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CN102893048A - 电动式直动致动器以及电动式制动装置 - Google Patents

电动式直动致动器以及电动式制动装置 Download PDF

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CN102893048A CN2011800240279A CN201180024027A CN102893048A CN 102893048 A CN102893048 A CN 102893048A CN 2011800240279 A CN2011800240279 A CN 2011800240279A CN 201180024027 A CN201180024027 A CN 201180024027A CN 102893048 A CN102893048 A CN 102893048A
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Abstract

本发明提供电动式直动致动器以及电动式制动装置，在组装有电动式直动致动器的电动式制动装置中，能够高精度地得到所希望的制动力。在将从电动马达（2）向其传递旋转的旋转轴（4）的旋转运动转换为作为输出部材的外圈部件（5）的直线运动的运动转换机构的内部设置检测对被驱动物进行直线驱动的外圈部件（5）的推压力的负载传感器（30），由此，在将该电动式直动致动器用于电动式制动装置时，能够直接检测由制动装置的被驱动物产生的制动力，从而能够高精度地得到所希望的制动力。

Description

电动式直动致动器以及电动式制动装置
技术领域
本发明涉及将电动马达的旋转运动转换为直线运动并对被驱动物进行直线驱动的电动式直动致动器、和使用电动式直动致动器将制动部件朝被制动部件推压的电动式制动装置。
背景技术
作为将电动马达的旋转运动转换为直线运动并对被驱动物进行直线驱动的电动式直动致动器，存在如下的电动式直动致动器：利用滑动螺杆（sliding screw）机构、滚珠丝杠机构、滚珠坡道（ball ramp）机构等运动转换机构将电动马达的转子轴或者从转子轴向其传递旋转的旋转部件的旋转运动转换为对被驱动物进行直线驱动的输出部件的直线运动。上述电动式直动致动器多组装有行星齿轮减速机构等齿轮减速机构，以便利用小容量的电动马达得到大的直线驱动力（例如参照专利文献1）。
作为无需组装另外的减速机构就能够确保大的直线驱动力、并且直动行程比较小的、适用于电动式制动装置的电动式直动致动器，本发明的发明人先前开发出了如下的机构：在电动马达的转子轴或者从转子轴向其传递旋转的旋转轴中的任一旋转轴部件与在旋转轴部件的外径侧且内嵌于壳体的内径面的外圈部件之间夹装多个旋转自如地由行星架支承的行星辊，使这些行星辊伴随着旋转轴部件的旋转而边自转边绕该旋转轴部件公转，在外圈部件的内径面设置螺旋凸条，在行星辊的外径面设置间距与螺旋凸条的间距相同、且供螺旋凸条嵌入的周向槽，或者设置间距与螺旋凸条的间距相同但导程角不同、且供螺旋凸条嵌入的螺旋槽，外圈部件与行星架沿旋转的轴线方向相对移动，从而将旋转轴部件的旋转运动转换为行星架的直线运动，将行星架作为对被驱动物进行直线驱动的输出部件（例如，参照专利文献2、3）。
另一方面，作为车辆用制动装置，多采用液压式制动装置，但近年来，伴随着ABS（Antilock Brake System，防抱死制动系统）等高度的制动控制的导入，无需复杂的液压回路就能够进行上述控制的电动式制动装置受到关注。电动式制动装置根据制动踏板的踏下信号等使电动马达工作，将如上所述的电动式直动致动器组装于制动钳而将制动部件朝被制动部件推压（例如参照专利文献4）。
以往，在组装有这样的电动式直动致动器的电动式制动装置中，作为对制动力进行控制的手段采用如下方法：根据电动马达的电流值检测马达扭矩，并对电动马达通以针对所需的制动力预先设定的电流的方法；或检测电动马达的旋转位置，并使电动马达旋转针对所需的制动力预先设定的旋转量的方法。
专利文献1:日本特开平6－327190号公报
专利文献2:日本特开2007－32717号公报
