电子机械制动器及其电致动器的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的电子机械制动器，尤其涉及一种用于电子机械制动器的电致动器。

背景技术：

电子机械制动器(emb)通常包括容纳在制动卡钳中的用于使车辆减速或停止或使车辆维持在停止状态的机械制动机构。在emb中，机械制动机构通常连接到包括电机的电致动器，电机被构造成产生并输出将被传递到机械制动机构的制动力或扭矩。

emb还通常包括提供对电机控制的控制模块。例如，控制模块可以通过诸如电缆或总线等各种电气连接来控制电机的旋转和/或管理用于电机的功率。来自用于电机的传感器的检测信号例如温度、转速等可以被传送到控制模块以用于调节电机的操作。

图1示出了带有电致动器的常规emb的一个功能框图。在图1所示的emb中，该制动器包括由电机壳体11保护并附接到卡钳20的壳体21的电机110。由图1的示例可知，在卡钳20内包括机械制动机构22、传动单元23和夹钳24。机械制动机构22容纳在壳体21中，可连接到夹钳24的刹车片，壳体21还容纳传动单元23。由电机110产生的制动力或扭矩可以经由传动单元23传递到机械制动机构22。传动单元23可以具有各种力传动结构，例如多级行星齿轮系统或单级行星齿轮系统，以用于传递制动力或扭矩到机械制动机构22，从而实现对车辆的制动。

在图1所示的emb中，控制模块120设置在控制模块壳体31中，该控制模块壳体31与制动器分开并远离卡钳20和电机壳体11。如图1所示，单独的控制模块壳体31可被固定到车辆底盘。控制模块被远离制动器布置，并且控制模块通过与电机之间的电缆41连接到电机。

图1中的配置具有各种缺点。例如，控制模块需要额外的空间和额外的壳体。由于控制模块壳体设置在车辆底盘处并且远离制动器布置，因此在电机与控制模块之间需要长且复杂的电缆连接41，并且整个制动器的尺寸和重量较大。此外，制动器的结构和构造变得更加复杂，而且在车辆设计布局(packaginglayout)方面也存在问题。上述所有这些情况均增加了成本。

图2示出了具有电致动器的常规电子机械制动器的另一示例的功能框图。在此示例中，如图1一样，电机110由电机壳体11保护并且附接到容纳传动单元23和机械制动机构22的壳体21。控制模块120设置在控制模块壳体31中，而与图1的emb不同的是，该控制模块壳体31附接到电机壳体11上，这缩短了电机和控制模块之间的连接。

然而，对于图2中的配置，控制模块壳体31在安装到车辆上时仍存在可能与车辆底盘的部件相冲突的潜在风险。此外，控制模块的额外壳体和空间增加了整个制动器的尺寸和重量，并且增加了成本。

图3示出了根据美国专利公开us2007/228824a1的另一emb装置的功能框图。在图3的例子中，电机壳体被移除，且电机110被移入到卡钳20内。更具体地说，电机110布置在还容纳传动单元23和机械制动机构22的壳体21中的凹部内。同时，控制模块120设置在附接到该壳体21的单独的控制模块壳体31中。在这种情况下，如在us2007/228824a1中所公开的，控制模块120必需经由设置在控制模块壳体31的接口模块中的电缆连接41连接到电机110。

关于图3中的配置，移除电机壳体可以减少在制动器装置中所使用的部件数量，并且可以缩短电机与控制模块之间的连接。然而，由于控制模块120位于单独的控制模块壳体31中，因此仍存在车辆设计布局中控制模块壳体与车辆底盘的部件之间相冲突的缺点。

在所有这些常规的emb中，控制模块都需要单独的壳体。其结果，emb需要额外的空间和连接用于控制模块壳体；因此存在结构配置复杂、与车辆底盘的部件相冲突以及尺寸、重量和成本增加的缺点。

