JP2022513831A

JP2022513831A - 電動車輪駆動ユニット用の複数の圧力ピストンを有するブレーキシステムおよび車輪駆動ユニット

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Publication number: JP2022513831A
Application number: JP2021533713A
Authority: JP
Inventors: マリアヴィンマードリス; オルトマンズィーモン; ワグネフィリップ
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: DE102018131876A1; EP3894234B1; EP3894234A1; KR20210101214A; WO2020119859A1; CN113056377A; JP7204923B2; US20220025944A1

Abstract

本発明は、電動車輪駆動ユニット（２）用のブレーキシステム（１）であって、車両フレームに固定して取り付けることができるハウジング（３）であって、フランジ領域（４）およびフランジ領域（４）に固定されたシャフト状の車輪キャリア領域（５）を有する、ハウジング（３）と、ハウジング（３）に接続された第１のブレーキコンポーネント（６ａ）であって、車輪キャリア領域（５）の半径方向外側（７）に直接取り付けられた第１の支持部分（８）、および第１の支持部分（８）に回転的に固定された第１のブレーキディスク要素（９）を有する、第１のブレーキコンポーネント（６ａ）と、ハウジング（３）に対して回転可能に搭載された第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）であって、第２の支持部分（１０）、ならびに第１のブレーキディスク要素（９）との摩擦接続のために設計および配置された第２の支持部分（１０）に回転的に固定される第２のブレーキディスク要素（１１）を有する、第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）と、１つ以上の圧力ピストン（１２）を備えた油圧作動デバイス（１３）であって、圧力ピストン（１２）が、ブレーキディスク要素（９、１１）内に第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）の回転軸（１４）の半径方向に配置され、かつ圧力ピストン（１２）をブレーキディスク要素（９、１１）のうちの１つと移動可能に結合させるスライド要素（１５）が、回転軸（１４）の半径方向および軸方向の両方で第１の支持部分（８）からある距離を置いて配置されるように、配置される、油圧作動デバイス（１３）と、を備える、ブレーキシステム（１）に関する。本発明はまた、このブレーキシステム（１）を含む電動車輪駆動ユニット（２）にも関する。

Description

本発明は、電動車輪駆動ユニット用のブレーキシステム、特に好ましくは二輪、三輪、または四輪自動車用の車輪一体型車輪駆動ユニット（車輪ハブ駆動）用のブレーキシステムに関する。本発明はまた、このブレーキシステムを有する電動車輪駆動ユニットに関する。

電動駆動に関しては、電動車輪ハブ駆動は、駆動コンポーネントと対応するブレーキシステムとの可能な限りのコンパクトな統合を必要とする。さらに、製造および組み立てのコストを単純に保つために、可能な限り単純な構造が所望される。実装されたバージョンでは、質量が比較的大きいため、コンポーネントは対応する堅牢な方法で実装する必要がある。

したがって、本発明の目的は、可能な限り少ない組み立てステップで可能な限り少ない個々のコンポーネントで組み立てることができる電動車輪駆動ユニット用のブレーキシステムであって、同時に、コンパクトで堅牢な構造であることを保証する、ブレーキシステムを提供することである。

これは、請求項１の対象によって本発明に従って達成される。したがって、電動車輪駆動ユニット（車輪ハブ駆動ユニットとも称する）用のブレーキシステムであって、車両フレームに固定して取り付けることができるハウジングであって、フランジ領域およびフランジ領域に固定されたシャフト状の車輪キャリア領域を有する、ハウジングと、ハウジングに接続された第１のブレーキコンポーネントであって、車輪キャリア領域の半径方向外側に直接取り付けられた第１の支持部分と、第１の支持部分に回転固定された第１のブレーキディスク要素と、を有する、第１のブレーキコンポーネントと、ハウジングに対して回転可能に搭載された第２のブレーキコンポーネントであって、第２の支持部分と、第１のブレーキディスク要素との摩擦接続のために設計および配置された第２の支持部分に回転固定される第２のブレーキディスク要素と、を有する、第２のブレーキコンポーネントと、１つ以上の圧力ピストンを備えた油圧作動デバイスであって、圧力ピストン（複数可）が、ブレーキディスク要素内の第２のブレーキコンポーネントの回転軸の半径方向に配置され、かつ圧力ピストン（複数可）をブレーキディスク要素のうちの１つと移動可能に結合させるスライド要素が、回転軸の半径方向および軸方向の両方で第１の支持部分からある距離を置いて配置される／沿うように、配置される、油圧作動デバイスと、を有する、ブレーキシステム。したがって、スライド要素は、第１の支持部分と重ならずに円周方向に配置される。

