CN113915267A - 电机械制动缸及电机械制动夹钳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机械制动缸及电机械制动夹钳，电机械制动缸包括：弹簧蓄能单元，内设腔体Ⅰ，腔体Ⅰ内设有楔形件和与楔形件配合的弹性组件；电驱动单元，与弹性蓄能单元相互垂直设置，包括：壳体组件，内设腔体Ⅱ；驱动组件，设于腔体Ⅱ内；传动组件，设于腔体Ⅱ内，与驱动组件和壳体组件连接；输出件，与壳体组件连接，其作用部伸入腔体Ⅰ内；滚轮组件，位于腔体Ⅰ内，设于作用部末端，与楔形件接触连接；锁止组件，与传动组件配合；电机驱动器单元，设于壳体组件的圆周上，与驱动组件连接；第一弹性件，安装于输出件靠近弹簧蓄能单元的一侧，与弹簧蓄能单元连接。本发明无需液压和气压，结构紧凑，体积小、重量轻，可靠性高。

Description

电机械制动缸及电机械制动夹钳

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道车辆制动技术，具体地说，涉及一种电机械制动缸电机械制动夹钳。

背景技术

随着工业控制技术的革新和轨道交通整体性能要求的不断提高，对轨道车辆制动器电气化的要求不断提高，智能化、网络化和轻量化已经成为发展趋势。电气化的制动器已不再需要液压或气压等方式中的大量管路和动力源。电气化的制动器中，一项关键的技术是如何可靠地保证在失电状态下的制动输出以及停放制动的长期制动力保持，传统的停放缸已经无法满足要求。

为了提高停放制动的可靠性，轨道交通厂家对点机械制动夹钳进行开发，提出了新型的电机械制动夹钳，采用电机械制动缸，能够实现车辆在失电状态下的制动输出以及停放制动的长期制动力保持。但是相对于气动夹钳，特别是不带停放的气动夹钳，重量增加，结构更加复杂。

发明内容

本发明针对现有电机械制动夹钳存在的体积大、重量重等上述问题，提供了一种结构紧凑、体积小、重量轻的电机械制动缸及电机械制动夹钳，在不需要液压和气压装置的条件下，简化制动夹钳结构，减小制动夹钳体积，减轻制动夹钳重量，为轨道车辆提供制动力，保证轨道车辆安全。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电机械制动缸，包括：