因此，需要提供一种克服现有emb中缺点的改进的emb。

技术实现要素：

为了克服常规emb的缺点，本发明提供了一种具有电致动器的改进的emb，其可以提供减小的尺寸和简化的结构配置。

根据本发明的一个方面，公开了一种用于emb的电致动器。该电致动器包括电机壳体、设置在电机壳体内部的电机以及用于控制电机的控制模块，其中，该控制模块位于电机壳体的内部。

在一个方面，控制模块可以附接到电机壳体。

在一个方面，控制模块可以包括设置有用于控制电机的控制电路的至少一个第一印刷电路板(pcb)。所述至少一个第一pcb可以进一步包括用于管理电机的功率的功率管理电路。控制模块还可以包括用于保持所述至少一个第一pcb的支撑元件。所述支撑元件可以与电机壳体成一体，例如可以为法兰，或者可以是单独的元件。

在另一方面，控制模块可以包括至少一个第二pcb，其被配置为管理电机的功率。所述至少一个第一pcb和至少一个第二pcb可以被堆叠并固定到用于保持所述第一pcb和第二pcb的支撑元件的一侧，或者可以固定到支撑元件的相对两侧。支撑元件可以与电机壳体成一体，例如可以为法兰，或者可以是单独的元件。

在根据任一个上述配置中的一个方面中，每个pcb和支撑元件可以具有带有中心通孔的环形形状，电机的驱动轴可以延伸通过该中心通孔。支撑元件可具有从中心通孔突起以用于在其中保持和固定轴承的环形突起。支撑元件可以配置为用于冷却印刷电路板上的部件；例如，所述支撑元件可以由导热金属制成。

在根据任一个上述配置中的一个方面中，控制模块还可以包括连接到所述至少一个pcb的至少一个电容器。所述至少一个电容器可以连接到覆盖电机壳体的一侧的侧盖和/或可以被配置为附接到至少一个pcb的单独组件。

在控制模块包括至少一个第一pcb和至少一个第二pcb的配置中，所述至少一个第一pcb可以经由板对板连接器或电缆电连接到所述至少一个第二pcb。

在根据任一个上述配置中的一个方面中，电致动器可以进一步包括固定在支撑元件上的永磁制动器。

在根据任一个上述配置中的一个方面中，电致动器可以进一步包括用于覆盖电机壳体的一侧的侧盖。侧盖可以具有用于引导电机的驱动轴的环形突起。电机壳体可以包括在电机壳体上的至少一个电缆通道。侧盖可以包括至少一个孔，电缆可以穿过该至少一个孔。

在根据任一个上述配置中的一个方面中，电机壳体可以具有中空圆柱状。电机壳体可以由导热金属制成。电机壳体可以在其外表面上设置有翅片、法兰或表面放大结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括根据以上任何配置的电致动器的emb。该emb可以进一步包括由电致动器的电机直接或间接驱动的机械制动机构。该机械制动机构可以配置在浮动型盘式卡钳致动器或固定型盘式卡钳致动器内。机械制动机构可以配置在鼓式制动器中。emb还可以包括设置在机械制动机构和电致动器之间的传动单元，传动单元包括齿轮，诸如行星齿轮，其中机械制动机构可以由传动单元驱动。

附图说明

本发明在附图中的各图中是以示例性而非限制性的方式进行示出，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1示出了根据现有技术的具有电致动器的常规电子机械制动器的一个示例的功能框图；

图2示出了根据现有技术的具有电致动器的常规电子机械制动器的另一示例的功能框图；

图3示出了根据现有技术的电子机械制动器的一个示例的功能框图；

图4示出了根据本发明的改进的电子机械制动器的功能框图；

图5是根据本发明的一个或多个实施方式的具有电致动器的电子机械制动器的剖视图；

图6是图5的电致动器的放大剖视图；

图7是图5的电致动器中的部件的分解图；

图8a是根据本发明的电致动器中的控制模块的放大剖视图；

图8b是图8a的控制模块的分解图；

图9是根据本发明的设置在电机壳体上的电缆通道的一个示例的放大视图；

图10是根据本发明的具有布置在支撑元件的相同一侧的pcb的控制模块的一个实施例。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的一些优选实施方式来详细描述本发明。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明。在其它情况下，众所周知的过程步骤和/或结构没有被详细描述，以免不必要地模糊本发明。

