电子刹车控制器和车辆的制作方法

本发明涉及电子刹车控制器和车辆。

背景技术：

作为传统的自行车大国，我国居民自行车保有率非常之高。据一份统计显示，目前中国自行车保有量有3.7亿辆之多。而且，随着人们环保观念的逐步深入以及城市交通拥堵问题的日益严重，自行车数量将来有进一步增加的趋势。

近年来，随着锂电池技术的不断提高，电池体积不断减小而电池容量却不断提高，电动助力车最近几年也崭露头角。目前，据统计显示，中国电动自行车的保有量也已高达1.8亿辆之多。

电动助力车/电动自行车(本文中有时统称为“电动车”)的出现大大提高了居民出行的效率，但是另一方面，由于车速较普通自行车快很多，而且车身自重也比普通自行车重，因此行车安全成为一个问题。

普通自行车中所采用的刹车系统一般分为两类，一类是被称作“V刹”的装置，V刹主要是通过线拉的方式带动刹车皮压紧车圈，从而通过摩擦力来进行刹车。这种结构的优点在于重量轻、结构简单、价格便宜、无需维护，但是另一方面，V刹容易发生抱死，在涉水或涉泥的情况下容易打滑，而且长期使用的情况下制动效果会下降。另一类被称作盘刹，盘刹是在汽车中所广泛采用的一种刹车方式，盘刹系统包括刹车钳和刹车盘，通过线拉或油压的方式将刹车片压紧到刹车盘上来进行制动。盘刹由于其刹车性能优异，现在也广泛被应用在中高端的自行车以及电动车上。

上述两类刹车虽然现在已经成为成熟的产品并应用于广大车辆，但是由于两者都需要配备单独于车辆本身之外的刹车部件，因此不仅增加了车辆的成本，而且增加了安装的复杂性。目前，考虑尤其在配备用于发电或驱动的自行车上，通过自行车本身自带的电机来兼顾刹车的功能。

技术实现要素：

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种以能够实现用车辆本身所配备的电机进行刹车的电子刹车控制器以及安装了该控制器的车辆。

本发明的第一方面是一种电子刹车控制器，用于控制与车轮相连的电机，从而进行车辆的刹车控制，其特征在于，包括：开关，与所述电机的多条相线相连，将所述电机在所述相线之间短路的短路状态和正常运转状态之间进行切换；滑块，在所述电子刹车控制器内滑动，从而与所述开关抵接，或者从所述开关分离；刹车线，与所述滑块连接，用于拉动所述滑块从所述开关分离；以及滑块复位弹簧，按压在所述滑块上，以使其与所述开关抵接。

在本发明的第一方面中，优选所述滑块包括滑动部分和承载连接部分，在所述滑动部分与所述开关抵接，在所述承载连接部分承载所述复位弹簧的一端，并且连接所述刹车线。

在本发明的第一方面中，优选还包括外壳，用于容纳所述开关以及所述滑块，所述外壳上形成有用于承载所述滑块复位弹簧的另一端的壁面。

在本发明的第一方面中，优选所述外壳上形成有孔，所述承载连接部分通过设置所述孔而延伸到所述外壳外部。

在本发明的第一方面中，优选所述电机为三相电机，并且为星形连接。

在本发明的第一方面中，优选所述开关连接在所述三项电机中的两条相线与第三条相线之间，控制所述两条相线同时与第三条相线连接和断开。

在本发明的第一方面中，优选所述开关上设有两个触点，分别连接在所述两条相线中的一条与所述第三条之间，并且同时与所述滑块抵接或分离。

在本发明的第一方面中，优选所述电机包括定子、转子、主轴和离合器单元，所述离合器包括离合器和离合器支架，所述离合器支架在电机内侧与所述转子连接，并在外侧端面与所述车轮连接。

在本发明的第一方面中，优选所述电机还包括行星齿轮系，所述行星齿轮系包括太阳齿轮、行星齿轮以及行星齿轮架，所述离合器支架与所述行星齿轮架固定连接，所述转子与所述太阳齿轮固定连接。

本发明的第二方面是一种车辆，包括与车轮相连的电机以用于控制所述电机从而进行车辆的刹车的电子刹车控制器，其特征在于，所述电子刹车控制器包括：开关，与所述电机的多条相线相连，将所述电机在所述相线之间短路的短路状态和正常运转状态之间进行切换；滑块，在所述电子刹车控制器内滑动，从而与所述开关抵接，或者从所述开关分离；刹车线，与所述滑块连接，用于拉动所述滑块从所述开关分离；以及滑块复位弹簧，按压在所述滑块上，以使其与所述开关抵接。

