CN101970896A - 电控制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电控制动器，其包括如常规的可转动第一机械系统和静止或固定的第二机械系统。所述两个系统具有可发生互相接合来提供制动效果以及互相回撤来解除制动效果的摩擦表面/部件(110)。在第二系统中，可围绕两个由软磁性材料制成的制动蹄片(101，102)缠绕绕组，使得在绕组中流动的电流影响通过软磁性部件的磁通量以使至少其一个运动。所述运动是在影响闭合的主磁性通路中的空气间隙(107)的宽度的方向上。电流给出跨越空气间隙的倾向于移动制动蹄片以减小空气间隙长度的吸引力。例如可以是平整弹簧的弹簧(104)被牢固地附接到制动蹄片的内端部，从而在制动蹄片上产生作用在大致与吸引力相反的方向上的力。弹簧和制动蹄片形成一体化结构，所述一体化结构经由弹簧的部分被牢固地附接到制动器的静止构件(111)上，诸如通过杆(105)。由于制动蹄片的运动不是关于某些轴或活接头执行的，所以在制动器中不存在机械动作。

Description

电控制动器

相关申请

本申请要求来自在2008年1月19日提交的瑞典专利申请No.0800126-5的优先权和权益，其全部内容通过引用被结合到本文中。本申请是基于在公布的国际专利申请WO 2007/139480和相应的美国专利申请中公开的技术，这些专利申请的全部内容也通过引用被结合到本文中。

【技术领域】

本发明与制动器有关，尤其与用于伺服马达的固定制动器有关。

【背景技术】

伺服马达制动器常被用在这样的应用中，其中当将伺服马达脱开时它们将不会运动是重要的。伺服马达常被用在诸如定位的在大部分的运行时间保持固定位置(即停留在静止位置)的应用中。为了省去这种马达的不必要的加热，用于保持位置的制动器在这样的时间间隔期间应当是主动式的且伺服马达应当是被动式的。这要求制动器具有非常有限的动作。

通常将弹簧加载式制动器设计成包括跨越花键被连接到马达轴的摩擦盘。这给出了在制动器摩擦盘和马达轴之间不希望有的动作。通常将用在伺服马达中的这种制动器设计成在正常情况下被接合，并且允许轴只在松开电磁体通电时运动。

英国专利989,868公开了一种弹簧加载式鼓形制动器，其具有两个携带蹄片1和蹄片2的摩擦面，蹄片1和蹄片2跨越公共销3连接到制动器框架上。当不同大小和符号的转矩作用在制动器鼓上时，在蹄片和销之间的动作将在鼓的位置上给出动作。

公布的国际专利申请WO 2007/139480公开了一种制动器的实施例，该制动器被组装在中空转子内部并且包括环形软磁性部件。这些实施例都在环形软磁性部件和制动器定子之间具有某些动作，允许制动器的轴在制动器处于激活状态时具有对抗制动器定子的动作。

【发明内容】

本发明的一个目的是提供在径向方向上具有其在机械上关键的尺寸公差的制动器，因此利用该径向尺寸实现高精度比轴向尺寸更便宜。

本发明的另一目的是提供其中环形磁芯的磁性被用来获得更有效的制动器的制动器。

本发明的另一目的是提供具有高转矩以降低功率损耗比率的制动器。

本发明的再一目的是提供具有可忽略的动作的制动器。

通常，用在马达例如电动马达或伺服马达中的电控制动器包括第一机械系统或第一构件组，所述第一机械系统或第一构件组被安装成绕轴转动并且其主构件包括具有圆柱形内壁或内表面的制动鼓。制动器还包括第二机械系统或第二构件组。在第二系统或者组中，构件在处于最高性能(maximum performing)时可以或多或少是静止的或者固定的，例如只有相对小的运动。存在控制电流可被施加到其上的至少一个绕组。至少一个可动制动蹄片(braking shoe)具有用来反抗或接合制动鼓的圆柱形内壁或内表面的摩擦部件。制动蹄片由软磁性铁材料制成并被设置使得在绕组中流动的电流影响通过制动蹄片的磁通量。该磁通量产生跨越空气间隙的吸引力，因此它们试图或倾向于移动制动蹄片以减小空气间隙的宽度。此外，第二系统或组包括至少一个弹簧，所述弹簧被安装以产生作用在所述至少一个可动制动蹄片上的弹力。弹力作用在某个方向上以便它们大致上与跨越空气间隙的由在绕组中流动的电流产生的吸引力反向。弹力也试图或倾向于移动制动蹄片使得蹄片的摩擦部件被移动以与制动鼓的内壁或内表面进行接合。反之吸引力试图或倾向于移动制动蹄片使得摩擦部件被移动以脱开或摆脱与制动鼓的内壁或内表面的接合。