专利文献3:日本特开2007－37305号公报
专利文献4:日本特开2003－343620号公报
在上述的对电动马达赋予预先设定的电流值、旋转量而使之产生所需的制动力的现有的电动式制动装置中，存在如下问题：由于电动式直动致动器的部件的精度误差、运动转换机构中的滑动等，直线运动的输出部件的移动量产生误差，无法得到所希望的制动力。
发明内容
因此，本发明的课题在于，在组装有电动式直动致动器的电动式制动装置中，高精度地得到所希望的制动力。
为了解决上述的课题，本发明采用如下结构：电动式直动致动器具备运动转换机构，该运动转换机构将电动马达的转子轴或者从转子轴向其传递旋转的旋转部件的旋转运动转换为对被驱动物进行直线驱动的输出部件的直线运动，并且，该电动式直动致动器在上述输出部件的前面侧推压被驱动物，其中，在上述运动转换机构的内部设置有负载传感器，该负载传感器检测对上述被驱动物进行直线驱动的输出部件的推压力。
即，通过在运动转换机构的内部设置检测对被驱动物进行直线驱动的输出部件的推压力的负载传感器，在将该电动式直动致动器用于电动式制动装置时，能够直接检测由制动装置的被驱动物产生的制动力，从而能够高精度地得到所希望的制动力。
通过利用隔热件保护上述负载传感器，能够防止伴随着环境温度的上升的热影响而导致的负载传感器的故障、检测精度的降低。
通过将上述隔热件夹装在上述负载传感器与上述运动转换机构的部件接触的部位，能够抑制因来自所接触的部件的热传导引起的温度上升。作为该隔热件，能够使用具有耐热性且热传导率低的陶瓷、树脂等。
能够使用测力传感器、压电传感器、半导体负载传感器或者磁致伸缩式测力传感器中的任一个作为上述负载传感器。压电传感器组装有压电元件，半导体负载传感器组装有半导体应变仪，磁致伸缩式测力传感器利用了当对磁导率高的弹性体施加载荷时导磁性根据应力而变化的原理。
上述运动转换机构形成为：在上述转子轴或者从转子轴向其传递旋转的作为上述旋转部件的旋转轴中的任一旋转轴部件与在该旋转轴部件的外径侧且内嵌于壳体的内径面的外圈部件之间夹装多个旋转自如地由行星架支承的行星辊，使这些行星辊伴随着上述旋转轴部件的旋转而边自转边绕上述旋转轴部件公转，在上述外圈部件的内径面设置螺旋凸条，在上述行星辊的外径面设置间距与螺旋凸条的间距相同、且供螺旋凸条嵌入的周向槽，或者设置间距与螺旋凸条的间距相同但导程角不同、且供螺旋凸条嵌入的螺旋槽，使上述外圈部件与上述行星架沿轴向相对移动，从而将上述旋转轴部件的旋转运动转换成作为对上述被驱动物进行直线驱动的输出部件的上述外圈部件或者上述行星架的直线运动，由此，无需组装另外的减速机构就能够确保大的直线驱动力。
通过限制上述行星架的沿轴向的移动，对上述外圈部件进行止转并使其以能够滑动的方式内嵌于上述壳体，将上述外圈部件作为对被驱动物进行直线驱动的输出部件，能够在壳体的内径面沿轴向以较长的尺寸对作为输出部件的外圈部件进行引导，即便在输出部件作用有横向的力矩，也能够顺畅地对输出部件的直线运动进行引导。
通过将上述负载传感器配置于与作为上述输出部件的外圈部件推压被驱动物的前面侧相反的一侧的后面侧，能够降低负载传感器所被配置的位置的环境温度。
上述负载传感器能够配置于推力轴承和支承部件之间，上述推力轴承在轴向上支承承受上述外圈部件的推压力的反力的上述行星架的后面侧，上述支承部件支承上述推力轴承的后面侧。
上述负载传感器能够配置于支承部件与止挡件之间，上述支承部件经由推力轴承支承承受上述外圈部件的推压力的反力的上述行星架的后面侧，上述止挡件限制上述支承部件的朝后面侧的移动。
并且，本发明采用了如下结构：电动式制动装置具备电动式直动致动器，该电动式直动致动器将电动马达的旋转运动转换为输出部件的直线运动而对制动部件进行直线驱动，并且，上述电动式制动装置将上述被直线驱动的制动部件朝被制动部件推压，其中，使用上述的任一种电动式直动致动器作为上述电动式直动致动器，由此，能够直接检测制动器的制动力，并且能够高精度地得到所希望的制动力。
本发明的电动式直动致动器在运动转换机构的内部设置有检测对被驱动物进行直线驱动的输出部件的推压力的负载传感器，因此，在将该电动式直动致动器用于电动式制动装置时，能够直接检测由制动装置的被驱动物产生的制动力，从而能够高精度地得到所希望的制动力。
