动器及其制动俘能方法，提高制动器的制动效能，同时有效利用制动器制动时的能量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种压电俘能钳式制动器，包括制动缸体、制动盘体和制动钳，两制动缸体横跨制动盘体嵌装在两侧的制动钳上，制动缸体由供能装置提供外力；
所述制动缸体包括依次设置的制动缸、弹性元件、振子、制动块及摩擦片，制动缸和弹性元件通过螺栓连接，振子没有凹槽的一侧固定于制动缸内侧面上，振子另一侧与制动块一侧过盈配合，制动块另一侧和摩擦片连接；
所述制动盘体包括配合连接的第一制动盘、压电材料和第二制动盘；
所述振子上套设有与DC/AC转换器连接的压电陶瓷，所述压电材料与AC/DC转换器连接，DC/AC转换器、AC/DC转换器均与蓄电池连接，蓄电池与ECU连接，ECU还与采集制动缸体制动力的压力传感器连接。
优选地，所述制动缸为柱状，且外侧封闭。
优选地于，所述弹性元件为椭环状，其截面与制动缸相同。
优选地，所述振子通过预紧螺栓和夹持元件固定于制动缸内侧面上。
一种压电俘能钳式制动器的制动俘能方法，两制动缸体在外力作用下压向制动盘体，当制动缸体的制动力达到预设的阈值时，蓄电池通过DC/AC转换器将直流电转换为交流电，激发振子高频振动，带动制动块和摩擦片振动，对制动盘体产生制动力，当制动盘体因两侧所受制动力不同而发生扭转时，引起压电材料变形，俘获回收制动能量。
进一步，所述制动盘体两侧所受制动力相同时，两振子施加相同的激励信号，制动盘体未发生扭转。
更进一步，所述制动盘体两侧所受制动力不同时，两振子施加不同的激励信号。
更进一步，所述不同的激励包括：两振子施加相同频率、相同幅值，但存在相位差的两激励信号，制动盘体发生扭转；两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号，制动盘体发生扭转；两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号，制动盘体未发生扭转；两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号，制动盘体未发生扭转。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中振子另一侧与制动块一侧过盈配合，制动块另一侧和摩擦片通过螺栓连接，振子高频振动时，带动制动块和摩擦片振动，制动块的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，减少或消除制动器的热衰退现象，提高了制动器的制动效能，降低制动引起的内摩擦和热量，提高车辆在长时间制动时的安全性。
(2)本发明采用不同的振子激励方式，包括两振子施加相同的激励信号，两振子施加相同频率、相同幅值，但存在相位差的两激励信号，两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号，两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号，两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号；由于振子激励方式不同，可改变制动盘体两侧的制动力，使压电材料发生形变，将制动器制动时的能量有效的回收并加以再利用。
附图说明
图1为本发明压电俘能钳式制动器的整体示意图；
图2为本发明制动缸体装配部分的示意图；
图3为本发明制动缸和振子的装配示意图；
图4为本发明制动盘体装配部分示意图；
图5为本发明压电俘能钳式制动器工作过程示意图；
图中：1-制动缸体，2-制动盘体，3-制动钳，4-制动缸，5-弹性元件，6-振子，7-制动块，8-螺栓，9-摩擦片，10-供能装置，11-预紧螺栓，12-夹持元件，13-压电陶瓷，14-第一制动盘，15-压电材料，16-第二制动盘，17-AC/DC转换器，18-蓄电池，19-压力传感器，20-DC/AC转换器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。示例实施例仅为帮助更好的理解本发明，并不构成对本发明的限定。附图仅为说明本实施例，并不是按照比例绘制。
如图1所示，一种压电俘能钳式制动器，包括制动缸体1、制动盘体2、制动钳3及供能装置10，制动钳3固定在车桥上，两对称制动缸体1横跨制动盘体2嵌装在两侧的制动钳3上，制动盘体2固定在轮毂上；压电俘能钳式制动器工作过程中，制动缸体1通过供能装置10提供外力；供能装置10可以选用电机、液压缸等。
如图2所示，制动缸体1包括依次设置的制动缸4、弹性元件5、振子6、制动块7、螺栓8及摩擦片9，制动缸4为柱状，且外侧封闭；弹性元件5为椭环状，其截面与制动缸4相同，制动缸4和弹性元件5通过螺栓连接，如图3所示，振子6没有凹槽的一侧通过预紧螺栓11和夹持元件12固定于制动缸4内侧面上，振子6另一侧与制动块7一侧过盈配合，并利用螺钉连接，制动块7另一侧和摩擦片9通过螺栓8连接。夹持元件12上设有压力传感器19，压力传感器19采用制动缸体1的制动力，并传输给ECU，ECU中预设制动力阈值。压电陶瓷13套设在振子6与制动缸4连接一侧的螺柱上，并由夹持元件12固定。压电陶瓷13通过导线DC/AC转换器20连接，DC/AC转换器20与蓄电池18连接。
如图4所示，制动盘体2包括第一制动盘14、压电材料15和第二制动盘16，若干压电材料15位于第一制动盘14和第二制动盘16之间，第一制动盘14上设有多个与压电材料15外形相对应的多边形凹槽，第二制动盘16上铸有连接轴，连接轴的形状与压电材料15内孔相同，第一制动盘14上的多边形凹槽中填放压电材料15后，与第二制动盘16的连接轴配合连接。连接轴中均设有导线孔，压电材料15通过导线依次与AC/DC转换器17、蓄电池18连接，蓄电池18与ECU连接。
一种压电俘能钳式制动器的工作过程为：