弹簧蓄能单元，内设腔体Ⅰ，腔体Ⅰ内设有：

楔形件；

弹性组件，与楔形件配合；

电驱动单元，与弹性蓄能单元相互垂直设置，包括：

壳体组件，内设腔体Ⅱ；

驱动组件，设于腔体Ⅱ内；

传动组件，设于腔体Ⅱ内，与驱动组件和壳体组件连接；

输出件，与壳体组件连接，其作用部伸入腔体Ⅰ内；

滚轮组件，位于腔体Ⅰ内，设于作用部末端，与楔形件接触连接；

锁止组件，与传动组件配合；

电机驱动器单元，设于壳体组件的圆周上，与驱动组件连接；

第一弹性件，安装于输出件靠近弹簧蓄能单元的一侧，与弹簧蓄能单元连接。

优选的，传动组件包括：

丝杠，通过旋转组件分别与驱动组件和壳体组件连接，丝杠靠近输出件的一端内设空腔；

丝杠螺母，通过多个行星滚柱与丝杠传动连接，丝杠螺母与壳体组件连接；

丝杠端盖，与丝杠远离输出件的一端连接。

优选的，驱动组件包括：

转子，设于腔体Ⅱ内，通过旋转组件与丝杠连接，并与电机驱动器单元连接；

定子，设于腔体Ⅱ内，套设于转子上，与转子配合；

位置传感器，设于定子内。

优选的，壳体组件包括：

壳体；

端盖Ⅰ，与壳体的第一端部连接，丝杠螺母与端盖Ⅰ轴向滑动连接；

端盖Ⅱ，与壳体的第二端部连接，端盖Ⅱ与输出件连接形成腔体Ⅲ；

支撑件，位于端盖Ⅰ外侧，与丝杠螺母连接；支撑件与端盖Ⅰ、壳体、端盖Ⅱ之间形成腔体Ⅱ。

优选的，端盖Ⅰ的内表面上设有花键，花键与设置在丝杠螺母外表面上的键槽配合，丝杠螺母轴向移动时，花键沿键槽轴向滑动。

优选的，旋转组件包括：

第一轴承件，安装于端盖Ⅰ的安装孔内；

第二轴承件，安装于端盖Ⅱ的安装孔内；

旋转件，安装于第一轴承件与第二轴承件之间，连接丝杠和转子；

第三轴承件，安装于端盖Ⅱ的安装孔内，与丝杠的端部连接。

优选的，锁止组件包括：

第一锁止件，位于腔体Ⅲ内，其凸起部位于丝杠端部的空腔内，与设于空腔内的限位件配合；

单向轴承件，位于腔体Ⅲ内，连接于第一锁止件外部；

棘轮，位于腔体Ⅲ内，连接于单向轴承件的外部；

第二锁止件，设于端盖Ⅱ的圆周上，其锁止部穿过设于缸盖Ⅱ上第一通孔伸入腔体Ⅲ内与棘轮卡接。

进一步的，锁止组件还包括：

固定件，安装于端盖Ⅱ外侧，其内部中空，固定件设有第二通孔和第三通孔，第二通孔与第一通孔连通，第三通孔与外部连通，第二锁止件位于固定件内，第二锁止件的锁止部穿过第二通孔和第一通孔进入腔体Ⅲ；

第二弹性件，位于固定件内，套设于第二锁止件外部，第二弹性件分别与第二锁止件和固定件内部抵接；

拉动件，其一端位于固定件外部，另一端穿过第三通孔伸入固定件内与第二锁止件连接。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种电机械制动夹钳，包括：

钳体支架；

两个钳臂，对称安装于钳体支架上；

闸片组件，安装于钳臂的端部；

电机械制动缸，安装于两个钳臂之间，所述电机械制动缸采用上述电机械制动缸，电机械制动缸的电驱动单元通过电驱动单元的支撑件与第一钳臂铰接，电机械制动缸的弹簧蓄能单元与第二钳臂铰接，电机械制动缸的电机驱动器单元通过连接器连接制动控制器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明电机械制动缸采用模块化设计，由电驱动单元、弹簧蓄能单元、电机驱动器单元等模块组成，组合方式灵活，能量密度大，电驱动单元和弹簧蓄能单元呈轴线相互垂直布置，大大节省了电驱动单元轴向方向上的尺寸，结构更加紧凑。

(2)本发明在制动与缓解时均不需要气压或液压装置，结构更加简单，体积小，重量轻。

(3)本发明传动组件采用行星滚柱丝杠副，一个部件能够实现两种功能，一方面是将旋转运动与直线运动转化，另一方面是由于行星滚柱丝杠副具有一定的传动比，能够实现减速增矩的功能。与传统的行星齿轮传动相比，结构更加紧凑，重量轻，承载能力大。同时可以减小电机的扭矩，使得电机可以设计的更小，即减小电驱动单元的体积。

(4)本发明通过锁止组件与丝杠配合实现停放制动和停放缓解。在停放制动时，一方面通过锁止组件锁定丝杠，使丝杠无法旋转，实现停放件锁止，另一方面，弹簧蓄能单元中的弹性件压缩楔形件移动，由于电驱动单元通过滚轮组件与楔形件接触，使得电驱动单元沿着远离弹簧蓄能单元的放向移动，移动到一定位移后，产生停放制动力，实现停放功能。在停放缓解时，锁止组件解锁丝杠，使丝杠旋转，实现缓解功能。

附图说明

图1-3为本发明实施例所述电机械制动缸结构示意图；

图4为本发明实施例所述电驱动单元的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例所述输出件的结构示意图；

