CN111452824A - 一种电子机械驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子机械驱动机构，包括直流力矩电机、编码器、电磁制动器和行星齿轮及箱体、前后盖、防尘盖等组件。编码器定子部分固定在电机后盖上，编码器转子部分通过自身锁紧机构抱死在电机轴上；电磁制动器定子固定在电机后盖上，制动器转子通过平键与电机轴之间传递动力；电机轴输出端与行星齿轮中太阳轮固定，行星齿轮中齿圈与电机前盖固定，行星轮通过行星架将制动力输出。发明的电子机械驱动机构结构紧凑、安装方便、维护简易，具有提供双向制动功能，且能实时监测电机轴旋转角度，调节精度高，安全可靠；在遇到故障时，操作人员可旋转六角复位螺杆进行紧急机械缓解。

Description

一种电子机械驱动机构

技术领域

本发明属于轨道车辆制动系统技术领域，具体涉及一种电机驱动制动装置。

背景技术

对于轨道车辆而言，广泛采用空气制动或液压制动，无法彻底摆脱对压力空气或液压油的依赖。空气制动由于空气工作压力低，制动缸尺寸大，气源及储存结构对安装空间要求大，且制动噪声大、维护成本高；液压制动结构集成度较高，工作压力高，一旦液压油泄露对制动影响极大，甚至影响车辆运营安全，而且维护和维修成本较高。

随着轨道车辆电气化和智能化发展，作为轨道制动系统动力源，需要进一步加深电气化程度，实现从满足功能、提升性能到智能的突破。

自上个世纪九十年代，国外一些主要著名的零部件广商，如Bosch、Siemens以及Continental Teves等，就己经对电子机械制动夹钳展开了研究，申请了许多相关专利，做过一些相应的系统仿真和装车试验，并取得了突破性的进展。

经检索发现中国实用新型专利CN 207080529 U，公开了一种自锁式电子机械制动装置，其包含有电子机械驱动机构。电子机械驱动机构的电机安装在箱体上，行星齿轮传动机构的太阳轮设置在电机输出轴上，齿圈固定在箱体内，行星架与丝杠轴同轴连接。电机驱动电机输出轴转动，通过行星齿轮传动机构驱动丝杠轴旋转，从而实现制动力的输出。这属于电子机械制动的基础设计方案，常应用于汽车的制动器中。该设计的轴向距离较大，进而使得整个制动装置的体积庞大，不适用于车下空间狭小的轨道车辆。并且由于轨道车辆的特殊性，特别是在电机发生故障时需要进行手动的制动力缓解，使得这种常用于汽车的电子机械驱动机构也无法直接应用于轨道车辆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种新型驱动机构，弥补现有轨道交通行业通过空气或液压油提供制动力的空白。

为了解决以上技术问题，本发明提供的电子机械驱动机构，包括壳体、电机、行星齿轮组件和电磁制动器，行星齿轮组件的太阳轮设置在电机的电机轴上，行星齿轮组件的齿圈相对于壳体固定，行星齿轮组件行星架作为电子机械驱动机构的输出，其特征在于：所述壳体由箱体、前盖和后盖拼接而成，所述行星齿轮组件位于壳体内，齿圈固定于前盖内；电机轴后端向后伸出后盖，所述电磁制动器的定子与后盖固定，电磁制动器的转子毂与电机轴连接，所述电磁制动器为常闭式制动器。

行星齿轮组件将电机轴输出力放大后输出，电磁制动器实现驱动机构断电情况下输出力的自保持功能。

本发明的驱动机构采用外方内圆的三段模块化组装，其圆柱形的内腔使得内部零部件的安装较为方便，结构紧凑，有利于各种功能的实现，该驱动机构相对独立，给后期维护带来极大便利。其方边及法兰接口可以根据不同需求进行调节，方便安装、拆解，极大的提高了其适用性。

本发明的电机具有软机械特性和宽调速范围，能够保持制动力持续输出功能，当负载增加时，驱动机构转速能够自动降低，而输出力增加，保持输出力与负载的平衡。由于力矩电机堵转转矩大、堵转电流小等特点，保证驱动机构能够进行长时间堵转。

本发明的电子机械驱动机构还设有机械缓解功能，当驱动机构失电、制动力不缓解时，可通过外加移动电源将电磁制动器缓解，用常规扳手将驱动机构制动力进行机械缓解。若安装空间许可，可选择带手动缓解功能的电磁制动器，即可省去移动电源，通过电磁制动器把手对电磁制动器进行缓解。具体操作步骤：先移除防尘盖，将电磁制动器手动缓解（或通电缓解），再将扳手套在电机轴内六角孔中，反制动方向转动（电机轴与行星架旋转方向相同），使其带动行星架反制方向旋转，实现机械缓解。另外，在初始安装时，亦可通过调节编码器，实现电机轴初始位置的确定。