如图5所示，制动开始时，供能装置10给制动缸体1提供外力，左右两制动缸体1被压向制动盘体2，压力传感器19采用制动缸体1的制动力，并传输给ECU，当制动力达到预设的阈值时，ECU将向蓄电池18发出激励信号，蓄电池18通过DC/AC转换器20将直流电转换为交流电，通过压电陶瓷13激发振子6高频振动，带动制动块7高频微幅振动，使制动过程中摩擦片9和制动盘之间出现微幅间隙，产生泵送效应；同时，制动缸体1对制动盘体2产生制动力，制动盘体2因两侧所受制动力不同而扭转，引起压电材料15变形，由压电材料15的逆压电效应输出交流电，通过AC/DC转换器17转换为直流电存储到蓄电池18中。
实施例1
制动时，给两个振子6施加相同的激励信号(如接入同一正弦激励)，两制动块7产生相同频率和幅值的微幅振动，制动盘体2两侧同时受相同的制动力，未发生扭转。此模式下，只有制动块7的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，提高了制动器的制动效能；制动盘体未发生扭转，不会引起压电材料15变形，不俘获回收制动能量。
实施例2
制动时，给两振子施加相同频率、相同幅值，但存在相位差的两激励信号(如相位相差90°的两正弦激励)，两制动块到达振动位移幅值的时间不同，致使同一时刻制动盘体2两侧制动力大小不同，发生扭转。此模式下，制动块7的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，提高了制动器的制动效能；同时制动盘体2因两侧所受制动力不同而扭转，引起压电材料15变形，压电材料15的形变将转换为电能，俘获回收制动能量。
实施例3
制动时，给两振子施加相同幅值、不同频率的激励信号，两振子最大振动位移相同，制动盘体2两侧最大制动力相同，但两侧的制动力幅值出现的时刻不同。此模式下，制动块7的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，提高了制动器的制动效能；同时制动盘体2因受制动力不同而扭转，引起压电材料15变形，压电材料15的形变将转换为电能，俘获回收制动能量。
实施例4
制动时，给两振子施加不同幅值、相同频率的激励信号，制动盘体2两侧振动位移幅值总是同时达到，制动盘体2两侧制动力幅值不同，一侧制动力恒大于另一侧，则制动盘体2未发生扭转。此模式下，制动块7的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，提高了制动器的制动效能；制动盘体2未发生扭转，不会引起压电材料15变形，不俘获回收制动能量。长期处于此模态，对制动效果有害，应当避免制动器处于此模态。
实施例5
制动时，两振子一侧施加激励信号而另一侧无激励信号(如一侧接入正弦激励，另一侧无激励)，制动力始终保持一侧不小于另一侧，则制动盘体2未发生扭转。此模式下，制动块7的高频振动引起泵送效应，加速制动时摩擦热量的散失，提高了制动器的制动效能；制动盘体2未发生扭转，不会引起压电材料15变形，不俘获回收制动能量。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种压电俘能钳式制动器，其特征在于，包括制动缸体(1)、制动盘体(2)和制动钳(3)，两制动缸体(1)横跨制动盘体(2)嵌装在两侧的制动钳(3)上，制动缸体(1)由供能装置(10)提供外力；
所述制动缸体(1)包括依次设置的制动缸(4)、弹性元件(5)、振子(6)、制动块(7)及摩擦片(9)，制动缸(4)和弹性元件(5)通过螺栓连接，振子(6)没有凹槽的一侧固定于制动缸(4)内侧面上，振子(6)另一侧与制动块(7)一侧过盈配合，制动块(7)另一侧和摩擦片(9)连接；
所述制动盘体(2)包括配合连接的第一制动盘(14)、压电材料(15)和第二制动盘(16)；
所述振子(6)上套设有与DC/AC转换器(20)连接的压电陶瓷(13)，所述压电材料(15)与AC/DC转换器(17)连接，DC/AC转换器(20)、AC/DC转换器(17)均与蓄电池(18)连接，蓄电池(18)与ECU连接，ECU还与采集制动缸体(1)制动力的压力传感器(19)连接。
2.根据权利要求1所述的压电俘能钳式制动器，其特征在于，所述制动缸(4)为柱状，且外侧封闭。
3.根据权利要求2所述的压电俘能钳式制动器，其特征在于，所述弹性元件(5)为椭环状，其截面与制动缸(4)相同。
4.根据权利要求1所述的压电俘能钳式制动器，其特征在于，所述振子(6)通过预紧螺栓(11)和夹持元件(12)固定于制动缸(4)内侧面上。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法，其特征在于，两制动缸体(1)在外力作用下压向制动盘体(2)，当制动缸体(1)的制动力达到预设的阈值时，蓄电池(18)通过DC/AC转换器(20)将直流电转换为交流电，激发振子(6)高频振动，带动制动块(7)和摩擦片(9)振动，对制动盘体(2)产生制动力，当制动盘体(2)因两侧所受制动力不同而发生扭转时，引起压电材料(15)变形，俘获回收制动能量。
6.根据权利要求5所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法，其特征在于，所述制动盘体(2)两侧所受制动力相同时，两振子(6)施加相同的激励信号，制动盘体(2)未发生扭转。
7.根据权利要求6所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法，其特征在于，所述制动盘体(2)两侧所受制动力不同时，两振子(6)施加不同的激励信号。
8.根据权利要求7所述的压电俘能钳式制动器的制动俘能方法，其特征在于，所述不同的激励包括：两振子(6)施加相同频率、相同幅值，但存在相位差的两激励信号，制动盘体(2)发生扭转；两振子(6)施加相同幅值、不同频率的激励信号，制动盘体(2)发生扭转；两振子(6)施加不同幅值、相同频率的激励信号，制动盘体(2)未发生扭转；两振子(6)一侧施加激励信号而另一侧无激励信号，制动盘体(2)未发生扭转。
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