图6为本发明实施例所述电机械制动夹钳结构示意图。

图中，1、弹簧蓄能单元，11、腔体Ⅰ，12、楔形件，13、连接销，2、电驱动单元，21、腔体Ⅱ，22、输出件，221、作用部，23、滚轮组件，241、丝杠，242、空腔，243、丝杠螺母，244、行星滚柱，245、丝杠端盖，251、转子，252、定子，261、壳体，262、端盖Ⅰ，263、端盖Ⅱ，264、腔体Ⅲ，265、支撑件，271、第一轴承件，272、第二轴承件，273、旋转件，274、第三轴承件，281、第一锁止件，282、单向轴承件，283、棘轮，284、第四轴承件，285、固定件，286、拉动件，3、电机驱动器单元，4、第一弹性件，5、钳体支架，61、第一钳臂，62、第二钳臂，7、闸片组件，8、电机械制动缸。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：参见图1至图4，本实施例提供了一种电机械制动缸，包括：

弹簧蓄能单元1，内设腔体Ⅰ11，腔体Ⅰ11内设有：

楔形件12；

弹性组件，与楔形件12配合；

电驱动单元2，与弹性蓄能单元1相互垂直设置，包括：

壳体组件，内设腔体Ⅱ21；

驱动组件，设于腔体Ⅱ21内；

传动组件，设于腔体Ⅱ21内，与驱动组件和壳体组件连接；

输出件22，与壳体组件连接，其作用部221伸入腔体Ⅰ101内；

滚轮组件23，位于腔体Ⅰ101内，设于作用部221末端，与楔形件102接触连接；

锁止组件，与传动组件配合；

电机驱动器单元3，设于壳体组件的圆周上，与驱动组件连接；

第一弹性件4，安装于输出件22靠近弹簧蓄能单元1的一侧，与弹簧蓄能单元1连接。

本实施例将电驱动单元和弹簧蓄能单元呈轴线相互垂直布置，大大节省了电驱动单元轴向方向上的尺寸，结构更加紧凑。

继续参见图4，传动组件包括：

丝杠241，通过旋转组件分别与驱动组件和壳体组件连接，丝杠241靠近输出件22的一端内设空腔242；

丝杠螺母243，通过多个行星滚柱244与丝杠241传动连接，丝杠螺母243与壳体组件连接；

丝杠端盖245，与丝杠241远离输出件22的一端连接。

本实施例电机械制动缸，其传动组件采用行星滚柱丝杠副，一个部件能够实现两种功能，一方面将旋转运动转换为直线运动，另一方面，由于行星滚柱丝杠副具有一定的传动比，能够实现减速增矩功能。使电驱动单元的结构更加紧凑，重量轻，承载能力大。同时，可以减小电驱动单元的扭矩，使电驱动单元可以设计的更小，进一步减小电机械制动缸的尺寸。

继续参见图4，驱动组件包括：

转子251，设于腔体Ⅱ21内，通过旋转组件与丝杠241连接，并与电机驱动器单元3连接；

定子252，设于腔体Ⅱ21内，套设于转子251上，与转子251配合；

位置传感器，设于定子252内。

在定子中设置位置传感器，通过位置传感器实时获取电驱动单元的位置信息。

继续参见图4，壳体组件包括：

壳体261；

端盖Ⅰ262，与壳体261的第一端部连接，丝杠螺母243与端盖Ⅰ262轴向滑动连接；

端盖Ⅱ263，与壳体261的第二端部连接，端盖Ⅱ263与输出件22连接形成腔体Ⅲ264；

支撑件265，位于端盖Ⅰ262外侧，与丝杠螺母243连接；支撑件265与端盖Ⅰ262、壳体261、端盖Ⅱ263之间形成腔体Ⅱ21。

具体地，端盖Ⅰ的内表面上设有花键，花键与设置在丝杠螺母外表面上的键槽配合，丝杠螺母轴向移动时，花键沿键槽轴向滑动。通过花键和键槽的作用使丝杠螺母无法旋转，只能轴向移动，从而通过丝杠螺母输出制动力。