ブレーキシステムのこの設計により、一方では作動デバイスとのブレーキディスク要素の可能な限りコンパクトな入れ子が得られ、他方では構造が可能な限り単純に保たれ、個々のコンポーネントを特に堅牢にすることができる。とりわけ、スライド要素は、ブレーキコンポーネントのうちの１つの通過通路のための開口を備える必要がなく、それにより、スライド要素および第１の支持部分の強度が大幅に増加する。その結果、対応するブレーキシステムの設計が特に長持ちする。

さらなる有利な実施形態は、従属請求項とともに特許請求され、以下により詳細に説明される。

互いに（軸方向に）移動可能な複数の第１のブレーキディスク要素および／または第２のブレーキディスク要素が提供される場合、高いブレーキトルクを生成することができる。

２つの第１のブレーキディスク要素と、２つの第１のブレーキディスク要素の間に軸方向に配置された１つの第２のブレーキディスク要素とがあって、その結果、コンポーネントの数と達成可能なブレーキトルクとの間の良好な妥協がある場合に特に有用であることが見出された。

逆圧プレートが、スライド要素とは反対側を向くブレーキディスク要素のアセンブリの軸側に配置され、逆圧プレートが、車輪キャリア領域の外側に直接固定される（特に軸方向に支持される）場合にも有利である。これにより、構造がさらに簡素化される。

車輪キャリア領域にナットをねじ込んで逆圧プレートを軸方向に固定すると、逆圧プレートが安定して支持されるため、動作時に高いブレーキトルクを生成することができる。

この文脈において、逆圧プレートも第１の支持部分で軸方向に支持されている場合にも有利である。したがって、逆圧プレートは、好ましくは、第１の支持部分とナットとの間に軸方向に直接クランプされる。これにより、構造がさらにより単純になる。

圧力ピストン（複数可）を収容するシリンダハウジングがフランジ領域に直接固定されている場合、組み立てはさらにより単純になる。

スライド要素をブレーキディスク要素から押しのけるバイアスばねが、スライド要素と第１の支持部分との間に軸方向に挿入／クランプされるとき、利用可能な設置スペースがさらにより集中的に使用される。

ブレーキディスク要素のさらなる設計に関して、少なくとも１つの第１のブレーキディスク要素が摩擦ライニングを備えている場合にも有利である。しかしながら、これに代わるものとして、第２のブレーキディスク要素に（第１のブレーキディスク要素毎に）摩擦ライニングを装備することも可能である。

第２のブレーキディスク要素は、特に好ましくは、純粋に一片の鋼プレートとして実装され、少なくとも１つの第１のブレーキディスク要素、好ましくは２つの第１のブレーキディスク要素の各々は、鋼体と、第２のブレーキディスク要素に適用される摩擦ライニングと、を備える。

電気モータで可能な限り最もコンパクトな入れ子を可能にするために、熱保護シールドがブレーキディスク要素の半径方向外側のハウジングに取り付けられている場合にも有利である。

本発明はまた、電気自動車用の電動車輪駆動ユニット（車輪ハブ駆動ユニット）に関連し、この車輪駆動ユニットは、車輪リム、車輪リムに収容された電気モータ、および上述の実施形態の少なくとも１つによる本発明によるブレーキシステムを備え、第２のブレーキコンポーネントは直接または間接的に車輪リムと回転可能に結合される。

この文脈において、第２のブレーキコンポーネントが、歯車、特に好ましくは遊星歯車を介して間接的に車輪リムに回転可能に結合される場合、それは特に好都合である。

さらに、電気モータが、ブレーキシステムから軸方向および／または半径方向に（好ましくはその固定子で）オフセットされるように配置される場合、都合がよい。これにより、特にコンパクトで効率的な車輪駆動ユニットが実現する。

