CN114056307A - 电刹车作动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电刹车作动器，包括电机(1)、制动器(2)、齿轮组件(3)、丝杠组件(4)和信号调理模块(7)，所述电机(1)分别与所述制动器(2)和所述齿轮组件(3)连接，所述齿轮组件(3)与所述丝杠组件(4)连接，还包括压电作动筒(6)，所述压电作动筒(6)与所述丝杠组件(4)连接，并与所述信号调理模块(7)电连接。本发明可以使电刹车作动器对于刹车压力的控制更加稳定，且动态闭环特性也能得到大幅度提升。

Description

电刹车作动器

技术领域

本发明涉及一种电刹车作动器。

背景技术

刹车系统一般采用液压机构实现制动，但是，液压油存在泄露及爆炸的危险。而一旦发生液压油泄露，则需要对整个制动器进行拆卸、大修，从而使得系统的维修成本较高。同时，液压刹车系统还存在总重量大、故障自检难以实现等问题。由此，随着液压刹车的问题逐渐突显以及全电飞机发展需求的日益提高，对刹车技术的要求也越来越高。为此，一些技术提出了电刹车系统来实现制动。这类技术通常采用电磁驱动的方式实现，即，利用力矩电机、减速器以及滚珠丝杠为结构主体，再加设位置传感器、力传感器和轮速传感器等感应元件进行闭环控制。可以看出，这种方式能够避免燃油泄露，并能规避燃油爆炸的二次危害，使得安全性大大提升，并且，电磁刹车系统的响应特性相较于液压刹车系统也有明显提高，而刹车压力也得到了闭环控制，使得系统的制动性能得到了显著改善。而传感元件的引入也使系统健康状态自检能力得到改善。因此，电刹车系统替代液压刹车系统无疑是成功的。但是，对于无人机而言，若需设置电刹车系统则需将机轮上原有的液压作动头替换为电作动器，虽然整机重量会减少，但刹车机轮的整体重量会增加，使机轮的动态特性受到影响，而对于规格较小的机轮而言，更是由于电作动器外形尺寸较大，使得布局设计非常困难，从而限制整个电刹车系统的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电刹车作动器，通过压电直线作动器的使用，使得电刹车系统性能得到显著提升。

为实现上述发明目的，本发明提供一种电刹车作动器，包括电机、制动器、齿轮组件、丝杠组件、压电作动筒和信号调理模块，所述电机分别与所述制动器和所述齿轮组件连接，所述齿轮组件与所述丝杠组件连接，所述压电作动筒与所述丝杠组件连接，并与所述信号调理模块电连接。

