CN102606658B - 利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器 - Google Patents

Abstract

利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其制动机构中没有复位弹簧，驱使其制动和驱使其脱离制动的是永磁电机本身的永磁转子和电磁离合器均有的电磁离合器线圈。执行制动的机构是锁止销钉和与其对应的锁止孔，或者上下摩擦盘。与现有技术相比较，本发明是一种既能节省装置本身成本、又能节省运行成本、且在制动后不易被其他外力所带动的永磁电机的电磁制动离合器。

Description

利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器

技术领域

本发明涉及永磁电机内部的有制动机构。

背景技术

为克服惯性的影响，电机在停止时往往需另用制动机构来促使其快速停止转动。除在电机外部（包括与其连接的装置上）设置有采用各种原理的制动机构之外，在一些电机（例如轮毂电机）内部也有制动机构。电机内部的制动机构多为配有复位弹簧的电磁制动机构，且以断电制动为最常用最可靠的制动方式——在给电机本身断电并要其快速停止转动时，同时给制动用的电磁制动离合器的线圈断电，以让复位弹簧去压迫制动摩擦片，进而让电机快速停止转动。用复位弹簧来进行制动有如下特点或要求：①在制动时，回弹后的复位弹簧仍然需要足够大的弹力，以保证有足够大的正压力来压迫制动摩擦片；②在让电机运转时，又需要电磁线圈有足够大的电磁力来吸引衔铁，进而让衔铁来压缩复位弹簧，以保证制动摩擦片能够可靠地分离；特别是：③在电机运转过程中，需一直保持足够大的电流来维持电磁线圈那足够大的电磁力。当然，对于从电机断电到其完全不转动的时间稍长一些也关系不大，或对于停止后的电机不会因其他外力的影响而又转动起来的情况而言，可靠且快速的制动倒是次要的（能在其自动完全停止之前促使其提前停止即可），关键是要确保在电机运转过程中，其制动摩擦片要能够可靠地分离。在这种情况下，复位弹簧的弹力可以稍小一点，以达到节省电能的目的。然而，对于在其他外力作用下，停止后的电机可能又会转动起来的情况，就完全不同了——例如，用轮毂电机组装成车轮的电动代步车停放在斜坡上时，如果制动不十分可靠，该电动代步车就可能顺坡下滑（也即其轮毂电机就在外力作用下转动起来）。这样一来，要么是另外增加制动装置以防止其顺坡下滑，要么是增大复位弹簧的弹力以保证电机本身的制动十分可靠。十分显然的是，另外增加制动装置是一定要增加装置本身成本的，人们在使用是又要多一道操作；而增大复位弹簧的弹力，如上所述，又会加大电能消耗，也即要增大运行成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能节省装置本身成本、又能节省运行成本的利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器。

实现所述发明目的之技术方案是这样一种利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，与现有技术相同的方面是，它包括由激磁线圈和磁轭组成的电磁铁，可被该磁轭磁吸以解除制动的分离衔铁。其改进之处是，所述电磁铁以与所述永磁电机的转子输出轴同轴的状态固定安装在该永磁电机之中，分离衔铁固定在一个仅相对于磁轭作往返滑动的非铁磁性材料的滑动构件中；在该滑动构件上另外还固定有能被该永磁电机的永磁转子一端面所磁吸的制动衔铁，且该永磁转子磁吸制动衔铁的方向与所述磁轭磁吸分离衔铁的方向相反；该永磁转子与制动衔铁的相对面之间的距离，以在激磁线圈断电时该永磁转子足以磁吸制动衔铁，进而驱使制动为度；所述磁轭与分离衔铁相对面之间的距离，以在激磁线圈通电时该磁轭足以磁吸分离衔铁，进而解除制动为度；在滑动构件上固定有执行制动的锁止销钉或上摩擦盘，在永磁转子上或与该永磁转子连接为一体的旋转构件上有与该锁止销钉或上摩擦盘匹配的锁止孔或下摩擦盘。

从上述方案内驱使和解除制动的机构特征中可以看出，本发明采用了最常用最可靠的断电制动方式。在解除制动用的电磁制动离合器的激磁线圈尚未通电（或断电）情况下，利用永磁电机的永磁转子的磁力来磁吸制动衔铁以维持制动状态（或驱使制动）。这样，既克服了用复位弹簧来驱使制动所存在的不足，也因没有另外再增加永磁石而节省了成本。十分明显的是，在给电磁制动离合器的激磁线圈通电以磁吸分离衔铁，而让执行制动的机构开始脱离制动状态时的一瞬间，是需要较大电流的，否则，电磁制动离合器的激磁线圈所产生的电磁力就不足以克服永磁电机的永磁转子的磁力而让制动机构脱离制动状态。同样明显的是，在制动机构已经脱离制动状态后（即电机在运转时），较长时间地维持电磁制动离合器的激磁线圈磁力的电流就很小了。因此，与现有技术采用复位弹簧的制动机构相比较，本发明在运行中的成本自然就大大地降低。从上述方案内执行制动的机构特征中可以看出，只要永磁电机的永磁转子的磁力尚能保证其永磁电机的正常运转（否则将更换永磁电机的永磁转子或给其充磁），其执行制动的机构就均能够保证在永磁电机的永磁转子磁力的作用下而可靠地维持制动状态，也即在其他外力作用下，停止后的电机不可能转动起来。本领域的技术人员清楚，对于采用锁止销钉为执行制动的机构而言，应当在给运转的永磁电机断电且转速降到较低之后，才给电磁制动离合器的激磁线圈断电——这种执行制动的机构尤其适合于用轮毂电机组装成车轮的电动代步车。对于采用摩擦盘为执行制动的机构来讲，不但适用于所有需可靠地维持制动状态永磁电机，还适用于紧急制动。显然，在具体实施时应当根据不同需要来进行选择。