弹簧可以被安装成使得在制动蹄片的运动中不存在机械动作。这里机械动作是用来表明，当制动蹄片的摩擦部件或制动衬片与制动鼓的内壁或内表面发生接触时，由于制动蹄片必须连接到完全静止或固定的构件之一上以便执行制动操作，该连接必须是没有动作的。为实现该目的，弹簧可被安装在制动蹄片的内端部，然后可将第一空气间隙定位在制动蹄片的相对的外端部。此外，弹簧可被牢固地附接到所述至少一个可动制动蹄片的内端部，以便弹簧和制动蹄片形成一体化结构。然后弹簧具有自由部分，所述自由部分不附接到制动蹄片并且不附接到任何完全固定或静止的构件，并且所述自由部分可以弹性变形。自由部分可被称作桥部分，并且它在可动制动蹄片运动时能被挠曲或执行简单的弯曲运动。这种挠曲或者简单的弯曲运动是指桥部分在大致上一个单一平面中变形。

两个可动制动蹄片可以被设置成均具有在弹簧处的内端部以及在第一空气间隙处的外端部。然后弹簧作用在所述内端部上并且能够被牢固地附接到其上以便弹簧和两个制动蹄片形成一体化的一般为C形的结构。然后第一空气间隙被定位在C形的自由端部，而弹簧被定位在自由端部之间的中间位置。然后弹簧形成在两个制动蹄片的内端部之间的桥，其中所述桥可包括一个或更多桥部分，所述桥部分被定位在所述内端部之间并且在两个可动制动蹄片运动时被挠曲或执行简单的弯曲运动。

弹簧可具有大致上平整的形状，即具有板状形状。然后这种平整弹簧可具有两个相对的端部，制动蹄片的内端部以相互间的一定距离被附接到该相对端部处的区域。

本发明的另外的目的和优点将在下面的描述中得到阐述，并且部分地通过描述变得明显，或者通过本发明的实践来获知。本发明的目的和优点可借助于在所附权利要求中特别指出的方法、过程、手段及其组合来实现和获得。

【附图说明】

虽然本发明的新颖特征特别在所附权利要求中进行了阐述，通过参考附图考虑在下面提出的非限定实施例的以下详细描述，对本发明在关于构造和内容上的全面理解、以及对可从本发明获得的上述特征和其它特征的全面理解将被更好地认识，在附图中：

图1是处于其制动状态的制动器的内部部件的正视图，该制动器通常的主动式的，且外部制动鼓和其它转动部件被移除；

图2与图1类似，但是还显示了转动部件且制动器处于其非制动状态；

图3是图1和图2的处于其制动状态的制动器的截面图，该截面在经过磁导部件的平面中取得；

图4、图5和图6是为图2中所图示的状态显示制动器的间隙的细节视图；以及

图7、图8和图9与图4、图5和图6类似，但是为图3中所图示的状态显示了制动器的间隙。

【具体实施方式】

现在将描述用在马达(例如电动马达或伺服马达)中的电控制动器。制动器被设计成使得在其制动操作中不存在机械动作。这意味着当将制动操作激活时，被制动的目标不能运动或者被移动即使最小的距离，当然是在没有施加过大的、破坏性的力的条件下。

这种制动器的一个实施例在图1的正视图中被说明，该制动器通常是主动式的，该图显示制动器处于其制动状态。在所示的实施例中，制动器具有关于在图1中水平延伸的平面取得的对称结构，并且包含两个机械系统或两组构件。第一机械系统或组被连接到或被部分包括在转动装置(例如马达的转子)中，并且未在图中示出。第二组通常被连接到不转动部件或静止部件(诸如马达的框架)，并与在引用的国际专利申请WO2007/139480中的图8、图9、图10和图11中示出的构件具有相同的功能，但具有不同的设计。在第二组中存在两个可动构件，制动器扇形片或制动蹄片101和102，本文称作半圆弧，由软磁性铁制成。每个可动半圆弧具有大致为圆柱形环的一半的一般形状，或者更精确而言是如图中所图示的对应于稍小于180°的角度的圆柱形环段，在例如达到约175°的范围中。在半圆弧101和102的第一端部之间定位了由软磁性铁材料制成的块体103。软磁性铁块在半圆弧的第一端部具有平整表面，该平整表面设置在两个半圆弧的相对的第一平整表面附近但一般不与其接触。如所图示的，第一平整表面可以平行或近似平行于所提到的对称平面。