继续参见图4，旋转组件包括：

第一轴承件271，安装于端盖Ⅰ262的安装孔内；

第二轴承件272，安装于端盖Ⅱ263的安装孔内；

旋转件273，安装于第一轴承件271与第二轴承件272之间，连接丝杠241和转子251；

第三轴承件274，安装于端盖Ⅱ263的安装孔内，与丝杠241的端部连接。

需要说明的是，第一轴承件为旋转件提供轴向支撑，第二轴承件为旋转件提供径向支撑，第三轴承件为丝杠提供径向支撑。一方面轴承件为旋转件和丝杠提供支撑，另一方面可以提高传动组件转动时的稳定性。

继续参见图4，锁止组件包括：

第一锁止件281，位于腔体Ⅲ264内，其凸起部位于丝杠241端部的空腔242内，与设于空腔242内的限位件配合；

单向轴承件282，位于腔体Ⅲ264内，连接于第一锁止件281外部；

棘轮283，位于腔体Ⅲ264内，连接于单向轴承件282的外部；

第二锁止件，设于端盖Ⅱ263的圆周上，其锁止部穿过设于缸盖Ⅱ上第一通孔伸入腔体Ⅲ264内与棘轮283卡接。

需要说明的是，第一锁止件与丝杠同轴布置，第一锁止件的凸起部与限位件配合，停放制动时，两者之间接触，限位件通过第一锁止件的凸起部将停放制动力使丝杠产生的旋转扭矩传递至单向轴承件，然后由单向轴承件传递至棘轮，棘轮由于第二锁止件的作用无法旋转，进而限制丝杠旋转。此外，由于单向轴承件的作用，第一锁止件和棘轮旋转时仅能单向旋转。

具体地，继续参见图4，棘轮283与输出件22之间通过第四轴承件284连接，第四轴承件安装于棘轮的外圆柱面上。一方面第四轴承件为棘轮提供径向支撑，另一方面，棘轮通过第四轴承件相对输出件转动连接，第四轴承件提高棘轮转动的稳定性。

进一步的，继续参见图1、图2，锁止组件还包括：

固定件285，安装于端盖Ⅱ263外侧，其内部中空，固定件285设有第二通孔和第三通孔，第二通孔与第一通孔连通，第三通孔与外部连通，第二锁止件位于所述固定件285内，第二锁止件的锁止部穿过第二通孔和第一通孔进入腔体Ⅲ；

第二弹性件，位于固定件内，套设于第二锁止件外部，第二弹性件分别与第二锁止件和固定件内部抵接；

拉动件286，其一端位于固定件285外部，另一端穿过第三通孔伸入固定件285内与第二锁止件连接。

需要缓解停放制动力时，采用手拉的方式进行缓解，通过手拉动拉动件，使第二锁止件的锁止部移出棘轮，棘轮在扭矩的作用下发生旋转，丝杠同时旋转，实现缓解功能。

本实施例中，第一弹性件和第二弹性件均采用弹簧。弹簧蓄能单元采用市面上常用的弹簧蓄能单元。此外，电驱动器单元同样采用市面上常用的电驱动器单元。

本实施例电机械制动缸具有制动力输出、制动力缓解、停放制动和手拉缓解功能，能够为轨道车辆实现常用制动、常用缓解、停放制动、手动缓解、紧急制动功能，保证轨道车辆的安全。

本实施例电机械制动缸在使用时，先将其安装在制动夹钳的两个钳臂之间，具体地说，就是将支撑件和弹簧蓄能单元分别与制动夹钳的钳臂连接。然后将电机驱动器单元通过连接器与制动控制器连接。以下分别对实施例电机械制动缸实现的常用制动、常用缓解、紧急制动、紧急缓解、停放制动、停放缓解、手动缓解功能进行详细说明。