言い換えれば、電動車輪アプリケーション用の好ましくは全表面マルチピストンブレーキ（ブレーキシステム）は、通過通路のない設計で実装される。これで、内部プレートキャリア（第１支持部）および圧力プレート（逆圧プレート）が車輪キャリア（車輪キャリア領域）に固定される。作動ハウジング（シリンダハウジング）および作動要素（圧力ピストン）は、車輪キャリアフランジ（フランジ領域）に配置される。動力の流れは、ナットを通って車輪キャリアを経由してフランジ（フランジ領域）に流れる。

ここで、本発明を、図を参照して以下により詳細に説明し、その文脈において、様々な例示的な実施形態も原理的に示す。

好ましい例示的な実施形態による本発明によるブレーキシステムの縦断面図を示す。図１によるブレーキシステムの斜視分解図を示す。ブレーキシステムを有する車輪駆動ユニットの斜視部分断面図を示し、ブレーキシステムは概略的にのみ示され、車輪駆動ユニットの基本構造が明らかにされている。

これらの図は本質的に単なる概略図であり、本発明を理解するためにのみ役立つ。同じ要素には同じ参照記号が付与されている。

図１では、本発明によるブレーキシステム１の詳細な構造を見ることができる。図３では、このブレーキシステム１の好ましい適用領域も示されている。図３に概略的にのみ示されているブレーキシステム１は、好ましい実施形態による電動車輪駆動ユニット２に統合されている。車輪駆動ユニット２は、車輪ハブ駆動ユニット２を表し、ブレーキシステム１および電気モータ２３の両方が、電気自動車用の車輪リム２２内に統合された駆動を提供する。動作中、車輪リム２２は、典型的な方法で、車両フレームに固定して取り付けることができるハウジング３上の車輪ハブを介して支持される。車輪リム２２は、さらなる軸受３５を介してハウジング３に対して搭載される。

以下の軸方向、半径方向、および円周方向の方向指定は、車輪リム２２の／ブレーキシステム１の第２のブレーキコンポーネント６ｂの、回転中心軸１４に関連している。したがって、軸方向は回転軸１４に沿った方向であり、半径方向は回転軸１４に垂直な方向であり、円周方向は回転軸１４の周りを同心円状に沿う円線である。

図１に戻ると、ブレーキシステム１のハウジング３／ブレーキシステム１の領域における車輪駆動ユニット２の設計を詳細に見ることができる。以下の説明では、ハウジング３はブレーキシステム１に割り当てられているが、原則として、それは車輪駆動ユニット２のハウジング３でもあり、したがって、別の領域で電気モータ２３（電気モータ２３用の液体冷却デバイス３４を含む）を収容する。ハウジング３は、ブレーキシステム１のコンポーネントのために、図１で見ることができるように、受容空間２４を形成する。受容空間２４は、カバー形状のフランジ要素の形態のフランジ領域４によって第１の軸方向側で区切られる。その半径方向内側で、受容空間２４は、シャフト状／ピン状の車輪キャリア領域５によって区切られる。車輪キャリア領域５は、フランジ領域４に固定して接続される。したがって、車輪キャリア領域５は、すでに述べたように、動作中に車両フレームに固定して取り付けることができるハウジングを直接形成する。車輪キャリア領域５は、フランジ領域４とは別に形成される。半径方向外側およびフランジ領域４とは反対側に向く第２の軸方向側において、受容空間２４は、軸方向および半径方向に延在する主ハウジング部分２５によって区切られる。

受容空間２４において、第１のブレーキコンポーネント６ａは、ハウジングに固定され、すなわち、動作中に、ハウジング３に、したがって車両フレームに固定して取り付けることができる。第２のブレーキコンポーネント６ｂは、動作中に車輪リム２２に回転可能に結合され、第１のブレーキコンポーネント６ａに摩擦接続されて、車輪駆動ユニット２のブレーキ状態で車輪リム２２にブレーキをかける第１のブレーキコンポーネント６ａと相互作用する。