图4示出了本发明的改进的emb的一个功能框图。如图4所示，该emb包括电致动器2，电致动器2包括由电机壳体11保护的电机110。控制模块120设置在电机壳体11内部。电机壳体11附接到可容纳传动单元23和机械制动机构22的壳体21上。由于控制模块120集成在电机壳体11内部并靠近电机110布置，因此电机110和控制模块120之间的连接41被缩短，并且使整个制动器的结构被简化

图5示出了根据本发明的一个或多个方面的具有电致动器的emb1的示例。

在图5所示的例子中，emb1包括设置有电机110和控制模块120的电致动器，电机110和控制模块120均位于电机壳体11的内部。

图6示出了在图5的框10内的图5的一部分的放大剖视图。图7是如图6所示的电致动器的分解图，其进一步包括侧盖130。图8a是根据本发明的电致动器中的控制模块的放大剖视图。图8b是图8a中的控制模块的分解图。

参考图5、6、7、8a和8b，本发明的控制模块并没有设置在与电机分离的单独壳体中。相反，本发明的控制模块120与电机110一起布置在电机壳体11内部。通过去除用于控制模块的单独壳体并将控制模块集成到电机壳体中，本发明的emb可具有经简化的结构，并且可以进一步减小整个制动器的尺寸。

在下文中，将参考图8a和图8b讨论根据本发明的集成在电机壳体11内部的控制模块120的实施方式。

如图8a和图8b所示，控制模块120可以包括设置有用于控制电机的控制电路的至少一个第一印刷电路板(pcb)121。所述第一pcb也可以被称为“控制pcb”。尽管在图8b中仅示出了一个控制pcb121，但控制模块可以具有多于一个的控制pcb。

所述至少一个第一pcb121可以进一步设置有用于管理电机110的功率的功率管理电路。可替代地或附加地，控制模块120可以包括设置有用于管理电机的功率的功率管理电路的至少一个第二pcb122。所述第二pcb也可以被称为“功率pcb”。尽管在图8b中仅示出了一个功率pcb122，但是控制模块可以具有多于一个的功率pcb122。

尽管第一pcb121和第二pcb122均在图8b的图示中示出，但在一个实施例中，控制模块120可以仅具有一个pcb，例如可配置有所述控制电路和所述功率管理电路两者的第一pcb121。在这种情况下，例如，将没有诸如所述第二pcb122等附加的pcb。这使得控制模块120的结构尽可能被简化，免去了额外的空间。

本文的任何实施方式中描述的控制模块还可以包括支撑元件，其中所述至少一个第一pcb可以附接到支撑元件上。例如，如图8b所示，提供了支撑元件123，且第一pcb121和第二pcb122可以例如通过螺钉或其他紧固装置附接到支撑元件123。在控制模块仅包括一个pcb的情况下，例如，在仅包括一个第一pcb121的情况下，该第一pcb121可以附接在支撑元件123的任一侧上。

优选地，每个pcb和支撑元件123可以具有带有中心通孔的环形形状，电机的驱动轴可以延伸通过该中心通孔。环形的一个或多个pcb以及环形的支撑元件提供了在电机壳体内最大限度地利用空间的可能性，从而可以减小整个电致动器的尺寸和重量。

一方面，电机壳体内的经简化的结构配置可以使整个电子机械制动器的成本最小化。另一方面，将所述一个或多个pcb和支撑元件定位在电机壳体内可以缩短控制模块和电机之间的连接，从而可以消除与车辆的其他部件相冲突的风险。

而且，由于所述一个或多个pcb和支撑元件的环形形状，控制模块可以以各种方式与电机轴成一体地安装，这将在下面进行描述。

例如，如图8a和图8b的实施方式所示，至少一个第一pcb121和至少一个第二pcb122可以在沿着电机轴111的长度方向上布置在支撑元件123的相对两侧上。在这种情况下，所述第一pcb121或所述第二pcb122中的任一者可以被固定到支撑元件123的面向电机110的一侧，所述第一pcb121或者第二pcb122中的另一者被固定到所述支撑元件123的相对侧。