简言之，本发明是一种既能节省装置本身成本、又能节省运行成本的利用永磁转子端面磁性力的永磁电机的电磁制动离合器。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明中永磁电机处于运转状态的一种结构示意图；

图2——图1结构的永磁电机处于制动状态的示意图；

图3——本发明中永磁电机处于运转状态的另一种结构示意图；

图4——图3结构的永磁电机处于制动状态的示意图；

图5——图3中上下摩擦盘的结构示意图（旋转、太大）；

图6——本发明中永磁电机处于运转状态的又一种结构示意图。

注：图1～4按照省略对称部分的方式绘制。

具体实施方式

利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器（参考图1、2、3、4、6），它包括由激磁线圈12和磁轭9组成的电磁铁，可被该磁轭9磁吸以解除制动的分离衔铁8。在本发明中，所述电磁铁以与永磁电机的转子输出轴13同轴的状态固定安装在该永磁电机之中，所述分离衔铁8固定在一个仅相对于磁轭9作往返滑动的非铁磁性材料的滑动构件（图1、2、3、4中的附图标记为4，在图6中的附图标记为4a）中；在该滑动构件上另外还固定有能被永磁电机的永磁转子7一端面所磁吸的制动衔铁6，且该永磁转子7磁吸制动衔铁6的方向与磁轭9磁吸分离衔铁8的方向相反；该永磁转子7与制动衔铁6的相对面之间的距离，以在激磁线圈12断电时该永磁转子7足以磁吸制动衔铁6，进而驱使制动为度；磁轭9与分离衔铁8相对面之间的距离，以在激磁线圈12通电时该磁轭9足以磁吸分离衔铁8，进而解除制动为度（鉴于对本领域的技术人员来讲，所述的两种距离既可以通过常规的计算，也可通过有限的常规实验来具体确定，故，在此不详述）；在滑动构件上固定有执行制动的锁止销钉11a（参考图1、2、6）或上摩擦盘11b（参考图3、4），在永磁转子7上或与该永磁转子7连接为一体的旋转构件上有与该锁止销钉11a或上摩擦盘11b匹配的锁止孔72a（参考图1、2、6）或下摩擦盘72b（参考图3、4）。

鉴于本领域的技术人员对永磁电机相当熟悉，所以，本发明涉及的定子，仅按照将其定子绕组1和定子铁芯2被夹在两块支承端盖（31、32）之内的形式作了示意性绘制。披露至此，本领域的技术人员结合对本发明有益效果的了解，一定能够根据其他条件或要求，设计并制造出在实质上与本发明相同的产品。例如，假如确有需要，可以如图6所示，将滑动构件简单地做成滑板4a；将限止该滑板4a仅相对于磁轭9作往返滑动的构件，做成穿过该滑板4a上的滑孔而自身固定在一侧支承端盖32的滑销14c。

然而，从图6可以看出，这种结构的轴向尺寸过大，除有特别需要之外，应当轴向尺寸较小的结构——具体如图1、2、3、4所示，其滑动构件为套在磁轭9之外的其纵剖面呈底部有孔的U字型滑套4，制动衔铁6固定在该滑套4之U字上部的法兰盘部分中，分离衔铁8固定在该滑套4之U字底部内，锁止销钉11a或上摩擦盘11b固定在该滑套4之U字底部之下。

为确保上述滑套4在制动和解除制动的过程中能够可靠地往返滑动，本发明还进一步对滑套4被周向限位在磁轭9上的结构采用了如下措施：

或者是，限制滑套4仅相对于磁轭9作往返滑动的是若干排滚珠14a，在滑套4内侧和磁轭9外侧有数量与滚珠7的排数相等、且相互对应的滚珠槽，滚珠7安装在相对的内外两条滚珠槽之间。

或者是，限制滑套4仅相对于磁轭9作往返滑动的是若干条滑键14b，在滑套4内侧和磁轭9外侧，一侧有与该滑键14b呈过盈配合的键槽，另一侧有与该滑键14b呈间隙配合的键槽。