根据本发明，能够提供一种以能够实现用车辆本身所配备的电机进行刹车的电子刹车控制器以及安装了该控制器的车辆。

附图说明

图1是用于说明安装本发明的电子刹车控制器的自行车结构的示意图。

图2是用于说明安装在上述自行车上的电机的结构的装配示意图。

图3是用于说明上述电机的结构的剖面示意图。

图4是用于说明上述电机的定子及其上所绕制线圈的分布方式的示意图。

图5a和图5b是用于说明本发明的电机刹车原理的电路示意图。

图6是用于说明本发明的一个实施例的电子刹车控制器的结构的装配示意图。

图7是用于说明本发明的一个实施例的电子刹车控制器的结构的沿刹车线的纵向剖面图。

图8a和图8b是用于说明本发明的一个实施例的电子刹车控制器进行刹车动作的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，基于具体实施方式来详细描述本发明。为了清楚起见，本文没有具体描述本领域技术人员公知的部件或结构。另外，尽管结合特定实施方式对本发明进行描述，但应理解，该描述并不旨在将本发明限制于所描述的实施方式。相反，该描述旨在覆盖可包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换、改进和等同方案。这里所说的“连接”包括螺栓连接、铆接、焊接、插接、车轮连接等任何通用的连接方式，并根据不同的情况，除了物理连接方式之外还包括信号连接等方式，而且包括直接连接和经由其他部件连接的情况。

本发明涉及一种电子刹车控制器，通过开关来控制与之相连的电机的相线的断开和连接，从而在正常运转状态和短路状态之间切换所述电机，由于在电机短路状态下，转子将会抱死，本发明正是采用这一原理从而进行车辆的刹车控制。

以下以被安装于自行车的车轮轴上的电子刹车控制器以及电机系统为例进行说明，但本系统当然也能适用于电动自行车、摩托车、汽车等任意的车辆。

[自行车的说明]

下面，先就安装本发明的碟刹系统的自行车进行简单的说明。如图1所示，本发明实施方式的自行车主要包括车架100、前轴组件200、中轴组件300、后轴组件400、车轮500、以及省略了图示的车把、车座、曲柄及脚踏。车架100包括前叉110、头管120、车架下管130、集成底架140、座管150。前叉110可绕头管120的轴向转动地连接至头管120的一端；头管120的另一端用于安装车把(未图示)；头管120在中部与车架下管130的一端相对固定连接；车架下管130的另一端相对固定地连接至集成底架140的车架下管连接部；座管150的一端相对固定地连接至集成底架140的座管连接部；座管150的另一端用于安装车座(未图示)。此外，集成底架140为兼具五通、后下叉及后轴安装部功能的集成构件，且其后下叉部仅存在于后轮的单侧，即为单叉结构。同样的，前叉110也为单叉结构，即仅在前轮的单侧存在。

如下文将介绍的，在本发明的自行车中，在前轴组件200或后轴组件400或者两者上安装有本发明的电机系统。另外，虽然未图示，但是图1的自行车配备有锂电池，可以对上述电机提供电力以助于骑行，另外，也可以通过用户骑行而对该锂电池进行充电。

这里，虽然以单叉结构的自行车为例进行了说明，但这仅仅是一个实施例，只要是能够安装本发明的电机以及刹车系统的结构，则也可以是双叉等任何结构。

[电机的说明]

如图3所示，本实施方式的永磁无刷直流电机(以下简称电机)包括：离合器单元CL、行星齿轮系G、磁钢3、转子4以及定子2。离合器单元CL固定在主轴11上，由于所述电机是被套装在车辆的车轮轴上的，该主轴11例如为自行车的车轮轴，离合器单元CL用于实现行星齿轮系G和所述主轴11之间的转动力矩的传递。行星齿轮系G利用从离合器单元CL传输来的转动力矩带动转子4转动，或将转子4的转动传输到离合器单元CL。定子2上缠绕多个线圈(如图5所示)，各线圈之间以预定相位分布。所述磁钢3固定在转子4上，并围绕所述定子旋转。从而，该电机工作在充电模式时，定子2相对于转子4相对运动时，基于电磁感应原理，线圈中产生感应电流，为电池充电。另外，本发明中通过电机短路而进行制动，下文将会具体描述所述电机利用该制动力实现刹车的具体原理和操作。