在其他实施例中，所述至少一个第一pcb121和至少一个第二pcb122可被堆叠并固定到支撑元件123的一侧。图10示出了一个示例性实施方式，其中第一pcb121和第二pcb122可以通过螺钉或任何其他合适的紧固装置进行堆叠并固定到支撑元件123的一侧。在至少一个第一pcb121和至少一个第二pcb122被堆叠并固定到支撑元件123的一侧的实施方式中，pcb可以被固定到支撑元件的面向电机的一侧，或者被固定到支撑元件的背向电机的一侧。

在控制模块包括多于一个pcb的实现方案中，pcb可以例如经由如图8b所示的至少一个板对板连接器124来进行电连接和/或经由至少一根电缆来进行电连接。板对板连接器124可缩短pcb之间的电连接，并因此可以消除用于电缆或其他连接器的额外空间，且能够增强结构稳定性。

在这里描述的任何实施方式中，支撑元件123可以具有从中心通孔突起的用于保持和固定轴承的环形突起。例如，如图8b所示，支撑元件123可以包括用于将轴承115保持和固定在其中的中心通孔。在图8b中所示的示例中，轴承115可以是滚针轴承。该轴承115可构造成用于支撑和引导电机轴111。

在本文所描述的本发明的实施方式中，电机壳体11可以由金属制成。优选地，电机壳体11可由导热材料制成。例如，电机壳体可以由铝制成，因为铝可提供良好的导热性能，这有利于电机的散热。在其他实施方式中，电机壳体11也可以由其他合适的导热材料制成，例如钢、镁等。

优选地，电机壳体11还可以被构造成用于改善散热性能。例如，电机壳体11可以在其外表面上设置有翅片、法兰或表面放大结构。通过提供这样的结构，可以增加暴露于环境空气的电机壳体11的外表面，以便将热量散发到空气中。

在本文所描述的本发明的任何实施方式中，如图6所示，电致动器可以进一步包括用于覆盖电机壳体11的一侧的侧盖130。侧盖130可构造成用于密封电机壳体11的一侧。例如，侧盖130可经由螺钉或其他紧固装置通过例如图7所示的孔135固定到电机壳体11。

在包括侧盖的情况下，侧盖130可以优选地包括用于引导电机的驱动轴111的环形突起。例如，在一个示例性实施方式中，侧盖130可以包括限定侧盖130的中心通孔138并从该中心通孔突起以用于在其中保持和固定轴密封件(未示出)的环形突起，该轴密封件用于在侧盖处密封电机的驱动轴111的端部。在这样的实施方式中，侧盖的环形突起可以具有阶梯状的内表面，使得轴密封件可以布置成抵靠环形突起的在中心通孔138的阶梯状内表面。环形突起部还使得能安装盖来封闭侧盖130的中心通孔138。

电机壳体11可以是任何形状并且可以具有用于引导电机的驱动轴的中央凹部。在优选实施方式中，电机壳体11可以具有中空圆柱状。

在本发明的一个方面，控制模块120可以连接到电机壳体11的内壁。例如，电机壳体的内表面可以设置有环形法兰，且控制模块120的支撑元件123可以附接到法兰，该法兰又可以连接到电机壳体11或与电机壳体11集成一体。

在优选的实施方式中，电机壳体11包括用于安装控制模块120的支撑元件123的特征结构。例如，如图6所示，电机壳体11可以具有阶梯状的内表面a，使得支撑元件123可以通过被压靠在阶梯状的内表面a上而被安装在电机壳体内。在该实施方式中，在安装或组装期间，控制模块120可以被首先安装在电机壳体11内部，且通过侧盖130按压。这样，控制模块可以被定位在电机壳体11内部并且由侧盖130固定。

