CN100392953C - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其是用于电动工具的电动机，它具有一个可通过一个开关装置与一电压源相连的驱动机构和一个用于当电动机电压源断开时和/或在操作断电开关时制动驱动轴的机械工作式制动器。规定了，可以在断开电源电压(48)时给一个用于产生转矩的电动机(10)转子(电枢14)施加一个机械制动力(F1)。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及一种具有一个可通过开关装置与电压源相连的驱动机构的且尤其是用于电动工具的电动机。
背景技术
电动工具是众所周知的。它们具有一个电动机，电动机的驱动轴驱动一个刀架、如用于安放刀具的夹具。已知的这种电动工具例如是钻孔机、弯把手提式砂轮机、圆锯等。为了断开电动工具，尤其是通过一个接通/断电开关使电动工具与电压源断开。在这种情况下，在断开之后，因储存在转动刀具中的转动能而有时出现了很长时间的惯性运转。这可能给不小心的使用者带来危险情况。除了已有的受伤危险以外，要在长时间停顿后，直到电动工具完全停下来为止，才不引人注意地搁置电动工具。
为了缩小电动工具的惯性运转时间，给电动工具配备制动器是常见的方式。除了电动制动外，在这种制动中在关上电动工具后电动机从马达式运转状态转入发电机式运转状态，机械工作式的制动器也是已知的。为此，在已知的电动工具中，在电动机的驱动轴上安装了独立的制动盘，在电动机被断开电压源时，一块环形制动衬片压在所述制动盘上。在这种解决方案中，对于制动盘和制动衬片的安置来说，在电动工具中必须留有额外的安装空间以供使用，这是不利的。
由DE 2 401 846公开了一种用于电动机的制动器，其中，集装在定子中的闸瓦可通过一个弹性元件的力压向定子。借助于一个磁场可在闸瓦上施加一个松闸力。
由DE 1 114 573A公开了一种用于电动机的制动器，其中，定子磁路的活动部件构成了制动器的部件，并且，它们可被置入定子磁极的磁路中。
由WO 97/09769A1公开了另一种用于电动机的制动器，其中，机械式作用的制动器集装在定子中。
发明内容
根据本发明，提出了一种电动机，它具有一个驱动机构和一个机械工作式制动器，该驱动机构可通过一个开关装置与电压源相连接，该机械工作式制动器用于当电动机与电压源断开时制动驱动轴，其中，在断开电源电压时，一个用于产生转矩的电动机转子被施加一个机械制动力，制动力通过至少一个可磁化的、径向可移动的部件来施加，该部件可被施加一个与制动力相反方向的电磁松闸力，其中，该松闸力大于制动力，并且该部件搭接定子的一个轴向缝槽，其中，在缝槽区域内安置了至少一个短路匝。
具有上述方案特征的本发明的电动机提供了这样的优点，即能够以简单的方式结合一个机械工作式的制动器，它不需要额外的安装空间并且不影响电动机的运行特性。通过在缝槽区域内安置至少一个短路匝，即使在交直流两用电动机使用交流电时也保证了松闸力的电磁产生。短路匝使得在交流电压过零点时所产生的磁通下降被补偿。因此，避免了用于制动转子的、在径向上可移动的、可被磁化的部件的颤动。
从下面说明中得到了本发明的其他有利设计方案。
附图说明
以下，结合附图来详细描述本发明的实施例。其中：
图1是交直流两用电动机的局部透视图；
图2是图1所示的交直流两用电动机的局部剖视图；
图3是一个制动块的透视图；
图4是定子叠片的透视图；
图5是一个制动块的透视图；
图6是定子叠片的透视图；
图7是交直流两用电动机制动器的电路布置；
图8、9是制动块的示意透视图；
图10是根据另一个实施例的交直流两用电动机部件的示意透视图。
具体实施方式
在图1中，以示意透视图示出了交直流两用电动机10的结构。在定子12内，通过未示出的轴承旋转对称地支承着电枢14。电枢14具有未详细示出的电枢绕组，所述电枢绕组布置在电枢槽中并且通过一个换向器16电连接。电枢14设置在交直流两用电动机10的驱动轴18上，所述驱动轴用于获取转动。定子12形成了极靴20，所述极靴支承着未详细示出的绕组。交直流两用电动机的结构和工作方式是众所周知的，因此在说明书中不详细对其描述。这样的交直流两用电动机10例如被用来驱动电动工具，其中驱动轴18驱动一个用于安放刀具的刀架。为此，交直流两用电动机10与电源电压相连，从而通过已知的方式使电枢14转动。在断开电源电压后，电枢14因储存在电枢14或者说储存在一个安装在驱动轴18上的刀具如圆锯锯片、弯把手提式砂轮机的砂轮片等中的转动能而继续转动。为了在断开电源电压后尽可能马上制动住电枢14并进而停住刀具，设置了随后将详细描述的机械工作式制动器。