为了清楚地说明，下述功能描述中，以图4所示为例进行说明，旋转方向的视角为基于图4中从右侧向左侧看。

常用制动：参见图4，电机驱动器单元得到制动控制器的指令后，驱动转子251顺时针旋转(旋转方向与传动组件本身的设计有关，此处，仅通过顺时针旋转来进行说明)，带动行星滚柱244同时产生自转和公转运动。由于丝杠螺母243通过其外表面的键槽与第一端盖262内表面上的花键结构配合，使得丝杠螺母243无法旋转，只能轴向移动。行星滚柱244的旋转带动丝杠螺母243向左伸出，通过支撑件265推动钳臂摆动，夹钳输出制动力。在这个过程中，电驱动单元2和弹簧蓄能单元1通过滚轮组件23和楔形件12传递轴向力。

常用缓解：参见图4，电机驱动器单元得到制动控制器的缓解指令后，驱动转子251逆时针旋转，带动行星滚柱244同时产生自转和公转运动。行星滚柱244的旋转带动丝杠螺母243向右缩回。通过支撑件265拉动钳臂摆动，夹钳缓解制动力。在这个过程中，滚轮组件23和楔形件12之间的接触力靠第一弹性件4实现，使两者不分离。

停放制动：参见图4，电机驱动器单元得到制动控制器的停放制动指令后，触发弹簧蓄能单元工作，弹簧蓄能单元1中的弹性组件推动楔形件12向上移动。由于电驱动单元通过滚轮组件23与楔形件12接触，电驱动单元开始沿着远离弹簧蓄能单元1的方向移动，移动到一定位移后，产生停放制动力；同时，通过第二锁定件限制棘轮旋转，进而由棘轮通过单向轴承件、连接件使丝杠无法旋转，实现停放制动功能。在此过程中，停放制动力会使丝杠产生旋转扭矩，然后经连接件、单向轴承件传递到棘轮。

手拉缓解：在需要缓解停放制动力，如果供电或者指令异常，需要采用手拉的方式进行缓解。通过手动拉拉动件，使得第二锁止件的锁止部移出棘轮的两个牙之间。棘轮在扭矩的作用下发生旋转，丝杠同时旋转。此后与常用缓解工况相似，实现缓解功能。当手拉力释放后，在第二弹性件的作用下，第二锁止件上的锁止部重新回到棘轮的两个牙之间，起到限位作用。

紧急制动：通过两种方式实现，第一种方式和常用制动工况相同，通过转子的旋转产生制动力；第二种方式和停放制动工况相同，通过弹簧力的释放，驱动产生制动力。由于两种方式，一种同常用制动工况，一种同停放制动工况，此处不在赘述。

实施例2：参见图6，并继续参见图1-3，本实施例提供了一种电机械制动夹钳，包括：

钳体支架5；

两个钳臂，分别为第一钳臂61和第二钳臂62，两个钳臂对称安装于钳体支架5上；

闸片组件7，安装于钳臂的端部；

电机械制动缸8，安装于两个钳臂之间，所述电机械制动缸8采用实施例1所述电机械制动缸，所述电机械制动缸的电驱动单元通过电驱动单元的支撑件265与第一钳臂61铰接，所述电机械制动缸的弹簧蓄能单元1通过弹簧蓄能单元1的连接销13与第二钳臂62铰接，所述电机械制动缸的电机驱动器单元通过连接器连接制动控制器。

本实施例制动夹钳在进行常用制动、紧急制动及停放制动时，电机械制动缸的工作原理同实施例1，此处不在赘述。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电机械制动缸，其特征在于，包括：