在所图示的实施例中，初始平整的弹簧104被牢固地附接到三个软磁性铁部件101-103上，即附接到两个半圆弧和软磁性铁块103上，也在半圆弧的第一端部处，诸如附接到垂直于第一平整表面定位的第二平整表面。弹簧104还被牢固地附接到杆105上，杆105反过来通过定位在半圆弧101、102的第一轴向内侧的环111和块体103被牢固地附接到马达的框架上。在该环中可安装用于马达(制动器要用于该马达)的转子的两个轴承(未示出)之一。软磁性铁块103和杆105被定位在弹簧104的相对侧上，使得在其端部部分不与软磁性铁块接触但与半圆弧101、102的内端部接触的弹簧部分能够与半圆弧一起在朝制动器的轴的方向上弹性弯曲。弯曲运动是通过弹簧104的自由部分被弹性变形的事实来实现的，这些自由部分也被称作桥部分并且在半圆弧101、102的运动中被挠曲或执行简单的弯曲。

半圆弧101、102的第二外端部具有平整表面，所述平整表面被定位成互相相对并且大致平行，一般在所述平整表面之间留下间隙107。

在示于图1中的制动状态中，弹簧104倾向于挤压半圆弧101、102向外离开制动器的转动轴，以使它们以类似于常规鼓形制动器的方式通过诸如110的衬片或摩擦部件与可转动的中空圆柱或转子鼓(未示出)的圆柱形内壁或内表面进行接触。

在由软磁性部件101-103组成的磁性回路中，一般存在三个磁性空气间隙，第一空气间隙107在半圆弧的第二端部处的第二平整表面之间，而两个小的第二空气间隙108和109在半圆弧101、102的第一端部处的第一平整表面和软磁性铁块103的第一平整表面之间。当制动器为主动式且摩擦部件110是在对抗挤压转子鼓的内壁或内表面时，所有这些空气间隙是尽可能大的。当足够的电流被施加以在围绕两个半圆弧101、102缠绕的线圈106中流动而迫使两个半圆弧运动，倾向于闭合磁性回路，从而闭合较大的第一空气间隙107时，两个第二空气间隙将几乎是闭合的。这也将使摩擦部件110从鼓的内壁松开，从而通过松开鼓而消除了制动功能。

可以在制动器的组装期间通过例如在两个摩擦部件110上方施加力而将两个半圆弧101和102挤压到一起，以便将第二空气间隙做得尽可能小并消除第一空气间隙，然后固紧将半圆弧的第一端部附接到弹簧104的螺钉112，来调节两个第二空气间隙的宽度。

图2和图3是类似于图1的制动器的制动器的视图，其中第一组的转动构件也是可见的，这些构件也是马达的部件，马达在此情况下为电动马达。马达转子磁体固定环201具有用于转子磁体(未示出)的浅沟槽203，并形成径向围住第二组的构件的中空鼓或制动鼓。因此，它具有摩擦部件110能对抗作用的圆柱形内壁。中空转子轴202被径向定位在第二组的构件的内部，并与磁体携带环201同心且被牢固地连接在其上。图2是从制动器的外侧所见的制动器的正视图，而图3为截面图，所述截面是沿通过软磁性部件101、102和103的平面取得的。

在图2的视图中制动器被通电。如在图6的细节视图中所见，在半圆弧101和102之间的第一空气间隙107被闭合，作为其结果，制动器摩擦部件110不与中空鼓201的内壁接触，见图4的细节视图。两个第二空气间隙108、109几乎或完全被闭合，见图8的细节视图。

在图3的截面图中制动器未被通电。如在图7的细节视图中所见，在圆弧101和102的第二端部之间的第一空气间隙107是打开的。弹簧104将试图回到其初始的平整形状，但在制动器摩擦部件110建立与中空鼓201的内壁的接触(见图5的细节视图)时被停止。如图9的细节视图中所示，弹簧稍许或有限地比在图8的细节视图中示出的用于通电情况的相同弹簧更平整。

对本领域技术人员而言明显的是，所示的本发明能够以许多方式作出变化。例如，可以仅设置一个诸如101的可动制动蹄片，而另一个制动蹄片被静止构件取代，所述静止构件在制动蹄片处具有相同的基本设计但不带有摩擦衬片。