附图说明

图1是电子机械驱动机构整体示意图。

图2是行星齿轮组件示意图。

图3是电子机械驱动机构剖视图。

图4是行星齿轮组件爆炸图。

图中标号示意如下：

1：连接器，2：输出端固定螺钉及垫圈，3：电机定子，4：电机转子，5：编码器，6：电磁制动器，7：电机轴，8：转子支架，9：平键，10：圆螺母及止动垫圈，11：行星齿轮组件，12：前盖，13：垫圈，14：轴承，15：O形圈，16：箱体，17：后盖，18：防尘盖，1-1：行星架，1-2：滚针轴承，1-3：行星轮，1-4：太阳轮，1-5：齿圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、图2所示，本实施例电子机械驱动机构包括壳体、直流力矩电机、编码器5、电磁制动器6和行星齿轮组件11。壳体由箱体16、前盖12和后盖17通过螺栓固定为一体，防尘盖18通过螺栓与后盖17连接。

本实施例电机为伺服电机中的永磁直流力矩电机，其特点是电机可以直接驱动负载、堵转力矩大、过载能力强，且可以大扭矩长期堵转。所述电机为无刷电动机，采用半导体开关器件代替传统的刷或启动绕组进行换向，具有可靠性高、噪音小等优点。

电机包括由三相绕组和叠压硅钢片组成的电机定子3、磁钢采用表贴式的电机转子4、以及前后端分别通过轴承承载于箱体16和后盖17的电机轴7。绕组采用聚酯漆包线（根据环境要求或采用聚酯亚胺漆包线）按固定匝数缠绕而成，绕组与硅钢片之间用绝缘纸隔离，绕组两端采用特殊工艺进行整形，可保证电气间隙小于1mm。电机定子由定子铁芯和磁钢组成，磁钢粘结在铁芯外圈凹槽内，磁钢采用钕铁硼磁粉加入粘合剂粘结而成，通过时效热处理提高磁铁矫顽力。

电机定子3与箱体16过赢配合，转子支架8外侧与电机转子4通过螺栓连接，转子支架8内侧通过圆螺母和止动垫圈10固定在电机轴7上，转子支架8和电机轴7之间通过平键9传递制动力。作为一种简化方式：取消转子支架8、圆螺母和止动垫圈10，将电机轴7通过螺栓直接和电机转子4连接，该方式要保证电机轴7与电机转子4整体保持动平衡，且避免引起电磁噪声。电机轴7尾端设置有供手动旋转的接口。本例中采用内六角孔，需要手动缓解时，用扳手套在电机轴后端内六角孔内转动电机轴7即可。

编码器5为中空旋转编码器，编码器5的定子部分与后盖17螺栓固定，编码器5的码盘与转子支架8固定，从而使编码器码盘与电机轴抱死。当电机转子旋转时，带动转子支架旋转，转子支架带动编码器码盘旋转。

电磁制动器6的定子通过螺栓固定在后盖17上，电磁制动器6的转子毂通过平键与电机轴7之间传递制动力，可通过轴用弹性挡圈防止转子毂与电机轴7轴向运动。电磁制动器属常闭式制动器，通电时制动器产生的电磁力克服弹簧作用力，使转子与转子毂分离，转子毂随电机轴旋转；失电时制动器不产生电磁力，转子在弹簧作用下与转子毂产生摩擦，摩擦力通过转子毂作用在电机轴上，使电机轴停止旋转。

电机驱动机构通过O形圈15密封，电磁制动器6通过防尘盖18防护，提高驱动机构整体防护等级。电机三相线、电磁制动器电源线与编码器信号线分两个连接器出线，减少电磁之间相互干扰。

如图3、图4所示，行星齿轮组件由行星架1-1、齿圈1-5、太阳轮1-4和三个行星轮1-3组成，太阳轮1-3为输入端（电机轴7与太阳轮1-3联接），行星架1-1为输出端。行星齿轮齿圈1-5与前盖12过赢配合，行星架1-1通过轴承与前盖12保持同轴。行星轮1-1内嵌无内框滚针轴承，行星架1-1的三个圆柱插入行星轮的滚针轴承内。行星架1-1通过两个轴承14与前盖12配合，通过调整行星架输出端结构使轴向力通过垫片、轴承传递到前盖12上，避免行星架受轴向作用力。行星齿轮组件属于2K-H型单级传动，具有传动效率高、体积小、结构简单、制作方便等优点。