２つのブレーキコンポーネント６ａ、６ｂは各々、支持部分８、１０と、それぞれの支持部分８、１０に接続された少なくとも１つのブレーキディスク要素９、１１と、を有する。したがって、第１のブレーキコンポーネント６ａは、内部キャリア／内部プレートキャリアとも称する、第１の支持部分８を有する。この第１の支持部分８は、その半径方向内側を車輪キャリア領域５の半径方向外側７に直接取り付けられる。この目的のために、プラグイン歯として設計された歯２６が好ましくは使用され、これは２つのコンポーネント（車輪キャリア領域５および第１の支持部分８）を回転方向に形状適合様式で互いに接続する。第１の支持部分８は、歯２６とは反対側を半径方向に向く側で、スリーブ領域２７を形成し、その上に２つの第１のブレーキディスク要素９が、互いに対して移動可能であるが回転固定様式で収容される。２つの第１のブレーキディスク要素９は、本質的にプレート状になるように設計される。２つの第１のブレーキディスク要素９は、ディスク形状の鋼支持体／鋼本体２８と、第２のブレーキコンポーネント６ｂの第２のブレーキディスク要素１１に向かって配置された摩擦ライニング２０と、を有する。第２のブレーキディスク要素１１は、回転軸１４に沿った軸方向に見られる２つの第１のブレーキディスク要素９の間に配置される。第２のブレーキディスク要素１１は、外側キャリア／外側プレートキャリアとして設計された第２のブレーキコンポーネント６ｂの第２の支持部分１０上で、回転固定様式で受け入れられるが、軸方向に移動可能である。

第２のブレーキコンポーネント６ｂは、典型的には、ハウジング３に対して回転可能であるように搭載される。図３で概略的に見ることができるように、第２のブレーキコンポーネント６ｂは、遊星歯車２９を介して車輪リム２２に間接的に結合される。遊星歯車２９は、ハウジング３に受け入れられる。図１では、遊星歯車２９の太陽歯車３０を見ることができ、この太陽歯車３０は、第２の支持部分１０に固定して接続される。

油圧作動デバイス１３は、典型的には、ブレーキシステム１を作動させるために、すなわち、第１および第２のブレーキコンポーネント６ａ、６ｂを互いに摩擦接続するために提供される。この油圧作動デバイス１３は、フランジ領域４に固定されたシリンダハウジング１８を有する。シリンダハウジング１８は、車輪キャリア領域５の外側に半径方向に配置される。シリンダハウジング１８はまた、ブレーキディスク要素９、１１の内側に半径方向に配置される。円周方向に分散様式で配置された作動デバイス１３の複数の圧力ピストン１２は、図２でも見ることができるように、軸方向に移動可能であるようにシリンダハウジング１８内に移動可能に受け入れられる。圧力ピストン１２は、スライド要素１５に移動不可能に結合され、このスライド要素を介して第１および第２のブレーキコンポーネント６ａ、６ｂの相対位置に調整効果を有する。したがって、スライド要素１５は、動作中に（ブレーキ）作動力を伝達するのに役立つ。

本発明によれば、スライド要素１５は、そのコースに沿って、第１の支持部分８まで通過通路のない様式で配置され、その結果、図１に示すように、軸方向および半径方向に、第１の支持部分８からある距離を置いて縦断面において、その延長部を介して配置される。

スライド要素１５は、圧力ピストン側の端部から半径方向外向きに延在し、半径方向外端がブレーキディスク要素９、１１と同じ高さで半径方向に配置される。したがって、スライド要素１５は、動作中に、油圧によって生成されたブレーキ力を、第１および第２のブレーキディスク要素９、１１、ここでは第１のブレーキディスク要素９のうちの１つのアセンブリから端部に配置されたブレーキディスク要素上の圧力ピストン１２に伝達するように形作られる。作動デバイス１３が作動すると、シリンダハウジング１８と圧力ピストン１２（シール３６でシールされている）との間に形成された圧力チャンバ３１に油圧が加えられ、圧力ピストン１２が軸方向に延在する。その結果、スライド要素１５がブレーキディスク要素９、１１に押し付けられ、これらは互いに摩擦接触する。

