一种电动制动缸的制作方法

1.本发明是关于轨道车辆制动技术领域，尤其涉及一种电动制动缸。


背景技术：

2.制动技术是轨道交通的核心技术之一，目前行业内普遍使用空气制动系统和液压制动系统。传统气动制动系统通过空气压缩机将压缩空气储存至列车车辆裙板内的风缸中，再由制动控制装置控制多种空气阀经由气路将压缩空气传递至制动缸，由压缩空气作为介质推动气动夹钳单元(该夹钳单元包括制动缸和夹钳)抱紧制动盘或毂提供制动力。相似的，液压制动系统是将液压油储存到油箱，通过油泵和多种液压阀经由油路块将带有压力的液压油传递至液压夹钳单元，抱紧制动盘或毂提供制动力。
3.但是，这两种制动方式均存在结构复杂、效率低的缺点。而且传统主动型气动夹钳单元及液压夹钳单元，因结构、原理所致，功能较为单一，仅具备常用制动/缓解功能，如需停放制动/缓解功能等其他功能，还需要增加其他额外机构，结构更为复杂，且增加制动系统重量。
4.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种电动制动缸，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电动制动缸，能通过电能实现常用制动和缓解，结构简单、体积小且效率更高。
6.本发明的目的是这样实现的，一种电动制动缸，包括第一端开口的壳体；在壳体内固设有环形的电机定子，在电机定子内能转动地插设有环形的电机转子；在电机转子内插设固定有转动轴套，且转动轴套与壳体能周向转动并轴向固定地连接；在转动轴套内插设固定有丝杠，丝杠的一端伸出转动轴套的第一端并套设有第一调节螺母；在壳体的第一端开口与丝杠之间能轴向滑动的插设有连接筒，连接筒与壳体呈周向固定且连接筒与第一调节螺母固接。
7.在本发明的一较佳实施方式中，在连接筒的外壁开设有沿其轴向延伸的长条状防转槽，在壳体的开口端内壁固设有凸起，凸起能滑动地嵌设在长条状防转槽内。
8.在本发明的一较佳实施方式中，转动轴套的第一端外壁凸设有第一凸缘，并在第一凸缘靠近转动轴套第一端的端部外壁凸设有安装环，电机转子套设在第一凸缘上并与安装环固接。
9.在本发明的一较佳实施方式中，在壳体的中部内壁且位于第一凸缘和壳体第二端之间凸设有中心凸环，转动轴套的外壁与中心凸环的内壁通过第一轴承和第二轴承连接，且第一轴承和第二轴承均与中心凸环轴向固定，第二轴承靠近转动轴套的第一端设置；在转动轴套上还套设有锁紧螺母，锁紧螺母抵靠在第一轴承背对第二轴承的端面上；在中心凸环的端部向壳体第一端的方向延伸形成延伸环，在延伸环的外壁套设有止推轴承，且止
推轴承的两端面分别顶抵在中心凸环和第一凸缘的端面之间。
10.在本发明的一较佳实施方式中，在止推轴承与中心凸环之间还设有力传感器。
11.在本发明的一较佳实施方式中，在壳体内壁开设有环形凹槽，并在环形凹槽内嵌设有固定环，固定环与壳体固接，且电机定子的两端面分别顶抵在中心凸环和固定环的端面上。
12.在本发明的一较佳实施方式中，丝杠与转动轴套的内壁通过第一平键连接；在转动轴套的第一端内壁开设有贯穿其第一端端面且内径扩大的阶梯孔，并在阶梯孔的孔壁上开设有环形卡槽；在丝杠上凸设有限位凸环，限位凸环嵌设在阶梯孔内；在环形卡槽内卡设有具有纵向切口的弹性卡圈，限位凸环的两端面分别顶抵在阶梯孔的孔肩和弹性卡圈的端面上。
13.在本发明的一较佳实施方式中，连接筒为一端开口的筒状结构，其开口端与第一调节螺母固接；在连接筒的筒底外壁凸设有第二凸缘，第二凸缘位于壳体的第一端外部，并在第二凸缘的外侧壁上对称开设有两个第一缸体套安装孔；在壳体的外侧壁上对称开设有两个第二缸体套安装孔。