根据本发明的一个方面，所述压电作动筒包括一端敞开的壳体以及设置在所述壳体中的压力传感器和压电作动器；

所述壳体与所述丝杠组件连接，所述压电作动器位于所述压力传感器的一端。

根据本发明的一个方面，所述压力传感器用于测量刹车压力；

所述压电作动器由压电结构叠堆而成，且为非谐振式作动器，可提供稳定可控的刹车推力。

根据本发明的一个方面，所述压电作动筒还包括隔热件和压板；

所述压板固定在所述壳体敞开一端，且中部具有通孔；

所述隔热件穿过所述通孔与所述压电作动器贴合。

根据本发明的一个方面，在安装状态下，所述压电作动筒与外部刹车组件的刹车盘相接触。

根据本发明的一个方面，在工作状态下，所述电机启动，驱动所述齿轮组件和所述丝杠组件运动，推动刹车组件中的刹车片与刹车盘贴近；

与刹车盘消隙后，所述电机停止工作，所述制动器启动，所述压电作动筒工作；

所述压电作动筒的工作电压为0-300V，伸长量为0-0.05mm，可产生的最大推力为0-3000N；

所述压电作动筒可实现um级微调，响应频率为ms，可将刹车压力控制在-1N至1N范围内，尺寸约为ф20mm×40mm。

根据本发明的一个方面，所述齿轮组件包括大齿轮和小齿轮；

所述小齿轮安装在所述电机的轴系上，所述大齿轮安装在所述丝杠组件的轴系上。

根据本发明的一个方面，还包括外壳、密封组件和对外电接口；

所述信号调理模块和所述密封组件相对设置在所述外壳上，所述密封组件位于所述压电作动筒所在一端；

所述对外电接口设置在所述外壳的侧面。

根据本发明的一个方面，所述电机、所述制动器、所述齿轮组件和所述丝杠组件均设置在所述外壳内部。

根据本发明的一个方面，所述电机为电磁电机，所述制动器为电磁制动器，所述丝杠组件为滚珠丝杠组件。

根据本发明的构思，将压电驱动技术引入电刹车领域，将电磁驱动的大位移和压电驱动的大力载进行合理结合，利用电磁驱动的大位移功能(mm级位移)消除摩擦组件之间的预留间隙；利用压电驱动的大推力功能提供刹车推力。并且，可在原有的电刹车作动器中直接增加压电驱动模块，并可对电磁驱动模块进行简化设计，使得电作动器的重量大幅度降低，以提升机轮的动态特性。而压电驱动的响应较快，比电磁驱动高1-2个数量级，并且能量密度较大，单位体积输出力大，使得压电驱动与刹车装置的高要求相吻合，可以较好地对电驱动器进行减重，并进一步优化和提升刹车系统性能，符合电刹车系统的发展方向。同时，压电驱动的使用可将刹车系统的响应特性从百ms量级提升到ms量级，使得刹车压力的控制更加稳定，且动态闭环特性也能得到大幅度提升，从而解决了电刹车技术领域的突出问题。

根据本发明的一个方案，采用非谐振式压电作动器，即，在给定电压信号后可直接产生直线位移和刹车推力，具备推力大、响应频率快，压力控制精度高的特点。

根据本发明的一个方案，在电磁电机的尾部设置制动器，可以有效防止压电作动器在工作时，电磁电机发生反转，从而确保刹车过程稳定可控。

根据本发明的一个方案，将信号调理模块与压力传感器就近设计，从而可有效防止电磁干扰，使得力传感器信号解析的精度更高，使系统的测量精度得到有效提升，也使工作过程更为可靠。

根据本发明的一个方案，在压电作动筒与刹车组件之间采用隔热设计，从而可以有效防止刹车组件产生的热量向压电作动器和压力传感器等高敏感器件传递，以提高系统的控制精度和安全性。

附图说明

图1示意性表示本发明的一种实施方式的电刹车作动器的结构图；

图2示意性表示本发明的一种实施方式的压电作动筒的结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1，本发明的电刹车作动器，包括电机1、制动器2、齿轮组件3、丝杠组件4、(力传感器)信号调理模块7、外壳9、密封组件5和对外电接口8，电机1分别与制动器2和齿轮组件3连接，齿轮组件3与丝杠组件4连接。信号调理模块7和密封组件5相对设置在外壳9上，密封组件5位于压电作动筒6所在一端，对外电接口8设置在外壳9的侧面。电机1、制动器2、齿轮组件3和丝杠组件4均设置在外壳9内部，齿轮组件3和制动器2则分别位于电机1的前部和尾部。本发明中，电刹车作动器中还设置了压电作动筒6，压电作动筒6与丝杠组件4连接，并与信号调理模块7电连接，从而使得本发明的电刹车作动器形成压电和电磁混合驱动的作动器，可用于无人机或汽车制动刹车技术领域。在安装状态下，本发明的电刹车作动器安装在相应的刹车组件上，而压电作动筒6则位于丝杠组件4与刹车组件的动刹车盘(即摩擦组件)之间，并与刹车盘相接触。

参见图2，压电作动筒6包括右端敞开的壳体61以及设置在壳体61中的压力传感器62和压电作动器63。压力传感器62基本位于壳体61底部(左端)，压电作动器63安装于压力传感器62上部(右端)，压电作动筒6的壳体61与丝杠组件4连接。压力传感器62可以准确测量刹车压力。压电作动器63由压电结构631叠堆组成，其具备大力载输出特性和良好的动态特性，并且，压电作动器63为非谐振式作动器，可以有控制地提供稳定的刹车压力。压电作动筒6还包括隔热件64和压板65。压板65固定连接在壳体61右端，且中部具有通孔。隔热件64穿过通孔与压电作动器63贴合，使得压电作动器63位于压力传感器62与隔热件64之间，而压电作动器63和压力传感器62可作为压电压电作动器。