作動デバイス１３によって生成されるブレーキ力／作動力を支持するために、逆圧プレート１６が、第１および第２のブレーキディスク要素９、１１のアセンブリに対してスライド要素１５とは反対側を軸方向に向く側に設けられる。逆圧プレート１６は、圧力ピストン１２とは反対側を軸方向に向く第１の支持部８の側面に配置される。ここで、逆圧プレート１６の半径方向内側も、車輪キャリア領域５の外側７に固定されていることが分かる。この実施形態では、車輪キャリア領域５の（雄）ねじ３２にねじ込まれたナット１７は、逆圧プレート１６を軸方向に固定するのに役立つ。したがって、逆圧プレート１６は、第１の電動マシン８とナット１７との間で軸方向に固定される。さらに、第１の支持部分８は、逆圧プレート１６と車輪キャリア領域５の半径方向ショルダ３３との間に固定されている。

熱保護シールド２１が２つのブレーキコンポーネント６ａ、６ｂの半径方向外側に取り付けられていることも図１からはっきりと見ることができる。熱保護シールド２１は、第１のブレーキコンポーネント６ａの全長にわたって、および第２のブレーキコンポーネント６ｂの大部分にわたって、軸方向に受容空間２４内に延在する。熱保護シールド２１は、ブレーキディスク要素９、１１を外側から半径方向に覆う。

ブレーキシステム１の開位置に対応する初期位置で作動デバイス１３を支持するために、バイアスばね１９が設けられる。この実施形態では、バイアスばね１９は、スライド要素１５と第１の支持部分８との間に軸方向に直接配置され、ブレーキディスク要素９、１１の半径方向内側に配置される。

完全を期すために、ブレーキディスク要素９、１１も逆の様式で実装できることに留意されたい。したがって、原則として、第１のブレーキディスク要素９ではなく、第２のブレーキディスク要素１１に、それぞれの第１のブレーキディスク要素９に面する摩擦ライニング２０を設けることも可能である。

言い換えれば、本発明による配置は、内部プレートキャリア８（歯付き２６（または同様のもの）の助けを借りて）および圧力プレート１６が車輪キャリア５に直接取り付けられる一方で、作動ハウジング（シリンダハウジング１８）および作動要素（スライド要素１５、圧力ピストン１２、およびシール３６）は、車輪キャリアフランジ４に固定されることを特徴とする。図１に見られるように、内部プレートキャリア８および圧力プレート１６は、ナット１７で車輪キャリア５に固定される。作動力は、プレートパック（第１のブレーキディスク要素９（鋼体２８および摩擦ライニング２０を有する）および第２のブレーキディスク要素１１）を介してこのナット１７によって支持される。ブレーキトルクは、遊星セットから来るシャフト（太陽歯車３０）を介して、そこから外部プレートキャリア１０、次にプレートパック９、１１、および車輪キャリア５で支持されている内部プレートキャリア８に導入される。作動力は、作動要素１２、１５、３６を介して油圧で生成され、圧力ポット（スライド要素１５）の助けを借りてプレートパック９、１１に伝達され、圧力プレート１６上で支持される。そこから、動力の流れは、車輪キャリア５を介してナット１７に流れ、車輪キャリアフランジ４に向かう。復元要素（バイアスばね１９）は、プレート９、１１を非作動状態で開いたままにする。図２では、コンポーネントは対応するアセンブリシーケンスにおいて見ることができる。コンポーネント８および１５が、（通過通路なしで）大幅により堅牢になるように設計されていることが分かる。一般に、シングルディスクとマルチディスクとの両方の概念が考えられ、回転または固定のライニングおよび／または鋼マスも考えられる。