根据图1所示的实施例，设置了制动块22，它由一个底板24以及一个制动衬片26构成。制动块22的轴向延伸长度与电枢14的轴向延伸长度一致。制动衬片26的制动面28具有一个曲率地分布，所述曲率等于电枢14表面30的曲率。在制动块22区域，定子12具有一条轴向延伸的缝槽31，缝槽宽度w约大于制动块22制动面28与电枢14表面30之间高度h的两倍。高度h例如为0.5毫米至1毫米。
在图2所示的交直流两用电动机10的局剖视图中可以看到，底板24具有至少一个而在所示实施例中是四个的弹性元件32。这些弹性元件支承在定子12上。由此实现了制动块22的制动面28通过弹性元件32被压向电枢14表面30，并由此产生了制动力矩。所述制动力矩是与弹性元件32施加的弹性力的强度成比例的。与弹性力相应的制动力与其他结构特征或者说交直流两用电动机10的应用状况无关，从而该制动力在将要描述的转子14制动过程中是固定不变的。因此产生了一个基本上柔和的、无冲击且均匀的制动过程。根据所选的弹性元件32，可以通过弹性力来调节制动时间。因而，制动器完全与交直流两用电动机10先前的工作状态无关地发挥作用并且在交直流两用电动机10的电源电压中断后马上起作用。因而，例如确保了即使当意外地中断电压电源时，也马上发挥制动器的制动作用。
在所示实施例中，基于此而设置了一个制动块22。根据其他实施例，可以规定设置两个或多个制动块22，它们例如相对电枢14在直径的相反端对置。
为了在符合规定地使用交直流两用电动机10时中断制动器的作用，必须使制动器承受一个松闸力F2，所述松闸力F2大于通过弹性元件32施加的制动力F1，因为否则的话，制动块22将总是在电枢14上被一起磨擦。制动力F1径向作用在电枢14上，而松闸力F2掉转180度方向同样径向作用。为了保证制动器的作用，松闸力F2必须在将交直流两用电动机10与电源电压接通时起作用，以便抵消制动力F1。在断开电源电压时，松闸力F2必须立即失效，从而制动力F1可以作用在电枢14上。根据各种实施例，松闸力F2可以是通过电磁、机械或者液压方式产生。
在图1和图2所示的实施例中，松闸力F2是通过电磁方式产生的。在交直流两用电动机10的断电状态下，制动块22靠在电枢14上。由此总是在定子12和底板24之间产生了一个气隙，它等于高度h。由于缝槽31的宽度w约大于两倍的高度h，所以在定子12和底板24之间产生的气隙的总高度小于宽度w。由此实现了，在接通交直流两用电动机10时形成的磁场B(在图1中示意表示)基本上通过制动块22的底板24封闭。由于形成了磁通Ф，所以产生了磁力，所述磁力用作松闸力F2，并且所述磁力大于弹性元件32的制动力F1。由此将制动块22及其底板24拉向定子12，制动块22由此从电枢14上松开。
为了在用交流电压驱动交直流两用电动机10时也确保电磁产生松闸力F2，必须补偿在交流电压过零点时出现的磁通降低。如果没有补偿措施，则制动块22易于颤动。因此，根据图3规定了，给制动块22的底板24配置轴向分布的槽34，在所述槽中安放了短路匝36。短路匝36在这里包住底板部分38，其整个表面约等于除去缝槽31覆盖面的底板24的底面的一半。通过短路匝，通过公知的方式使被短路匝包围的分磁流相位移。两个分磁流之和在任何时候都不等于零，这防止了制动块22在过零点区的磁通降低。
图3所示的制动块22还具有为清楚起见而没有示出的弹性元件32。
图4示出了另一个结合短路匝36的可行方案。为此，定子12具有平行于缝槽31轴向延伸的槽38，所述槽在向电枢14方向上敞开。槽38用于容纳短路匝36。在这里，被短路匝包围的表面也等于除去缝槽31覆盖面的底板24表面的一半。
众所周知的是，例如在电动工具中将交直流两用电动机10与电子控制装置结合到一起，通过电子控制装置例如可以实现转速调节。为此，一般采用相位截止控制技术(Phasenanschnittssteuerung)，它造成在电源电压中并进而在磁通中产生了“中断”。为了在这种情况下也在电压相位中获得比制动力F1大的松闸力F2，可以采用图5所示的制动块设计方案。为此，在底板24中开设了轴向延伸槽40，它们用于容纳线圈绕组42。槽40是这样开设的，即在槽40之间形成了一个被线圈绕组42环绕的芯45。线圈42与一个电压源44相连，所述电压源例如是直流电压源或没有相位截止的交流电压源。这样一来，实现了在底板24中产生磁场，所述磁场将制动块22拉向定子12并进而松开电枢14。