在优选实施方式中，侧盖130可以被配置成用于冷却控制模块120。例如，侧盖可以由导热材料制成，诸如铝、钢、镁或其他导热性金属，和/或侧盖可以在其外表面上设置有翅片、法兰或表面放大结构。

如本文的任何实施方式中所描述的控制模块120可以进一步包括至少一个电容器。该至少一个电容器可以连接到控制模块的至少一个pcb。例如，仅以说明性而非限制性的方式，图6示出了连接到控制模块120的至少一个pcb上的至少一个电容器125。该电容器125例如可以被配置成用于在操作期间降低噪声及提高功率稳定性。

在包括侧盖的任何实施方式中，控制模块120的所述至少一个电容器125可以附接到侧盖。例如，仅以说明性而非限制性的方式，图6示出了附接到侧盖130的至少一个电容器125。可选地或附加地，至少一个电容器125可以被配置成作为单独组件附接到所述至少一个pcb。

在本文公开的具有支撑元件的任何实施方式中，支撑元件123可以被配置为基本平坦的环形板。在本文公开的具有支撑元件的任何实施方式中，支撑元件123可以与电机壳体11成一体，或者可以是单独的元件。在一些实施例中，支撑元件123可以是用于支撑电机110的法兰。在其他实施例中，支撑元件123可以是固定到电机壳体11的单独的元件。

在本文公开的具有支撑元件的任何实施方式中，支撑元件123可以被配置为用于冷却一个或多个pcb上的部件。在一些实施例中，支撑元件123可以由诸如铝、钢、镁或其他导热材料的金属制成。在本文公开的具有附接至支撑元件的至少一个pcb的任何实施方式中，pcb上的电子部件可以通过电子部件与支撑元件之间的导热材料来冷却。

例如，图8a示出了pcb上的电子部件127，该电子部件127在操作期间会将热量引导至pcb上。在这种情况下，可以在电子部件127和支撑元件123之间插入由导热材料制成的导热垫片128，使得由电子部件127引入的热量可以通过垫片128传导到支撑元件123。

导热垫片128可以由任何合适的导热材料制成，例如硅树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂等。在一些实施方式中，也可以在电机壳体的内表面上布置一个或多个导热垫片128以改善散热性能。

优选地，导热垫片128可以具有强粘合特性，使得垫片128可以牢固地粘合到部件的表面。在支撑元件123可以被配置成支撑控制模块的pcb和/或其他部件的一些实施方式中，优选地，支撑元件123可以由能够提供改进的支撑强度和良好的导热性能的材料制成，诸如铝合金等。

在本文描述的任何实施方式中，根据本发明的电致动器可以包括可固定在支撑元件上的电磁制动器。该电磁制动器可以配置为永磁制动器或非永磁制动器。

例如，图6和图8b示出了固定在支撑元件123上的永磁制动器140。在一些实施方式中，如图6所示，永磁制动器140可以包括可通过螺钉固定到支撑元件123的定子141，并且还包括转子142。永磁制动器140可以为电机轴111提供制动扭矩。控制模块120可以连接到永磁制动器140，并且可以被配置为控制永磁制动器的操作模式。例如，在一些实施方式中，控制模块120可以控制提供给永磁制动器140的电力。例如，当永磁制动器140断电时，永磁制动器140可以产生制动扭矩以使电机轴111的转动停止。当永磁制动器140通电时，对电机轴111的制动可被释放。以这种方式操作的电磁制动器也称为“失电制动器”。替代地，本文公开的任何实施方式中的制动器140也可以被配置为非永磁制动器。非永磁制动器可以作为“失电制动器”来操作或者也可以以其他合适的方式进行操作。

在一个方面，如图5-7所示，电机110可以包括电机轴111、电机定子112和电机转子113。电机轴111可以连接到电机转子113，并且电机定子112可以连接到电机壳体11。例如，如图6所示，电机定子112可以安装在电机壳体11的阶梯状的内表面b上。

电机轴111的输出端可延伸穿过电机壳体11的一侧以输出力或扭矩来驱动机械制动机构。在包括永磁制动器140的实施方式中，如图6所示，电机轴111可以延伸穿过永磁制动器140。在这种情况下，电机轴111可以连接到永磁制动器140的转子142。