14.在本发明的一较佳实施方式中，在转动轴套的第二端外壁能轴向滑动并周向固定地套设有调节轴套，并在调节轴套上朝向壳体第二端的方向依次间隔套设有环形的电磁制动器转子和环形的电磁制动器定子；电磁制动器转子与调节轴套的第一端固接，电磁制动器定子与壳体固接。
15.在本发明的一较佳实施方式中，调节轴套的内壁通过第二平键与转动轴套的外壁连接；在调节轴套的第一端外壁凸设有第三凸缘，电磁制动器转子与第三凸缘固接。
16.在本发明的一较佳实施方式中，在壳体的第二端端面正对转动轴套的位置开设有尾部安装孔，并在尾部安装孔处能拆卸地固设有后盖堵。
17.在本发明的一较佳实施方式中，在转动轴套的中部外壁朝向其第一端的方向形成外径扩大的第一限位台阶，在调节轴套的第一端内壁朝向其第二端的方向形成内径缩小的第二限位台阶；在转动轴套上套设有压缩弹簧，且压缩弹簧的两端分别顶抵在第二限位台阶和第一限位台阶上；在转动轴套的第二端端部套设有第二调节螺母，第二调节螺母抵靠在调节轴套的第二端端面上。
18.在本发明的一较佳实施方式中，在转动轴套上还套设有环形的编码器，编码器具有位于外圈的定子部分以及位于内圈的转子部分，定子部分与壳体固接，转子部分与转动轴套固接。
19.在本发明的一较佳实施方式中，壳体包括自其第一端向第二端顺序连接的前盖体、缸体和后盖体，连接筒能轴向滑动地插设在前盖体内，电机定子与缸体固接，电磁制动器定子与后盖体固接。
20.由上，本发明中的电动制动缸通过电机定子和电机转子之间的电磁力矩便能带动连接筒的轴向移动，以伸长或者缩短壳体和连接筒之间的相对距离，从而推动配套夹钳完成常用制动功能和常用缓解功能；实现将电能直接转化为提供制动力，不但避免了传统制动系统复杂的管路铺设和维护，而且可以省去油箱、风源、油路块、气路块、阀门等部件，大幅减轻制动系统自重，从而达到轻量化的目的。同时相较于传统气动制动缸或液压制动缸，利用电磁力可以明显提升效率，且结构简单、紧凑，可以显著减小结构的尺寸。
附图说明
21.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
22.图1：为本发明提供的电动制动缸的剖视图。
23.图2：为本发明提供的丝杠的结构示意图。
24.图3：为本发明提供的调节轴套的剖视图。
25.附图标号说明：
26.1、壳体；11、前盖体；12、缸体；121、中心凸环；1211、延伸环；122、第一轴承；123、第二轴承；124、止推轴承；1241、力传感器；125、弹性卡环；126、环形凹槽；127、固定环；128、第二缸体套安装孔；13、后盖体；14、后盖堵；
27.2、电机定子；
28.3、电机转子；
29.4、转动轴套；41、第一凸缘；411、安装环；42、阶梯孔；43、环形卡槽；431、弹性卡圈；44、锁紧螺母；45、编码器；46、第一限位台阶；47、压缩弹簧；48、第二调节螺母；
30.5、丝杠；51、第一调节螺母；52、第一平键；53、限位凸环；
31.6、连接筒；61、第二凸缘；62、第一缸体套安装孔；
32.7、调节轴套；71、第二平键；72、第三凸缘；73、第二限位台阶；
33.8、电磁制动器转子；
34.9、电磁制动器定子。
具体实施方式
35.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
36.如图1至图3所示，本实施例提供一种电动制动缸，包括第一端开口的壳体1。在壳体1内固设有环形的电机定子2，在电机定子2内能转动地插设有环形的电机转子3。在电机转子3内插设固定有转动轴套4，且转动轴套4与壳体1能周向转动并轴向固定地连接。在转动轴套4内插设固定有丝杠5，丝杠5的一端伸出转动轴套4的第一端并套设有第一调节螺母51。在壳体1的第一端开口与丝杠5之间能轴向滑动的插设有连接筒6，连接筒6与壳体1呈周向固定且连接筒6与第一调节螺母51固接。