在工作状态下，先启动电机1，从而驱动齿轮组件3和丝杠组件4运动，以推动刹车组件中的刹车片与刹车盘贴近。在所有刹车盘消隙后，电机1停止工作，制动器2启动，从而可以防止电机1反转。此时，切换压电作动筒6工作，其工作电压为0-300V，伸长量为0-0.05mm，可产生的最大推力为0-3000N。具体为，压电作动器63利用了压电元件的逆压电效应，通电后作动器伸长，伸长后与刹车盘挤压，产生刹车推力，因此，可以通过电压信号来调节刹车推力。而压电作动筒6则具备输入电压和输出位移特定的对应关系，可实现um级微调，响应频率为ms，可快速将刹车压力控制在-1N至1N范围内，尺寸为ф20mm×40mm。

本发明中，齿轮组件3包括大齿轮和小齿轮。其中，小齿轮安装在电机1的轴系上，大齿轮安装在丝杠组件4的轴系上，从而可以实现驱动力的转向。电机1为电磁电机，制动器2为电磁制动器，丝杠组件4为滚珠丝杠组件。

综上所述，本发明的电刹车驱动器可提供推力实现制动，相较于现有的只能实现刹车盘消隙的电磁作动器而言，刹车推力较最大推力小1-2个数量级(现有运动位移为mm级别)。并且，电磁驱动部件可以大大简化，从而无需设置体积较大的减速器，而传动链条上如电机和滚珠丝杠等部件也可适当降额，使得电刹车作动器整体重量可减少1/2-1/3，外形体积也可以大大缩小。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电刹车作动器，包括电机(1)、制动器(2)、齿轮组件(3)、丝杠组件(4)和信号调理模块(7)，所述电机(1)分别与所述制动器(2)和所述齿轮组件(3)连接，所述齿轮组件(3)与所述丝杠组件(4)连接，其特征在于，还包括压电作动筒(6)，所述压电作动筒(6)与所述丝杠组件(4)连接，并与所述信号调理模块(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电作动筒(6)包括一端敞开的壳体(61)以及设置在所述壳体(61)中的压力传感器(62)和压电作动器(63)；

所述壳体(61)与所述丝杠组件(4)连接，所述压电作动器(63)位于所述压力传感器(62)的一端。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力传感器(62)用于测量刹车压力；

所述压电作动器(63)由压电结构(631)叠堆而成，且为非谐振式作动器，可以有控制地提供稳定的刹车压力。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电作动筒(6)还包括隔热件(64)和压板(65)；

所述压板(65)固定在所述壳体(61)敞开一端，且中部具有通孔；

所述隔热件(64)穿过所述通孔与所述压电作动器(63)贴合。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在安装状态下，所述压电作动筒(6)与外部刹车组件的刹车盘相接触。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在工作状态下，所述电机(1)启动，驱动所述齿轮组件(3)和所述丝杠组件(4)运动，推动刹车组件中的刹车片与刹车盘贴近；

与刹车盘消隙后，所述电机(1)停止工作，所述制动器(2)启动，所述压电作动筒(6)工作；

所述压电作动筒(6)的工作电压为0-300V，伸长量为0-0.05mm，可产生的最大推力为0-3000N；

所述压电作动筒(6)可实现um级微调，响应频率为ms，可将刹车压力控制在-1N至1N范围内，尺寸为ф20mm×40mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述齿轮组件(3)包括大齿轮和小齿轮；

所述小齿轮安装在所述电机(1)的轴系上，所述大齿轮安装在所述丝杠组件(4)的轴系上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括外壳(9)、密封组件(5)和对外电接口(8)；

所述信号调理模块(7)和所述密封组件(5)相对设置在所述外壳(9)上，所述密封组件(5)位于所述压电作动筒(6)所在一端；

所述对外电接口(8)设置在所述外壳(9)的侧面。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电机(1)、所述制动器(2)、所述齿轮组件(3)和所述丝杠组件(4)均设置在所述外壳(9)内部。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机(1)为电磁电机，所述制动器(2)为电磁制动器，所述丝杠组件(4)为滚珠丝杠组件。

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