并且，本发明的电动式制动装置使用了上述任一种电动式直动致动器作为电动式直动致动器，因此能够高精度地得到所希望的制动力。
附图说明
图1是示出电动式直动致动器的实施方式的纵剖视图。
图2是沿着图1的II－II线的剖视图。
图3是沿着图1的III－III线的剖视图。
图4中，（a）是示出图1的外圈部件的螺旋凸条的螺旋槽的主视图，（b）是示出图1的行星辊的螺旋槽的主视图。
图5中，（a）是将图1的测力传感器的配置状态放大示出的剖视图，（b）是示出（a）的测力传感器的配置状态的变形例的剖视图。
图6是示出采用了图1的电动式直动致动器的电动式制动装置的纵剖视图。
图7是示出在图6的电动式制动装置组装有温度测定试验用的虚拟盘（dummy disc）的状态的纵剖视图。
图8是示出在图7的状态下进行的温度测定试验的结果的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。如图1～图3所示，在该电动式直动致动器中，在壳体1的圆筒部1a的一端侧设置有朝一侧伸出的凸缘1b，在该凸缘1b以与圆筒部1a平行的方式安装有电动马达2。该电动式直动致动器具备如下的运动转换机构：通过齿轮3a、3b、3c将电动马达2的转子轴2a的旋转传递至配设在圆筒部1a的中心的旋转轴4，夹装在内嵌于圆筒部1a的内径面的外圈部件5与旋转轴4之间的四个行星辊6旋转自如地由行星架7支承，这四个行星辊6伴随着旋转轴4的旋转而边自转边绕旋转轴4公转，通过后述的外圈部件5的螺旋凸条5a与行星辊6的螺旋槽6a卡合，支承行星辊6的行星架7与外圈部件5沿轴线方向相对移动。在该实施方式中，行星架7的轴向移动被限制，直线运动的外圈部件5作为输出部件而对被驱动物进行直线驱动，且在其前面侧推压被驱动物。
在上述壳体1的设置有凸缘1b的一侧安装有盖8，齿轮3a、3b、3c以在轴向同一截面内啮合的方式配设于由盖8覆盖的空间。并且，齿轮3a安装于转子轴2a，齿轮3c安装于旋转轴4，与齿轮3a以及齿轮3c啮合的中间齿轮3b由滚珠轴承10支承于架设在凸缘1b与盖8的轴销9。
在从转子轴2a向上述旋转轴4传递旋转的齿轮3c与同旋转轴4滚动接触的行星辊6之间，用于支承旋转轴4的轴承固定部件11借助挡圈12被固定于壳体1的圆筒部1a的内径面。轴承固定部件11由固定于圆筒部1a的内径面的圆环部11a和在其内径侧朝行星辊6侧伸出的圆筒部11b构成，在圆环部11a和圆筒部11b的内径面，以相互背对地在轴向分离的方式安装有两个角接触球轴承13a、13b，这两个角接触球轴承13a、13b旋转自如地支承旋转轴4。
上述行星架7包括：行星架主体7a以及支承板7b，它们分别借助滑动轴承14a、14b以能够滑动并且能够相对旋转的方式外嵌于旋转轴4；支承销7c，该支承销7c的两端部由分离的行星架主体7a和支承板7b支承，并旋转自如地支承行星辊6；以及多根连结杆7d，它们将支承板7b与行星架主体7a以相位一致的方式连结，各连结杆7d的两端部通过螺栓7e与行星架主体7a以及支承板7b连结。各支承销7c的两端侧以沿圆周方向的移动被限制、且允许沿半径方向移动的方式安装在设置于行星架主体7a和支承板7b的径向的长孔15内。
在上述各支承销7c的两端部的外径面设置有槽16，将圆周方向的一部分切掉后的由弹簧钢形成的缩径环形弹簧17嵌入各槽16，并以包络各支承销7c的方式卷绕安装。因而，旋转自如地由各支承销7c支承的各行星辊6被朝旋转轴4的外径面推压施力，从而旋转轴4的转矩稳定地传递至各行星辊6。
上述各行星辊6借助装配于内径面的滚针轴承18旋转自如地由行星架7的支承销7c支承，并借助推力滚子轴承19由行星架主体7a支承而使之能够自转。并且，在邻接的各行星辊6之间、且是在行星架7的连结杆7d与外圈部件5的内径面之间保持有扇形状的润滑剂涂敷部件20，该润滑剂涂敷部件20与两侧的行星辊6的外径面滑动接触而在行星辊6的外径面涂敷润滑脂。
上述行星架7的行星架主体7a经由支撑部件7f借助推力滚子轴承21旋转自如地由作为支承部件的轴承固定部件11的圆环部11a支承。并且，相对于行星辊6位于行星架主体7a的相反侧的支承板7b经由滑动轴承22借助挡圈23相对于旋转轴4防脱，从而限制支承板7b沿行星架7的轴向的移动。