１ブレーキシステム
２車輪駆動ユニット
３ハウジング
４フランジコンポーネント
５車輪キャリア領域
６ａ第１のブレーキコンポーネント
６ｂ第２のブレーキコンポーネント
７外側
８第１の支持部分
９第１のブレーキディスク要素
１０第２の支持部分
１１第２のブレーキディスク要素
１２圧力ピストン
１３作動デバイス
１４回転軸
１５スライド要素
１６逆圧プレート
１７ナット
１８シリンダハウジング
１９バイアスばね
２０摩擦ライニング
２１熱保護シールド
２２車輪リム
２３電気モータ
２４受容空間
２５主ハウジング部分
２６歯
２７スリーブ領域
２８鋼体
２９遊星歯車
３０太陽歯車
３１圧力チャンバ
３２スレッド
３３ショルダ
３４冷却デバイス
３５軸受
３６シール

Claims

電動車輪駆動ユニット（２）用のブレーキシステム（１）であって、車両フレームに固定して取り付けることができるハウジング（３）であって、フランジ領域（４）および前記フランジ領域（４）に固定されたシャフト状の車輪キャリア領域（５）を有する、ハウジング（３）と、前記ハウジング（３）に接続された第１のブレーキコンポーネント（６ａ）であって、前記車輪キャリア領域（５）の半径方向外側（７）に直接取り付けられた第１の支持部分（８）および、前記第１の支持部分（８）に回転的に固定された第１のブレーキディスク要素（９）を有する、第１のブレーキコンポーネント（６ａ）と、前記ハウジング（３）に対して回転可能に搭載された第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）であって、第２の支持部分（１０）、ならびに前記第１のブレーキディスク要素（９）との摩擦接続のために設計および配置された前記第２の支持部分（１０）に回転固定される第２のブレーキディスク要素（１１）を有する、第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）と、少なくとも１つ以上の圧力ピストン（１２）を備えた油圧作動デバイス（１３）であって、前記圧力ピストン（１２）が、前記ブレーキディスク要素（９、１１）内の前記第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）の回転軸（１４）の半径方向に配置され、かつ前記１つ以上の圧力ピストン（１２）を前記ブレーキディスク要素（９、１１）のうちの１つと移動可能に結合させるスライド要素（１５）が、前記回転軸（１４）の前記半径方向および軸方向の両方で前記第１の支持部分（８）からある距離を置いて配置されるように、配置される、油圧作動デバイス（１３）と、を有する、ブレーキシステム（１）。
互いに対して移動可能である複数の第１のブレーキディスク要素（９）および／または第２のブレーキディスク要素（１１）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキシステム（１）。
逆圧プレート（１６）が、前記スライド要素（１５）から離れるように向いて前記ブレーキディスク要素（９、１１）のアセンブリの軸方向側面上に配置され、かつ前記逆圧プレート（１６）が、前記車輪キャリア領域（５）の外側（７）に直接固定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のブレーキシステム（１）。
前記逆圧プレート（１６）が、前記車輪キャリア領域（５）にねじ込まれたナット（１７）によって前記軸方向に固定されることを特徴とする、請求項３に記載のブレーキシステム（１）。
前記逆圧プレート（１６）が、前記第１の支持部分（８）上で軸方向に支持されることを特徴とする、請求項３または４に記載のブレーキシステム（１）。
前記１つ以上の圧力ピストン（１２）を受け入れるシリンダハウジング（１８）が、前記フランジ領域（４）に直接固定されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のブレーキシステム（１）。
前記スライド要素（１５）を前記ブレーキディスク要素（９、１１）から離れるように押すバイアスばね（１９）が、前記スライド要素（１５）と前記第１の支持部分（８）との間に軸方向に挿入されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のブレーキシステム（１）。
前記第１のブレーキディスク要素（９）または前記第２のブレーキディスク要素（１１）が、摩擦ライニング（２０）を備えていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のブレーキシステム（１）。
熱保護シールド（２１）が、前記ブレーキディスク要素（９、１１）の半径方向外側のハウジングに固定して取り付けられることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のブレーキシステム（１）。
車輪リム（２２）と、前記車輪リム（２２）内に収容された電気モータ（２３）と、および請求項１～９のいずれか一項に記載のブレーキシステム（１）と、を有し、前記第２のブレーキコンポーネント（６ｂ）が、直接的または間接的に前記車輪リム（２２）に回転可能に結合される、電気自動車用の電動車輪駆動ユニット（２）。