37.可以理解，电机定子2和电机转子3构成电机(现有技术)，电机得电时电机转子3转动，电机失电时电机转子3不动。实际使用时电动制动缸还会配备相应的控制系统，电机的得电、失电以及电机的正转、反转均由该控制系统控制。使用时，在壳体1上和连接筒6上分别安装缸体套(用于连接配套夹钳使用，为现有部件)来与配套夹钳的两端对应固接。
38.工作时，电机得电后，电机定子2与电机转子3之间产生电磁力矩，电机转子3发生转动，进而带动转动轴套4和丝杠5一起同步转动；在丝杠5转动的同时便会推动第一调节螺母51和连接筒6一起做直线运动向外行进，伸长壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离，从而推动配套夹钳完成常用制动功能。当电机反转时，便可以减小壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离，从而推动配套夹钳完成常用缓解功能。
39.由此，本实施例中的电动制动缸通过电机定子2和电机转子3之间的电磁力矩便能带动连接筒6的轴向移动，以伸长或者缩短壳体1和连接筒6之间的相对距离，从而推动配套
夹钳完成常用制动功能和常用缓解功能；实现将电能直接转化为提供制动力，不但避免了传统制动系统复杂的管路铺设和维护，而且可以省去油箱、风源、油路块、气路块、阀门等部件，大幅减轻制动系统自重，从而达到轻量化的目的。同时相较于传统气动制动缸或液压制动缸，利用电磁力可以明显提升效率，且结构简单、紧凑，可以显著减小结构的尺寸。
40.在具体实现方式中，在连接筒6的外壁开设有沿其轴向延伸的长条状防转槽，在壳体1的开口端内壁固设有凸起，凸起能滑动地嵌设在长条状防转槽内，以实现连接筒6与壳体1的周向固定。当然，根据需要也可以采用其他方式，本实施例仅为举例说明。
41.进一步地，为了便于电机转子3与转动轴套4之间的固定，如图1所示，转动轴套4的第一端外壁凸设有第一凸缘41，并在第一凸缘41靠近转动轴套4第一端的端部外壁凸设有安装环411，电机转子3套设在第一凸缘41上并与安装环411固接(例如通过螺栓连接)。
42.为了便于转动轴套4与壳体1之间能周向转动并轴向固定地连接，如图1所示，在壳体1的中部内壁且位于第一凸缘41和壳体1第二端之间凸设有中心凸环121，转动轴套4的外壁与中心凸环121的内壁通过第一轴承122和第二轴承123连接，且第一轴承122和第二轴承123均与中心凸环121轴向固定，第二轴承123靠近转动轴套4的第一端设置。在转动轴套4上还套设有锁紧螺母44，锁紧螺母44抵靠在第一轴承122背对第二轴承123的端面上。在中心凸环121的端部向壳体1第一端的方向延伸形成延伸环1211，在延伸环1211的外壁套设有止推轴承124，且止推轴承124的两端面分别顶抵在中心凸环121和第一凸缘41的端面之间。
43.其中，中心凸环121的形状可以按照图1中示出的锥形状，以更便于部件的安装和节省空间。上述的第一轴承122和第二轴承123优选采用深沟球轴承，以实现转动轴套4在壳体1内的顺利转动，而且可以保证转动轴套4与壳体1的同轴度，工作更加稳定。对于第一轴承122和第二轴承123与中心凸环121之间的轴向定位可以采用现有任一方式实现，例如本实施例中第一轴承122和第二轴承123相对的端面均卡设在中心凸环121相应的台阶上，背对的端面可以通过嵌设在中心凸环121内的弹性卡环125限位，锁紧螺母44具体是抵靠在第一轴承122一侧的弹性卡环125上，进一步轴向固定第一轴承122的同时不会影响转动轴套4的转动。