进一步优选地，所述电机还包括外壳，例如由树脂材料制成，以能封闭并保护上述各部件为准。在本发明如图3、4所示的实施例中，所述外壳优选包括轮毂10和端盖1。所述轮毂10形成为近似碗状，内侧空间用于容纳上述各部件，从而形成紧凑的电机整体。轮毂的碗状的开口部由所述端盖1例如以螺纹连接、铆接、焊接等方式密封，从而使得所述外壳形成封闭空间。

具有上述结构的所述电机，由于采用所述行星齿轮系的传动结构，使得所述电机具有结构紧凑、轴向尺寸小的特点，并且刹车效果可靠、系统维护简单，在实现刹车的同时，还能为电池充电，达到节约能源的目的。以下对各部件的具体结构进行详细说明。

所述离合器单元CL优选包括离合器12以及离合器支架13。离合器12以内圈固定在主轴11上的方式与所述主轴配合连接，所述固定的方式例如为过盈配合、螺纹连接或焊接等。而离合器支架13，例如以过盈配合、螺纹连接或焊接等方式固定在离合器12的外圈上，从而在离合器的内圈和外圈处于啮合的状态下时，能够跟随离合器12转动。同时，离合器支架13与行星齿轮系G的行星齿轮架7，例如以螺纹连接等方式固定，从而，所述离合器单元CL能够在主轴11与所述行星齿轮系G之间传递转动力矩。即，在电机工作在充电模式下时，能够将所述主轴11的转动传递到所述行星齿轮系G；在电机工作在刹车模式下时，能够将所述制动力传递到所述离合器单元CL。

需要指出的是，如图3所示，为了降低制造成本，以分别设置上述离合器12与离合器支架13的方式形成离合器单元CL，然而该方式仅为示例性的，两者也可形成为一体，即在所述离合器的外圈上形成与行星齿轮系G固定连接的离合器支架，只要能够实现在主轴11和行星齿轮系G之间传递转动力矩即可。

行星齿轮系G优选包括太阳齿轮5、围绕太阳齿轮5做行星旋转的行星齿轮6、行星齿轮支架7以及内齿圈9。如图3所示，三个行星齿轮6在围绕太阳齿轮5做行星旋转的同时，还以形成在行星齿轮架7上的行星轴8自转。所述行星轴8分别对应于三个行星齿轮6而设，并各自穿过行星架7上对应位置设置的轴孔，从而可转动地支承对应的行星轮6。需要指出的是，图示的行星齿轮6及其行星轴8的数量仅为示例性的，行星齿轮及其轴的个数显然不限于此。所述行星齿轮架7与离合器单元CL相对固定，具体的，与离合器单元CL中的离合器支架13固定，如上文所述，如此设置使得在主轴11和行星齿轮系G之间传递旋转力矩。同时，如图4所示，所述行星齿轮架7由绕主轴11设置的轴承14支承，从而可以绕主轴11旋转。所述内齿圈9相对于电机的外壳固定，其可以例如固定到外壳上或其他任何可行的位置。太阳齿轮5套设在所述主轴11上，与所述行星齿轮6啮合。所述太阳齿轮5同时与所述转子4以例如螺纹连接的方式固定连接，从而转子4与所述太阳齿轮5共同旋转或停止。

所述磁钢3固定在该转子4上，所述固定的方式，例如可采用铝压条压紧等各种可行的固定方式。磁钢3例如采用钕铁硼材料，优选为圆环状，并套设在定子2的外周，使得两者在相对旋转运动时，定子2上缠绕的线圈能够感应到磁钢3上的磁场变化，从而产生相应的感应电动势。该转子4与太阳齿轮5以例如螺纹连接、铆接、焊接等方式固定。转子4形成为大致平底圆皿状，皿底中心部设有供主轴11穿过的通孔，在该通孔处形成有沿轴向朝端盖1侧突出的阶梯圆筒状突起，该阶梯圆筒状突起的内径不变、外径朝着端盖1方向逐渐缩小。如图4所示，在该阶梯圆筒状突起的大径部外侧和小径部外侧分别设有轴承15和16，从而转子4被可转动地支承，并相对于定子2旋转。其中，优选圆皿状的转子4的底部向端盖1侧凹陷，以容纳太阳齿轮5的一部分，并且用于将太阳齿轮5固定于转子4的例如螺钉被螺入转子4的所述大径部。由此，能够进一步使电机零部件排布更加紧凑，缩短其轴向宽度。