弹簧蓄能单元，内设腔体Ⅰ，腔体Ⅰ内设有：

楔形件；

弹性组件，与楔形件配合；

电驱动单元，与弹性蓄能单元相互垂直设置，包括：

壳体组件，内设腔体Ⅱ；

驱动组件，设于腔体Ⅱ内；

传动组件，设于腔体Ⅱ内，与驱动组件和壳体组件连接；

输出件，与壳体组件连接，其作用部伸入腔体Ⅰ内；

滚轮组件，位于腔体Ⅰ内，设于作用部末端，与楔形件接触连接；

锁止组件，与传动组件配合；

电机驱动器单元，设于壳体组件的圆周上，与驱动组件连接；

第一弹性件，安装于输出件靠近弹簧蓄能单元的一侧，与弹簧蓄能单元连接。

2.如权利要求1所述的电机械制动缸，其特征在于，所述传动组件包括：

丝杠，通过旋转组件分别与驱动组件和壳体组件连接，丝杠靠近输出件的一端内设空腔；

丝杠螺母，通过多个行星滚柱与丝杠传动连接，丝杠螺母与壳体组件连接；

丝杠端盖，与丝杠远离输出件的一端连接。

3.如权利要求2所述的电机械制动缸，其特征在于，所述驱动组件包括：

转子，设于所述腔体Ⅱ内，通过旋转组件与丝杠连接，并与电机驱动器单元连接；

定子，设于所述腔体Ⅱ内，套设于转子上，与转子配合；

位置传感器，设于定子内。

4.如权利要求3所述的电机械制动缸，其特征在于，所述壳体组件包括：

壳体；

端盖Ⅰ，与壳体的第一端部连接，丝杠螺母与端盖Ⅰ轴向滑动连接；

端盖Ⅱ，与壳体的第二端部连接，端盖Ⅱ与输出件连接形成腔体Ⅲ；支撑件，位于端盖Ⅰ外侧，与丝杠螺母连接；支撑件与端盖Ⅰ、壳体、端盖Ⅱ之间形成腔体Ⅱ。

5.如权利要求4所述的电机械制动缸，其特征在于，端盖Ⅰ的内表面上设有花键，花键与设置在丝杠螺母外表面上的键槽配合，丝杠螺母轴向移动时，花键沿键槽轴向滑动。

6.如权利要求4所述的电机械制动缸，其特征在于，所述旋转组件包括：

第一轴承件，安装于端盖Ⅰ的安装孔内；

第二轴承件，安装于端盖Ⅱ的安装孔内；

旋转件，安装于第一轴承件与第二轴承件之间，连接丝杠和转子；

第三轴承件，安装于端盖Ⅱ的安装孔内，与丝杠的端部连接。

7.如权利要求4所述的电机械制动缸，其特征在于，所述锁止组件包括：

第一锁止件，位于腔体Ⅲ内，其凸起部位于丝杠端部的空腔内，与设于空腔内的限位件配合；

单向轴承件，位于腔体Ⅲ内，连接于第一锁止件外部；

棘轮，位于腔体Ⅲ内，连接于单向轴承件的外部；

第二锁止件，设于端盖Ⅱ的圆周上，其锁止部穿过设于缸盖Ⅱ上第一通孔伸入腔体Ⅲ内与棘轮卡接。

8.如权利要求7所述的电机械制动缸，其特征在于，所述锁止组件还包括：

固定件，安装于端盖Ⅱ外侧，其内部中空，固定件设有第二通孔和第三通孔，第二通孔与第一通孔连通，第三通孔与外部连通，第二锁止件位于所述固定件内，第二锁止件的锁止部穿过第二通孔和第一通孔进入腔体Ⅲ；

第二弹性件，位于固定件内，套设于第二锁止件外部，第二弹性件分别与第二锁止件和固定件内部抵接；

拉动件，其一端位于固定件外部，另一端穿过第三通孔伸入固定件内与第二锁止件连接。

9.一种电机械制动夹钳，其特征在于，包括：

钳体支架；

两个钳臂，对称安装于钳体支架上；

闸片组件，安装于钳臂的端部；

电机械制动缸，安装于两个钳臂之间，所述电机械制动缸采用如权利要求1至8任意一项所述电机械制动缸，所述电机械制动缸的电驱动单元通过电驱动单元的支撑件与第一钳臂铰接，所述电机械制动缸的弹簧蓄能单元与第二钳臂铰接，所述电机械制动缸的电机驱动器单元通过连接器连接制动控制器。

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