44.通过锁紧螺母44的设置可以对转动轴套4构成轴向限位，防止转动轴套4向图1中示出的右方移动。由于工作时第一调节螺母51向右运动时转动轴套4会受到向左的反向力，通过止推轴承124的设置，一方面能够承受该轴向载荷，对转动轴套4构成轴向限位，防止其向左移动而碰上中心凸环121影响其正常转动，进而与锁紧螺母44配合实现对转动轴套4的轴向固定；另一方面该止推轴承124还能保证电机转子3传递扭矩时转动轴套4可以正常转动。各轴承的具体结构均为现有技术，在此不再赘述。可以理解，该转动轴套4与中心凸环121、延伸环1211以及第二轴承123的端面之间均留有间隙不会接触，以保证转动轴套4的顺利转动。
45.优选地，在止推轴承124与中心凸环121之间还设有力传感器1241(现有技术)。通过力传感器1241检测止推轴承124所受的推力大小，可以得知配套夹钳所受到的输出力大小，以更好的了解工况。
46.进一步地，为了便于电机定子2与壳体1之间的固定，如图1所示，在壳体1内壁开设有环形凹槽126，并在环形凹槽126内嵌设有固定环127，固定环127与壳体1固接(例如通过螺栓连接)，且电机定子2的两端面分别顶抵在中心凸环121和固定环127的端面上。
47.为了便于丝杠5与转动轴套4之间的固定，如图1和图2所示，丝杠5与转动轴套4的内壁通过第一平键52连接，以实现两者的周向固定。在转动轴套4的第一端内壁开设有贯穿其第一端端面且内径扩大的阶梯孔42，并在阶梯孔42的孔壁上开设有环形卡槽43。在丝杠5上凸设有限位凸环53，限位凸环53嵌设在阶梯孔42内。在环形卡槽43内卡设有具有纵向切口的弹性卡圈431，限位凸环53的两端面分别顶抵在阶梯孔42的孔肩和弹性卡圈431的端面上，以实现丝杠5与转动轴套4之间的轴向固定。
48.为了方便壳体1和连接筒6与夹钳连接，如图1所示，连接筒6为一端开口的筒状结构，其开口端与第一调节螺母51固接(例如通过螺栓连接)。在连接筒6的筒底外壁凸设有第二凸缘61，第二凸缘61位于壳体1的第一端外部，并在第二凸缘61的外侧壁上对称开设有两个第一缸体套安装孔62。在壳体1的外侧壁上对称开设有两个第二缸体套安装孔128。其中，各缸体套安装孔内均用于安装一缸体套，壳体1上安装的缸体套和连接筒6上安装的缸体套分别用于与配套夹钳的两端固定连接。
49.当然，电机定子2与壳体1之间、电机转子3与转动轴套4之间、转动轴套4与壳体1之间、丝杠5与转动轴套4之间以及壳体1和连接筒6与配套夹钳的连接也可以采用其他方式，本实施例仅为举例说明。
50.进一步优选地，为了使得电动制动缸在配套夹钳到达指定制动位置或者指定缓解位置时能够保持住当前的位置，以使该电动制动缸和配套夹钳构成的夹钳单元具备停放制动功能和停放缓解功能，保证使用安全，如图1所示，在转动轴套4的第二端外壁能轴向滑动并周向固定地套设有调节轴套7，并在调节轴套7上朝向壳体1第二端的方向依次间隔套设有环形的电磁制动器转子8和环形的电磁制动器定子9。电磁制动器转子8与调节轴套7的第一端固接，电磁制动器定子9与壳体1固接。
51.可以理解，电磁制动器转子8为永磁体，电磁制动器定子9和电磁制动器转子8构成电磁制动器(现有技术)。电磁制动器失电时，在永磁体的磁力作用下电磁制动器定子9和电磁制动器转子8之间吸合，此时电磁制动器定子9与电磁制动器转子8之间通过磁力和摩擦力保持固定；电磁制动器得电时，产生的磁场使得电磁制动器定子9和电磁制动器转子8相互排斥，两者之间产生间隙不再吸合。电磁制动器的得电和失电均由上述的控制系统控制。整个夹钳单元的停放制动功能和停放缓解功能具体如下：