在图7所示的电路布置中示出了一个可能的电路变型方案。交直流两用电动机10可以通过接通/断电开关46与电源电压48相连。为了控制电动机10(图1)，设置了一个电子控制装置52，它例如通过相位截止控制进行交直流两用电动机10的转速调节。在此仅示意表示的制动块22配有线圈42，所述线圈可以通过电压源44进行控制。电压源44包括一个整流器54，所述整流器从供电电压源48的交流电压中产生了用于供给线圈42的直流电压。另外，设置了一个抗干扰电容器56。
通过图7所示的电路布置，实现了给线圈42供应这样的电压，所述电压在接通/断电开关46之后并在电子控制装置52之前在机器内部的电压支路110和111中被截取。由此确保了，松闸力F2随着接通交直流两用电动机10而起作用，而且松闸力F2不受交直流两用电动机10的相位截止电压的影响。因此保证了，松闸力F2随着接通交直流两用电动机10而立即克服制动力F1并且使制动块抬离，在断开交直流两用电动机10时，松闸力F2马上变成零，从而制动力F1导致制动块22径向移到电枢14上。
图8所示的变型实施例示出了另一个施加松闸力F2的可行方案。与前述图中相同的部件用相同标记表示并且不再进行描述。松闸力F2在这里是通过机械方式施加的。交直流两用电动机10的接通/断电开关46例如被设计成闸刀开关58，它必须移动一个角度α以便断开或接通。对应于闸刀开关58的旋转轴线60，设置了一个毂62，它通过一个在此仅示意表示的拉绳64与制动块22有效相连。应结构情况的要求，拉绳64可以绕过至少一个转向滑轮65转向。拉绳64是如此布置的，即在操作接通/断电开关46时，且尤其是当接通交直流两用电动机10时，松闸力F2通过拉绳施加到制动块22上，从而使制动块抬离电枢14(图1)。
代替所示采用拉绳64的解决方案，显然可以实现其他的适当解决方案，如利用偏心轮的方案。
还可以想象出通过液压方式或同样通过气压方式施加松闸力F2。
在启动制动器的时候，也就是说，当制动块22压靠在转动电枢14上时，一个切向力F3作用在制动块22上。所述切向力向电枢14旋转方向作用。为了承受切向力F3，可以规定，在交直流两用电动机10的壳体66内，在定子12两侧设置凹腔68，制动块22至少通过相应轴向加长的底板24插入所述凹腔中。还有另外一种可行方案，即给底板24配置轴向延伸的突起70，这些突起凸入一个适配的凹腔72中。因此，由壳体66承受出现的切向力F3。
在图6所示的实施例中示出了另一个承受切向力的可行方案。在这里，制动块22的底板24沿轴向延长到超出定子12之外。在此延长区域74内，在底板24的轴向端面76内开设了边缘敞开的切口78。一个固定元件82的径向延伸突起80插入切口78。固定元件82由一种不可磁化材料如塑料制成。固定元件82形状配合地被插入缝槽31中。为此，定子12的对置端面84可以呈锥形延伸，它们与固定元件82的对应轴向槽86配合。通过所提出的结构实现了，可以通过插入切口78中的突起80承受切向力F3，而制动块22的径向行程运动是可以进行的。固定元件82同时有利地用作开缝定子12的间隔件。
为了安置弹性元件32(图6中未示出)，可以规定固定元件82具有向制动块22方向上敞开的盲孔，弹性元件32可以插入所述盲孔中。由此一来，与支承在定子12内侧上相比，可实现弹性元件32弹性位移的延长。同时，可以获得柔软的弹簧特性和适配的制动性能。
在图10中示出了交直流两用电动机10的另一个实施例。与前述图中相同的部件用相同标记表示并且不再进行描述。一个主要区别在于，可以省略该至少一个制动块22的附加配置。机械工作式制动器在这里是由定子12的至少一个极靴20构成的。为此，定子12被分成了两个通过一个合页状铰链88相连的半个定子90或92。在其与铰链88相反对置的一侧上，半个定子90、92通过至少一个拉簧94传递力地(kraftschluessig)相连。通过拉簧94的弹性力，半个定子90、92相对移动，从而至少其中半个定子90或92可以绕铰链88的转轴径向向内移动。通过拉簧94从而施加制动力F1，另外，半个定子90或92径向可移动直到极靴20接触到电枢14的表面30并且可以产生制动力矩。如此构造合页铰链88，即，使得对于交直流两用电动机10的工作所必需的磁通没有受到不利的影响。例如所示的半个定子90、92的齿96可以用于此。