作为上述输出部件的外圈部件5以能够滑动的方式内嵌于壳体1的圆筒部1a，在外圈部件5的前端面设置有与被驱动物连结且止转的键槽24。并且，外圈部件5的外径侧与圆筒部1a之间由密封部件25密封，外圈部件5的内径侧以覆盖内嵌于行星架7的支承板7b的旋转轴4的端部的方式由膜状的密封部件26密封。
如图4的（a）、（b）所示，在上述外圈部件5的内径面设置有两条螺旋凸条5a，在行星辊6的外径面设置有一条螺旋槽6a，该螺旋槽6a供螺旋凸条5a嵌入，该螺旋槽6a的间距与螺旋凸条5a的间距相同、但导程角不同。通过使这些螺旋凸条5a与螺旋槽6a卡合，边自转边绕旋转轴4公转的行星辊6因螺旋凸条5a与螺旋槽6a之间的导程角的差而与外圈部件5在轴向上相对移动。另外，之所以将外圈部件5的螺旋凸条5a形成为两条的多条螺旋，是为了增大与行星辊6的螺旋槽6a之间的导程角的差的设定自由度，也可以将螺旋凸条5a形成为一条。并且，也能够将行星辊6的螺旋槽6a形成为间距与螺旋凸条5a的间距相同的周向槽。
如图5的（a）所示，在推力滚子轴承21与作为支承部件的轴承固定部件11之间配置有作为负载传感器的测力传感器30，上述推力滚子轴承21在轴向上支承上述行星架7的后面侧的支撑部件7f，上述轴承固定部件11支承推力滚子轴承21的后面侧，上述测力传感器30检测作为输出部件的外圈部件5推压被驱动物的推压力。测力传感器30以与两侧的推力滚子轴承21和轴承固定部件11之间夹装有隔热部件31的方式配置。因而，在组装于后述的电动式制动装置时，能够直接检测作为被驱动部件的制动块53推压盘形转子52的力，从而能够高精度地得到所希望的制动力。
图5的（b）示出上述测力传感器30的配置状态的变形例。在该变形例中，测力传感器30以与作为支承部件的轴承固定部件11和作为止挡件的挡圈12之间夹装有隔热部件31的方式配置，上述挡圈12限制上述轴承固定部件11的朝后面侧的移动。
图6示出采用了上述的电动式直动致动器的电动式制动装置。该电动式制动装置是在制动钳51的内部、且是在作为被制动部件的盘形转子52的两侧对置配置有作为制动部件的制动块53的盘式制动器，电动式直动致动器的壳体1被固定于制动钳51，当作为输出部件的外圈部件5朝前方直线运动时，对作为被驱动物的制动块53进行直线驱动而使之推压盘形转子52。另外，在该图中，以与图1所示的截面正交的截面示出了电动式直动致动器。
如图7所示，将组装有加热器54的虚拟盘55安装于图6所示的电动式制动装置的制动钳51，进行测定当利用加热器54使虚拟盘55升温时的各部分的温度的推移的温度测定试验。在图7中的A点（虚拟盘54的表面）、B点（制动钳51）、C点（外圈部件5的前端面）、D点（行星架7的支承板7b的后表面）、E点（轴承固定部件11的后表面）五个位置进行温度测定，使虚拟盘55升温到300℃，并保持一个小时。
图8示出上述温度测定试验的结果。伴随着虚拟盘55的温度上升，制动钳51的B点的温度迅速上升，并在短时间内超过了200℃。与此相对，运动转换机构的C～E三点的温度上升比较缓慢，经过一个小时尚未达到200℃。特别是距离虚拟盘55最远的、后面侧的轴承固定部件11的E点的温度上升得最少，经过一个小时才上升150℃左右。因而，在图5的（a）、（b）所示的测力传感器30的配置位置，通过夹装隔热部件31，能够充分地保护测力传感器30免受热影响。
在上述的实施方式中，以测力传感器作为负载传感器，但也可以以压电传感器、半导体负载传感器、磁致伸缩式测力传感器等作为负载传感器。并且，负载传感器的配置位置并不限定于实施方式和变形例的位置，亦能够配置于运动转换机构的内部的其他位置。
在上述的实施方式中，将电动马达的旋转运动转换为直线运动的运动转换机构形成为：在从电动马达向其传递旋转的旋转轴与外圈部件之间夹装行星辊，并将旋转轴的旋转运动转换为外圈部件的直线运动，但也可以形成为转换为行星架的直线运动，运动转换机构可以是使用了滑动螺杆机构、滚珠丝杠机构、滚珠坡道机构等的结构。
在上述的实施方式中，将外圈部件的内径面的螺旋凸条一体地形成，但也能够在外圈部件的内径面设置螺旋槽，利用嵌入到该螺旋槽的分体的条部件形成螺旋凸条。
标号说明：