52.停放制动功能：首先电磁制动器得电，使得电磁制动器定子9和电磁制动器转子8之间产生间隙，此时两者可相对转动。当电机得电后，电机定子2与电机转子3之间产生电磁力矩，电机转子3带动转动轴套4、调节轴套7和丝杠5一起同步转动，并推动第一调节螺母51和连接筒6，伸长壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离；当该相对距离伸长至可满足停放制动力的位置(也即配套夹钳到达指定制动位置)时，电机失电且电磁制动器失电，此时电磁制动器定子9与电磁制动器转子8通过磁性连接吸合，使得调节轴套7不能转动，转动轴套4和丝杠5也不再转动，第一调节螺母51也不再移动，进而使得连接筒6保持在当前位置状态，从而推动夹钳完成停放制动功能。
53.停放缓解功能：首先电磁制动器得电，使得电磁制动器定子9和电磁制动器转子8之间产生间隙，此时两者可相对转动。当电机得电并反转时，便可以减小壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离；当该相对距离减小至配套夹钳到达指定缓解位置时，电机失电且电磁制动器失电，此时电磁制动器定子9与电磁制动器转子8通过磁性连接吸合，使
得调节轴套7不能转动，转动轴套4和丝杠5也不再转动，第一调节螺母51也不再移动，进而使得连接筒6保持在当前位置状态，从而推动夹钳完成停放缓解功能。
54.需要说明的是，在进行制动过程中，当配套夹钳到达指定制动位置时，也即配套夹钳抱紧制动盘时，制动盘也会对配套夹钳产生一个反向作用力，该反向作用力通过连接筒6作用在第一调节螺母51上；在电机失电后，该反向作用力会迫使第一调节螺母51反向移动。因此，通过该电磁制动器的设置，能够保证配套夹钳到达指定制动位置时第一调节螺母51始终保持在当前位置状态，性能更加可靠。
55.当配套夹钳到达指定缓解位置后，车辆运行过程都需要一直保持在该缓解位置，才能保证车辆正常行驶。通过该电磁制动器的设置，能够保证配套夹钳到缓解位置后第一调节螺母51始终保持在当前位置状态，使用更加安全可靠。
56.一般为了便于调节轴套7与转动轴套4之间的周向固定，调节轴套7的内壁通过第二平键71与转动轴套4的外壁连接。为了便于电磁制动器转子8与调节轴套7之间的固定，如图1和图3所示，在调节轴套7的第一端外壁凸设有第三凸缘72，电磁制动器转子8与第三凸缘72固接。可以理解，电磁制动器转子8的端面与该第三凸缘72的端面正对设置，两者可以通过螺栓连接。当然，电磁制动器转子8与调节轴套7之间也可以采用其他方式固定，本实施例仅为举例说明。
57.进一步地，在整个夹钳单元完成制动后，若因系统故障出现电机无法得电而无法实现缓解动作时，为了夹钳单元能实现紧急缓解功能，如图1所示，在壳体1的第二端端面正对转动轴套4的位置开设有尾部安装孔，并在尾部安装孔处能拆卸地固设有后盖堵14。该后盖堵14还可以起到防尘的作用。
58.更具体地，此时若电磁制动器仍可以供电，可以打开后盖堵14，利用控制系统给电磁制动器通电，电磁制动器得电后电磁制动器定子9和电磁制动器转子8之间产生间隙；之后使用相关工具扭转转动轴套4的第二端端部，即可扭转转动轴套4，减小壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离，从而推动配套夹钳完成缓解功能。根据需要，当相对距离减小至夹钳到达指定缓解位置还可以控制电磁制动器失电，使得电磁制动器定子9与电磁制动器转子8通过磁性连接吸合，使连接筒6保持在当前位置状态。
59.假若此时电磁制动器也无法供电，为了实现紧急缓解功能，如图1和图3所示，在转动轴套4的中部外壁朝向其第一端的方向形成外径扩大的第一限位台阶46，在调节轴套7的第一端内壁朝向其第二端的方向形成内径缩小的第二限位台阶73。在转动轴套4上套设有压缩弹簧47，且压缩弹簧47的两端分别顶抵在第二限位台阶73和第一限位台阶46上。在转动轴套4的第二端端部套设有第二调节螺母48，第二调节螺母48抵靠在调节轴套7的第二端端面上。