优选地，电机轴111可以安装有两个轴承，例如图1中所示的轴承115和117。轴承115和117可以是用于引导电机轴111的任何合适类型的轴承，例如滚针轴承。如图6和图7所示，轴承117可以布置在电机壳体11的靠近电机轴111的输出端的一侧。

优选地，电机轴111的输入端可以具有六边形形状，如图7所示。在这种情况下，在维护期间或紧急制动状态下，使用者可以在不移除电机壳体内的部件的情况下从侧盖的中心通孔138将通用的六角扳手施用到电机轴111。

在图5中，电机轴111可以旋转以产生将被传递到的机械制动机构22的制动力。控制模块120可以通过功率连接来管理供应给电机110的功率。

在本文描述的本发明的任何实施方式的一个方面中，根据本发明的电致动器可以包括用于感测电机110的操作状态的感测模块(未示出)。感测模块可以包括至少一个传感器。在这种情况下，控制模块120的控制电路可以从感测模块接收指示电机110的操作状态的信号，并且响应于检测到的信号来调整电机的操作状态。这些信号可涉及电机110的温度、角度、扭矩或速度。控制模块120还可接收指示电动机的功率状态的输入。响应于这些功率状态的输入，控制模块120可以将电机的功率状态调整到期望的状态。

在一些实施例中，一个或多个传感器可以靠近电机110布置或布置在电机110上。由传感器检测到的信号可以被传输到控制模块120，以响应于检测到的信号来调整电机的操作方式。传感器可以用于检测运行中的电机110的温度、角度、扭矩，速度等。

在本文描述的任何实施方式中，如图9所示，电动机壳体11可以包括设置在电机壳体上的至少一个电缆通道118。电缆可以通过设置在电机壳体11上的电缆通道118固定和延伸。可选地或备选地，侧盖130可以包括至少一个孔132，如图6和7所示，电机壳体外部的电机功率和信号输入可以穿过该至少一个孔132进入电机壳体内部。

根据本发明的集成的电致动器可以与机械制动机构或传动单元一起连接进行安装。机械制动机构可以由该集成的电致动器中的电机直接或间接地驱动。

可选地，在一些实施方式中，如图5所示，电子机械制动器可以包括设置在机械制动机构22和电致动器之间的传动单元23。在图5的实施方式中，在操作期间，传动单元23可以由电机110的输出直接驱动来将制动力传递至机械制动机构22，由此可以通过电机110间接驱动机械制动机构22。

传动单元23可以附接到电机壳体11以用于接收电机轴111的制动力或扭矩输出并将该输出传递到机械制动机构22。例如，如图5所示，传动单元23可以与机械制动机构22一起容纳在壳体21内部。电致动器可以附接到壳体21，并由此连接到传动单元23。

图5示出了使用行星齿轮构造成两级齿轮传动结构的传动单元23的一个示例，但在其他实施方式中，传动单元23也可以构造成具有任何其他合适的传动结构，例如单级齿轮传动结构，摆线齿轮传动结构，涡轮蜗杆等。

可选地，在一些实施方式中，根据本发明的集成电致动器可以直接与机械制动机构连接，而在两者之间不存在传动单元，使得机械制动机构可以由电机直接驱动。

虽然在图5中示出了一个特定的浮动型盘式制动卡钳，但本文的任何实施方式中描述的emb当然还可以在其他类型的制动卡钳中实施，例如在固定型盘式制动卡钳中或在鼓式制动器中。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，决不意图限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，尽管本公开包括特定实施例，但是本公开的真实范围不应如此受限制，因为在研究附图、说明书和权利要求时，其他修改将变得显而易见。此外，尽管上文中将每个实施方式描述为具有特定特征，但涉及本公开的任何实施方式所描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何一个其他实施方式中实现和/或与任何一个其他实施方式的特征组合来实现，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式相互之间的置换仍然落在本公开的范围内。