为了获得松闸力F2而规定了，给接通/断电开关46配备了一个设置在其转轴60上的偏心轮98。偏心轮98与毂62固定相连。偏心轮98在这种情况下插入到构成在半个定子90、92之间的缝槽31中，如此安置偏心轮98，即随着通过接通/断电开关46接通交直流两用电动机10，一个旋转运动100导致半个定子90、92克服弹簧94的弹性力而张开。偏心轮98的转动和接通/断电开关46到达接通位置是如此相互协调的，即首先至少部分地实现了半个定子90、92的张开，随后实现了与供电电压源的连接。由此一来确保了，电源电压在这样一个时刻、即至少一个极靴20不再与电枢14靠置接触时才施加。为了在交直流两用电动机10的工作中维持磁通，偏心轮98是由磁性材料制成的，从而磁通可以在定子12内穿行。
在断开交直流两用电动机10时，使偏心轮与转向100相反地转动，从而使半个定子90、92通过拉簧94相互移近，并且使至少其中一个极靴20与电枢14的表面30靠置接触并由此使电枢停住。
总之清楚的是，可以借助简单的机械和/或电组件提供一种机械工作式制动器，它尤其是不需要在具有交直流两用电动机的电动工具中留有额外的安装空间。通过所提出的解决方案，获得了电枢14的双重功能，即一方面作为转矩产生部件，另一方面作为制动件。机械工作式制动器的单个部件可以通过简单的加工工序如冲压、钻孔、压铸等等制成，并且它们在交直流两用电动机10的加工过程内容易被组装起来并且它们作为备件或易损件可以容易地被更换。

Claims (12)

1.一种电动机，它具有一个驱动机构和一个机械工作式制动器，该驱动机构可通过一个开关装置与电压源相连接，该机械工作式制动器用于当电动机与电压源断开时制动驱动轴，其中，在断开电源电压(48)时，一个用于产生转矩的电动机(10)转子被施加一个机械制动力(F1)，制动力(F1)通过至少一个可磁化的、径向可移动的部件(22)来施加，该部件可被施加一个与制动力(F1)相反方向的电磁松闸力(F2)，其中，该松闸力(F2)大于制动力(F1)，并且该部件搭接定子(12)的一个轴向缝槽(31)，其特征在于，在缝槽(31)区域内安置了至少一个短路匝(36)。
2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，一个成圆柱形的电枢(14)表面(30)用作制动面。
3.如权利要求1的电动机，其特征在于，施加制动力(F1)的定子(12)部件(22)可以向着电枢(14)径向移动。
4.如前述权利要求之一的电动机，其特征在于，可径向移动的部件(22)是一个制动块(22)，它组装在定子(12)内。
5.如权利要求4的电动机，其特征在于，制动块(22)由一个底板(24)和一个制动衬片构成，该底板(24)由一种可磁化材料制成。
6.如权利要求4的电动机，其特征在于，缝槽(31)的宽度(w)比在制动块(22)制动面(28)与电枢(14)表面(30)之间的高度(h)的两倍大。
7.如权利要求4的电动机，其特征在于，通过至少一个弹性元件(32)施加制动力(F1)，所述弹性元件一方面支承在制动块(22)上，另一方面支承在定子(12)或电动机(10)的另一个固定部件上。
8.如权利要求4的电动机，其特征在于，一个线圈(42)被一体地组装到制动块(22)中，所述线圈可以与供电电压源(44)相连，所述电压源与一个用于控制电动机(10)工作参数的电子控制装置(52)无关。
9.如权利要求8所述的电动机，其特征在于，供电电压源(44)是由电动机内部的电压支路(110，111)构成的，它们被接在一个接通/断电开关(46)之后、在电子控制装置(52)之前。
10.如权利要求4的电动机，其特征在于，通过一个切向力(F3)防止制动块(22)偏移。
11.如权利要求1的电动机，其特征在于，所述电动机是用于电动工具的电动机。
12.如权利要求1的电动机，其特征在于，该转子被构造为电枢(14)。
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