需要指出的是，所述转子4的形状以及轴承15、16的设置仅为示例性的，可以根据需要设置转子4的形状，及所述轴承的位置和数量。另外，所述转子4也可以与所述太阳齿轮5形成为一体，而非以所描述的螺纹连接的方式固定。

所述定子2，如图5所示，在其外周形成有多个绕线柱，其上缠绕所述线圈。线圈以分组并以预定相位间隔的方式形成在所述绕线柱上。图5中示出了A、B、C三组线圈，每组线圈又包含依次间隔分布的第一分组线圈和第二分组线圈。具体地，如图5所示，从A组线圈开始，首先缠绕A组线圈的第一分组线圈A1，接下来缠绕C组线圈的第一分组线圈C1，之后是B组线圈的第一分组线圈B1，再之后依次缠绕A组的第二分组线圈A2、C组的第二分组线圈C2以及B组的第二分组线圈B2。通过上述排列方式，使得各线圈之间的电流具有预定的相位差，例如60°。以上对于各线圈的说明仅为示例性的，所述线圈也可采用四相、五相等等，本发明仅以此三相星形排布方式为例。

[刹车原理说明]

上面就本发明所采用的电机的物理结构进行了说明，下面申请人将对通过上述结构的电机进行刹车的原理进行说明。

图5a和图5b是用于说明本发明的电机刹车原理的电路示意图。如图5所示，本发明的电机为三相电机，并且采用星形连接，即将三相电源绕组的一端都接在一起构成中性线，而另一端的引出线分别为三相电的三个相线。另外，如图所示，在其中的两相线上设有开关，当车辆正常运转的情况下，设有开关的两相与第三相之间处于断路状态，此时电机能够正常运转；而在发出刹车指令的情况下，开关使得上述两相的相线与上述第三相的相线短接，从而电机发生短路，由于楞次效应，三相电机旋转发电输出的电流在绕组中产生与转动相反的力，阻止发电机转动，从而达到刹车的目的。这里，以星形连接为例进行了说明，但是只要能够达到使电机短路的效果也可以采用三角连接等其他各种连接方式。

具体来说，如图3所示，在离合器支架13的右侧端面上固定安装有车轮(未图示)，另外，如上所述，离合器支架13与行星齿轮架7相对固定，星齿轮架7上安装的行星齿轮6与太阳齿轮5啮合，而且太阳齿轮5与转子4固定连接，因此车轮与转子4构成联动关系。这样，当电机发生短路，使得转子4抱紧的情况下，与转子4联动的车轮也无法旋转，从而实现刹车的目的。

[电子刹车控制器的结构说明]

上述对电机的结构以及刹车原理进行了说明，刹车的控制通过电子刹车控制器来控制。下面，结合图6～8的内容，对本发明的电子刹车控制器的结构进行说明。

图6是用于说明本发明的一个实施例的电子刹车控制器的结构的装配示意图。图7是用于说明本发明的一个实施例的电子刹车控制器的结构的沿刹车线的纵向剖面图。如图6和图7所示，本发明的电子刹车控制器主要包括刹车线21、复位弹簧22、滑块23、开关24以及外壳25。

刹车线21一端通过螺栓和螺母与滑块23连接，另一端例如与刹车把手等连接，通过用户对刹车把手等的操作来拉动滑块23。另外，在刹车线21与滑块23连接的一端也可以套有套管，用于对刹车线21进行限位。另外，这里以手刹为例进行了说明，但是在自行车采用脚刹的情况下，刹车线21同样可以安装到脚刹的踏板上。

外壳25分为25a和25b两个部分，25a为大致长方体的槽状的壳体，其中容纳滑块23的一部分、开关24以及电机的部分电线接头w；25b为盖板，通过螺栓等被安装到壳体25b的开口面上，从而将上述部件封闭在电子刹车控制器的主体内。另外，在壳体25b的图中上侧端面上，在与盖板25b相反的方向上延伸设有挡片p，该挡片p上设有通孔，用于插入刹车线21，并且在图中下表面上承接复位弹簧22的一端。另外，在该挡片p的上表面也可以设有环形的凸缘，并在凸缘内容纳上述套管。此外，该挡片p只要能够与滑块23配合来夹住复位弹簧22，则可以设置在壳体25b上的任何位置而不限定于端面。