本实施例电子机械驱动机构中，行星齿轮组件将电机轴输出力放大后输出，编码器实现电机轴旋转角度的实时监测，电磁制动器实现驱动机构断电情况下输出力的自保持功能。

电子机械驱动机构可实现双向制动及缓解：先将电磁制动器通电缓解，再通过驱动器控制电机正向/反向旋转，驱动器驱动电机按照指令正向或反向、快速或慢速等工作。当电机输出目标制动力或满足制动需求时，将电磁制动器断电，电磁制动器抱死电机轴，再将电机断电，此时靠机械结构保持制动力，不需要继续消耗电能。

电机轴不会发生轴向及径向相对移动，通过以下结构实现：电机轴通过轴肩与前后轴承内框限位，前后轴承外框分别被箱体及后盖卡住，箱体与后盖通过螺栓紧固，确保电机轴无轴向和径向相对位移。

为避免行星架受轴向作用力而引起卡滞现象，在行星架输出端设置两个深沟球轴承，轴承前段布有垫片，将轴向作用力通过垫片及轴承传递到前盖上。

本实施例驱动机构执行基础制动、缓解、输出位置实施检测、手动机械缓解功能的具体实施如下所示：

在正常制动时，电机旋转（正向制动或反向制动），电机轴带动行星齿轮组件旋转，行星架输出制动力。

在正常缓解时，电机反转（与制动时方向相反），电机轴带动行星齿轮组件反向旋转，行星架输出反向制动力。

本发明具有输出位置实施检测功能。实施制动前，将编码器反馈信息清零，可认为此时电机轴相对箱体初始角度为零，当电机正转或反转时，编码器输出正电信号或负电信号，通过对电信号的积分及转换可以得到电机轴旋转的角度。

本发明的驱动机构具有手动机械缓解功能。先移除外部防尘罩，通过外接移动电源将电磁制动器缓解，用扳手套在电机轴后端内六角孔内，按制动反方向旋转电机轴，使电机轴带动太阳轮反方向旋转，太阳轮通过行星轮带动行星架反方向旋转，从而缓解制动。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子机械驱动机构，包括壳体、电机、行星齿轮组件（11）和电磁制动器（6），行星齿轮组件（11）的太阳轮设置在电机的电机轴（7）上，行星齿轮组件（11）的齿圈（1-5）相对于壳体固定，行星齿轮组件（11）的行星架（1-1）作为电子机械驱动机构的输出，其特征在于：所述壳体由箱体（16）、前盖（12）和后盖（17）拼接而成，所述行星齿轮组件（11）位于壳体内，齿圈（1-5）固定于前盖（12）内；电机轴（7）后端向后伸出后盖（17），所述电磁制动器（6）的定子与后盖（17）固定，电磁制动器（6）的转子毂与电机轴（7）连接，所述电磁制动器（6）为常闭式制动器。

2.根据权利要求1所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述电机轴（7）尾端设置有供手动旋转的接口。

3.根据权利要求1所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述后盖（17）固定有用于罩住电磁制动器（6）和电机轴（7）的防尘盖（18）。

4.根据权利要求1所述的电子机械驱动机构，其特征在于：电机定子（3）固定于箱体（16）内，电机转子（4）与电机轴（7）连接。

5.根据权利要求4所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述电机轴（7）通过平键（9）联接转子支架（8），所述电机转子（4）固定于该转子支架（8）。

6.根据权利要求5所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述转子支架（8）通过圆螺母和止动垫圈（10）与电机轴（7）抱死。

7.根据权利要求4所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述电机轴（7）前部和后部分别通过轴承支撑于箱体（6）前部和后盖（17）。

8.根据权利要求4所述的电子机械驱动机构，其特征在于：还具有编码器(5)，编码器5的码盘与转子支架（8）固定，编码器(5)的定子固定于后盖（17）。

9.根据权利要求4所述的电子机械驱动机构，其特征在于：得电时，电磁制动器（6）产生的电磁力克服弹簧作用力，电磁制动器（6）的转子与转子毂分离，转子毂随电机轴旋转；失电时，电磁制动器（6）不产生电磁力，电磁制动器（6）转子在弹簧作用下与转子毂产生摩擦，摩擦力通过转子毂作用在电机轴（7）上，使电机轴停止旋转。

10.根据权利要求1所述的电子机械驱动机构，其特征在于：所述行星齿轮组件（11）包括：太阳轮（1-4）、行星轮（1-3）、行星架（1-1）和齿圈（1-5），其中太阳轮（1-4）与电机轴（7）固定，齿圈（1-5）与前盖（12）固定，行星架（1-1）的圆柱分别插入行星轮（1-3）中心的滚针轴承内，行星架（1-1）输出端通过轴承（14）支撑于前盖（12）。

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