1...壳体；1a...圆筒部；1b...凸缘；2...电动马达；2a...转子轴；3a、3b、3c...齿轮；4...旋转轴；5...外圈部件；5a...螺旋凸条；6...行星辊；6a...螺旋槽；7...行星架；7a...行星架主体；7b...支承板；7c...支承销；7d...连结杆；7e...螺栓；7f...支撑部件；8...盖；9...轴销；10...球轴承；11...轴承固定部件；11a...圆环部；11b...圆筒部；12...挡圈；13a、13b...角接触球轴承；14a、14b...滑动轴承；15...长孔；16...槽；17...缩径环形弹簧；18...滚针轴承；19...推力滚子轴承；20...润滑剂涂敷部件；21...推力滚子轴承；22...滑动轴承；23...挡圈；24...键槽；25、26...密封部件；30...测力传感器；31...隔热部件；51...制动钳；52...盘形转子；53...制动块；54...加热器；55...虚拟盘。

Claims (10)

1.一种电动式直动致动器，该电动式直动致动器具备运动转换机构，上述运动转换机构将电动马达的转子轴或者从转子轴向其传递旋转的旋转部件的旋转运动转换为对被驱动物进行直线驱动的输出部件的直线运动，并且，上述电动式直动致动器在上述输出部件的前面侧推压被驱动物，
上述电动式直动致动器的特征在于，
在上述运动转换机构的内部设置有负载传感器，该负载传感器检测对上述被驱动物进行直线驱动的输出部件的推压力。
2.根据权利要求1所述的电动式直动致动器，其特征在于，
上述负载传感器由隔热件保护。
3.根据权利要求2所述的电动式直动致动器，其特征在于，
将上述隔热件夹装在上述负载传感器与上述运动转换机构的部件接触的部位。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电动式直动致动器，其特征在于，
以测力传感器、压电传感器、半导体负载传感器或者磁致伸缩式测力传感器中的任一个作为上述负载传感器。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电动式直动致动器，其特征在于，
上述运动转换机构形成为：在上述转子轴或者从转子轴向其传递旋转的作为上述旋转部件的旋转轴中的任一旋转轴部件与在该旋转轴部件的外径侧且内嵌于壳体的内径面的外圈部件之间夹装多个旋转自如地由行星架支承的行星辊，使这些行星辊伴随着上述旋转轴部件的旋转而边自转边绕上述旋转轴部件公转，在上述外圈部件的内径面设置螺旋凸条，在上述行星辊的外径面设置间距与螺旋凸条的间距相同、且供螺旋凸条嵌入的周向槽，或者设置间距与螺旋凸条的间距相同但导程角不同、且供螺旋凸条嵌入的螺旋槽，使上述外圈部件与上述行星架沿轴向相对移动，从而将上述旋转轴部件的旋转运动转换成作为对上述被驱动物进行直线驱动的输出部件的上述外圈部件或者上述行星架的直线运动。
6.根据权利要求5所述的电动式直动致动器，其特征在于，
限制上述行星架的沿轴向的移动，对上述外圈部件进行止转并使其以能够滑动的方式内嵌于上述壳体，将上述外圈部件作为对被驱动物进行直线驱动的输出部件。
7.根据权利要求6所述的电动式直动致动器，其特征在于，
将上述负载传感器配置于与作为上述输出部件的外圈部件推压被驱动物的前面侧相反的一侧即后面侧。
8.根据权利要求7所述的电动式直动致动器，其特征在于，
将上述负载传感器配置于推力轴承和支承部件之间，上述推力轴承在轴向上支承承受上述外圈部件的推压力的反力的上述行星架的后面侧，上述支承部件支承上述推力轴承的后面侧。
9.根据权利要求7所述的电动式直动致动器，其特征在于，
将上述负载传感器配置于支承部件与止挡件之间，上述支承部件经由推力轴承支承承受上述外圈部件的推压力的反力的上述行星架的后面侧，上述止挡件限制上述支承部件的朝后面侧的移动。
10.一种电动式制动装置，该电动式制动装置具备电动式直动致动器，该电动式直动致动器将电动马达的旋转运动转换为输出部件的直线运动而对制动部件进行直线驱动，并且，上述电动式制动装置将上述被直线驱动的制动部件朝被制动部件推压，上述电动式制动装置的特征在于，
使用权利要求1～9中任一项所述的电动式直动致动器作为上述电动式直动致动器。
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