开关24包括对应于三相电机中的两条相线的两个触点，当滑块23抵接到开关24的两个触点上的情况下，该开关24处于常开状态，从而如上所述，使电机处于正常运转状态；而当滑块23离开开关24的两个触点的情况下，该开关24处于常闭状态，从而如上所述，使电机处于短路状态。另外，由于车辆通常用于露天环境，因此考虑到防水等因素，还考虑在开关24的外侧罩上硅胶罩26等保护罩，同时在硅胶罩26上对应于上述两个触点的位置上设置相应的隆起。另外，这里以三相电机为例进行了说明，但本发明同样适合于多于三相的电机的情况，在这样的情况下，只要增加相应于相线数目的触点数，使得多个相线能够在短路和非短路的状态下运转即可。

滑块23包括容纳在电子刹车控制器的主体内部、用以与开关24的触点接触的“U”形的滑动部分23a，以及暴露在电子刹车控制器的主体外部的、呈“L”形的承载连接部分23b，并且在外罩24a上，在滑动部分23a和承载连接部分23b的连接处设有供滑块23上下滑动的孔。该滑动部分23a的宽度与壳体24a的内侧宽度相适应，从而能够通过其侧壁在壳体24a内部表面上滑动。例如，也可以在壳体24a的内侧壁面上设置滑槽来引导上述滑动部分23a。在该承载连接部分23b的图中的上侧部分形成通孔，用于插过刹车线，并且该上侧部分的表面用于承接复位弹簧22的另一端；在与该上侧部分垂直的下侧部分上形成用于穿过螺栓的通孔，通过螺栓将刹车线21的一端与滑块固定。这里，通过螺栓将刹车线21与滑块固定，也可以采用焊接等其他方式进行固定连接。

这里，以复位弹簧22被设置在电子刹车控制器外部的情况进行了说明，但也可以将复位弹簧22设置在其内部，例如滑块23的“U”形部分的凹陷部分中，即将“U”形部分的上表面作为承载连接部分而将两个侧壁作为滑动部分，从而可以简化滑块23的结构、减小电子刹车控制器的体积，并且由于不必设置多余开口从而能够提高电子刹车控制器的密闭性。另外，在该情况下，可以将图6中壳体25a的上部内壁面承担承载复位弹簧22的另一端的挡片的功能。

另外，通常为了零件安装方便而将外壳25设为包括壳体25a和盖板25b两部分的结构并用螺栓连接，但也可以在安装好电子刹车控制器的内部部件之后即将外壳通过熔接等封闭而形成一体，或者在将本发明的电子刹车控制器安装在例如上述的车架100的管中的情况下也可以用车架的管来代替外壳，从而进一步降低成本。

[电子刹车控制器的动作说明]

下面基于图8a和图8b的内容对电子刹车控制器的动作进行说明。

电子刹车控制器工作在两个状态下，第一状态是正常行车状态(参见图8a)，该状态对应于图5a的电路连接，第二状态是刹车状态(参见图8b)，该状态对应于图5b的电路连接。

在正常行车状态下，如图8a所示，由于此时复位弹簧22处于压缩状态，因此通过弹簧的弹力，滑块23的“L”形部分23b被推向图中的右侧，即远离挡片p的方向。这样，“U”形部分23a与开关24的两个触点抵接，从而将相线之间的连接断开，使其处于正常工作状态。另一方面，当用户通过拉刹车把手等而拉拽“L”形部分23b的情况下，若该拉拽力大于复位弹簧22的推力，则“L”形部分23b向图中左侧方向移动，使复位弹簧22进一步被压缩。于此同时，“U”形部分23a随同“L”形部分23b一同向图中左侧方向移动，从而对于开关24的按压力消失，这样开关24复位而将电机的相线短接，从而使其处于短路状态。通过上述动作而能够将车辆在正常运转状态和刹车状态之间进行切换。

以上说明了将本发明的电子刹车控制器应用于以曲柄旋转产生中轴的驱动力的自行车的实施例，但这些部件的结构及其连接关系也可以适用于电动自行车、摩托车、老年代步车、电动车等各种电动车辆。

以上参照上述各实施方式说明了本发明，但本发明并非限定于上述的各实施方式，将各实施方式的构成适当组合或置换后的方案，也包含在本发明范围内。另外，还可以基于本领域技术人员的知识适当重组各实施方式中的组合和处理顺序，或者对各实施方式施加各种设计变更等变形，被施加了这样的变形的实施方式也可能包含在本发明的范围内。

本发明虽然已详细描述了各种概念，但本领域技术人员可以理解，对于那些概念的各种修改和替代在本发明公开的整体教导的精神下是可以实现的。本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。