60.其中，第二调节螺母48与转动轴套4上的齿牙配合，通过扭转第二调节螺母48可以改变调节轴套7和电磁制动器转子8与电磁制动器定子9之间的相对位置；调节轴套7和电磁制动器转子8通过压缩弹簧47能向电磁制动器定子9提供持续输出力，并将调节轴套7和电磁制动器转子8保持在该位置，进而达到手动调节电磁制动器定子9和电磁制动器转子8之间间隙的功能。一般在壳体1上相应位置开设有观察口，以在手动调节时方便观察间隙大小。
61.如此，在整个夹钳单元完成制动后，当因系统故障出现电机和电磁制动器都无法
供电时，可以打开后盖堵14，使用相关工具扭转第二调节螺母48，推动调节轴套7，使得电磁制动器定子9与电磁制动器转子8产生间隙后，再使用相关工具扭转转动轴套4的第二端端部，即可扭转转动轴套4，减小壳体1与连接筒6上安装的缸体套之间的相对距离，从而推动配套夹钳完成缓解功能。
62.因此，在整个夹钳单元完成制动后因系统无法故障无法正常供电而无法完成缓解工作时，根据供电系统的故障情况：当电机无法供电而电磁制动器可以正常供电时，可以通过通电和机械的方式实现紧急缓解功能；当电机和电磁制动器均无法正常供电时，可以通过纯机械的方式来实现紧急缓解功能，以保证车辆能够继续行驶。
63.进一步优选地，如图1所示，在转动轴套4上还套设有环形的编码器45，编码器45具有位于外圈的定子部分以及位于内圈的转子部分，定子部分与壳体1固接(具体是与上述的中心凸环121固接)，转子部分与转动轴套4固接。
64.一般该编码器45位于上述的第一限位台阶46和锁紧螺母44之间。该编码器45与上述的控制系统电连接；转子部分可以随转动轴套4一起同步转动，通过检测转子部分转动的圈数便可以计算出第一调节螺母51的运动行程，以检测出配套夹钳是否到达指定制动位置或者指定缓解位置；还可以实现制动状态、制动次数及盘片间隙(即配套夹钳与制动盘之间的间隙)的检测等功能；并可配合电机，完成校准(即可以检测出刹车片的磨耗量，以及时调整连接筒6的移动距离)等功能。对于编码器45的具体结构及检测过程均为现有技术，在此不再赘述。
65.进一步地，为了便于加工和安装，如图1所示，壳体1包括自其第一端向第二端顺序连接的前盖体11、缸体12和后盖体13(例如相互之间通过螺栓连接)，连接筒6能轴向滑动地插设在前盖体11内，电机定子2与缸体12固接，电磁制动器定子9与后盖体13固接。另外，上述的中心凸环121形成在缸体12内壁上，且中心凸环121位于编码器45和第一凸缘41之间；上述的环形凹槽126由缸体12的端部与前盖体11围合构成，固定环127与缸体12固接，第一缸体套安装孔62开设在缸体12侧壁上，尾部安装孔开设在后盖体13上。
66.综上，本实施例中的电动制动缸，采用全新的电机械结构，与配套夹钳构成电动夹钳单元，通过电能的通断便可以实现常用制动和缓解功能，相较于现有技术中的气动夹钳单元和液压夹钳单元来说，不但避免了传统制动系统复杂的管路铺设和维护，而且可以省去油箱、风源、油路块、气路块、阀门等部件，大幅减轻制动系统自重，从而达到轻量化的目的，且效率更高。通过电磁制动器的设置，可以在有限的空间内增加停放制动和停放缓解功能，进而减轻了重量；通过后盖堵14、锁紧螺母44和压缩弹簧47的配合还可以有两种方式实现紧急缓解功能，且利用锁紧螺母44可以手动调节电磁制动器的间隙；另外，利用编码器45可以实现制动状态的监测功能。
67.整个电动夹钳单元功能较多，在满足常用制动和常用缓解功能的同时，还具有停放制动和停放缓解功能、紧急缓解功能、电磁制动器间隙调整功能以及制动状态监测功能，且实现这些功能的主要部件均集成在电动制动缸的壳体1内，结构更加紧凑，显著减小了结构尺寸，性能更加优越。
68.以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。