更进一步讲，根据实际需要的制动力矩，摩擦盘结构中的上下摩擦盘可采用常规的平面接触的摩擦盘、多片结构等。如果既希望能够紧急制动，又希望在其他外力作用下该永磁电机也不会转动，那么，上摩擦盘11b应设计制造为锥台状圆盘，下摩擦盘72b则为锥角θ与该上摩擦盘11b的锥角相等的锥台凹状圆盘。

为确保在脱离制动时不致需要过大的电磁力，上述锥台和锥台凹的锥角θ均在72°～120°之间（参考图5）。显然，具体锥角数值应当根据在实施中不同的永磁电机本身的转子永磁石71之磁力大小等因素确定——由于对本领域的技术人员而言，既可通过常规计算，又可结合有限常规试验来确定具体锥角θ的数值，故在本说明书中不详述。

十分明显的是，对于采用锁止销钉11a和锁止孔72a的执行制动的机构而言，相应电磁铁的激磁线圈12的断电时间，应当滞后于停止永磁电机本身运转的断电时间，鉴于设计这样的控制电路对本领域的技术人员而言，也属常规设计，故也不详述。

特别说明，实质上与本发明相同，可设计出对应转子在外，定子在内的永磁电机的利用永磁转子端面磁性力的电磁制动离合器结构。在这种情况下，首先当然是将滑动构件做大一些（将图1、3中的滑套4之U字上部的法兰盘做大，或将图6中的滑板4a做大），其余结构用常规设计方法进行必要调整即可。当然，从结构紧凑角度考虑，图1、3这样的转子7在内，定子在外的结构更好——在这种情况下，转子7就可简单地用转子永磁石71和磁石内衬72这两个构件来与转子输出轴13固定连接在一起的结构，其锁止孔72a也可以直接开在磁石内衬72上；若采用摩擦盘结构，将下摩擦盘72b固定在相应磁石内衬72也更加紧凑；从相应永磁电机中引出定子绕组的引出导线5和激磁线圈的引出导线10，也最方便。

本领域的技术人员清楚，所述制动衔铁6既可以是如图1、2、6那样的块状，也可以如图3、4那样的环状——这由实施时的相应结构确定。

Claims (6)

1.利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，它包括由激磁线圈（12）和磁轭（9）组成的电磁铁，可被该磁轭（9）磁吸以解除制动的分离衔铁（8）；其特征在于，所述电磁铁以与所述永磁电机的转子输出轴（13）同轴的状态固定安装在该永磁电机之中，所述分离衔铁（8）固定在一个仅相对于所述磁轭（9）作往返滑动的非铁磁性材料的滑动构件中；在该滑动构件上另外还固定有能被所述永磁电机的永磁转子（7）一端面所磁吸的制动衔铁（6），且该永磁转子（7）磁吸制动衔铁（6）的方向与所述磁轭（9）磁吸分离衔铁（8）的方向相反；该永磁转子（7）与制动衔铁（6）的相对面之间的距离，以在所述激磁线圈（12）断电时该永磁转子（7）足以磁吸制动衔铁（6），进而驱使制动为度；所述磁轭（9）与分离衔铁（8）相对面之间的距离，以在激磁线圈（12）通电时该磁轭（9）足以磁吸分离衔铁（8），进而解除制动为度；在所述滑动构件上固定有执行制动的锁止销钉（11a）或上摩擦盘（11b），在所述永磁转子（7）上或与该永磁转子（7）连接为一体的旋转构件上有与该锁止销钉（11a）或上摩擦盘（11b）匹配的锁止孔（72a）或下摩擦盘（72b）。

2.根据权利要求1所述利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其特征在于，所述滑动构件为套在所述磁轭（9）之外的其纵剖面呈底部有孔的U字型滑套（4），所述制动衔铁（6）固定在该滑套（4）之U字上部的法兰盘部分中，所述分离衔铁（8）固定在该滑套（4）之U字底部内，所述锁止销钉（11a）或上摩擦盘（11b）固定在该滑套（4）之U字底部之下。

3.根据权利要求2所述利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其特征在于，限制所述滑套（4）仅相对于磁轭（9）作往返滑动的是若干排滚珠（14a），在所述滑套（4）内侧和所述磁轭（9）外侧有数量与滚珠（7）的排数相等、且相互对应的滚珠槽，所述滚珠（7）安装在相对的内外两条滚珠槽之间。

4.根据权利要求2所述利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其特征在于，限制所述滑套（4）仅相对于磁轭（9）作往返滑动的是若干条滑键（14b），在所述滑套（4）内侧和所述磁轭（9）外侧，一侧有与该滑键（14b）呈过盈配合的键槽，另一侧有与该滑键（14b）呈间隙配合的键槽。

5.根据权利要求1、2、3或4所述利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其特征在于，所述上摩擦盘（11b）为锥台状圆盘，所述下摩擦盘（72b）是锥角（θ）与该上摩擦盘（11b）的锥角相等的锥台凹状圆盘。

6.根据权利要求5所述利用永磁转子端面磁性力的永磁电机电磁制动离合器，其特征在于，所述锥台和锥台凹的锥角（θ）均在72°～120°之间。

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