虽然本文已说明和描述了本发明的具体实施例，要认识到可以设想无数的其它实施例，并且对本领域技术人员而言无数的另外的优点、改型和改变将容易发生而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明在其更广泛的方面不局限于本文所显示和描述的具体细节、代表性装置和所说明的实例。相应地，可作出各种改型而不脱离如所附权利要求及其等效替换所定义的总体发明概念的精神或范围。因此要理解的是，所附权利要求意图覆盖所有的落在本发明的真实精神和范围内的此类改型和改变。可以设想无数的其它实施例而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种电控制动器，其包括：

-可转动的第一机械系统，其可围绕转动轴转动并包括具有圆柱形内壁或内表面的制动鼓，

-第二机械系统，其包括：

--至少一个绕组，控制电流能被施加到其上，

--至少一个可动制动蹄片，其具有用于反抗或用于接合所述圆柱形内壁或内表面的摩擦部件，所述至少一个可动制动蹄片由软磁性铁材料制成并被设置使得在所述至少一个绕组中流动的电流影响通过所述至少一个可动制动蹄片的磁通量而产生跨越第一空气间隙的吸引力，所述吸引力倾向于移动所述至少一个制动蹄片以减小所述空气间隙的宽度，

--至少一个弹簧，其在所述至少一个可动制动蹄片上产生弹力，所述弹力作用在大致与所述吸引力相反的方向上，所述吸引力由在所述至少一个绕组中流动的电流产生，所述弹力倾向于移动所述至少一个可动制动蹄片以使其摩擦部件与所述制动鼓的所述圆柱形内壁或内表面接合，而所述吸引力倾向于移动所述至少一个可动制动蹄片以使其摩擦部件脱开与所述圆柱形内壁或内表面的接合，

其特征在于，所述至少一个弹簧被安装在所述至少一个可动制动蹄片的内端部，并且所述第一空气间隙被定位在所述至少一个可动制动蹄片的相对的外端部。

2.根据权利要求1所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧被牢固地附接到所述至少一个可动制动蹄片的内端部，所述弹簧和所述至少一个可动制动蹄片从而形成一体化结构，所述弹簧的桥部分在所述至少一个可动制动蹄片运动时被挠曲或执行简单的弯曲运动。

3.根据权利要求1所述的电控制动器，其特征在于，设置了两个可动制动蹄片并且所述第一空气间隙被定位在所述两个制动蹄片的外端部，所述弹簧被牢固地附接到所述两个可动制动蹄片的内端部，所述弹簧和所述两个可动制动蹄片从而形成一体化的一般为C形的结构。

4.根据权利要求3所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧在所述两个可动制动蹄片的所述内端部之间形成桥，所述弹簧的桥部分被定位在所述内端部之间并且在所述两个可动制动蹄片运动时被扰曲或执行简单的弯曲运动。

5.根据权利要求3所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧具有所述两个可动制动蹄片被牢固地附接到其上的内表面。

6.根据权利要求5所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧具有被定位成在所述内表面对面并且被牢固地附接到静止框架的外表面。

7.根据权利要求1所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧具有大致上平整的形状。

8.根据权利要求3所述的电控制动器，其特征在于，具有由软磁性铁材料制成并被定位在所述两个可动制动蹄片的所述内端部之间的块体，所述块体是磁性闭合通路的一部分，当电流在所述至少一个绕组中流动时所述磁性闭合通路还经过所述两个制动蹄片和所述第一空气间隙。

9.根据权利要求8所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧具有所述两个可动制动蹄片和所述软磁性铁块被牢固地附接到其上的内表面。

10.根据权利要求9所述的电控制动器，其特征在于，所述两个可动制动蹄片和所述软磁性铁块被安装到所述弹簧的所述表面上，从而在所述弹簧处于松弛状态或处于非弹性变形状态时在所述两个制动蹄片和所述软磁性铁块的相对表面之间留下第二空气间隙，当电流在所述至少一个绕组中流动时所述磁性闭合通路还经过所述两个第二空气间隙。

11.根据权利要求10所述的电控制动器，其特征在于，所述弹簧的桥部分包括两个分离的区段，所述两个分离的区段的每一个对应于并被定位在所述两个第二空气间隙之一。

12.根据权利要求1所述的电控制动器，其特征在于，所述制动鼓是电动马达的转子的一部分。

Images