CN105743277B - 一种球形电机断电制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形电机断电制动器，根据球形电机的球形转子转子输出轴能够自转和侧倾三自由度转动这一特性，设计了自转制动系统和侧倾制动系统。自转制动系统包括自转制动盘和自转制动器。自转制动盘镶嵌在转子输出轴上，自转制动器套在自转制动盘上通过轴承与转子输出轴相连。侧倾制动系统由控制线、控制线限位器和侧倾控制器组成。侧倾制动系统中控制线均匀分布在定子外部四周。控制线一端固定在连接孔上穿过控制线限位器和侧倾控制器以及与相对的控制线限位器固定在另一端的连接孔上。本发明针对球形电机转子输出轴可三自由度运动的特点进行设计，符合球形电机的特殊要求，结构简单，稳定性强，适于推广。

Description

一种球形电机断电制动器

技术领域

本发明涉及球形电机制动装置，属于电机制动装置技术领域。

背景技术

随着机械关节等高精度复杂控制系统的发展，对于驱动机构精度和稳定性能的要求日益提高。三自由度球形电机能够极大简化系统结构，提高系统动稳态性能，成为新一轮的研究热点。球形电机具有重量轻、体积小、效率高、响应快的特点，但具有电机磁场分析复杂、加工精度大的问题。由于球形电机目前没有成功转化成产品，抑制了球形电机技术系统的发展，目前国内外球形电机制动技术还没有相关研究。本发明结合其他电机的制动知识与球形电机的结构特点，设计了一套完整的制动装置，弥补球形电机制动技术方面的空白。

发明内容

由于球形电机的球形转子输出轴能够实现自转和倾斜三自由度运动，本发明针对这一特点对转子输出轴的自转和倾斜分别进行制动，设计了自转制动系统和倾斜制动系统。本发明的技术方案是：

一种球形电机断电制动器，包括设置在球形电机上的自转制动系统和侧倾制动系统，所述的自转制动系统包括固定转子输出轴上的自转制动盘和通过轴承与输出轴相连的自转制动器，自转制动盘固定在转子输出轴上，自转制动器套在自转制动盘上，并通过轴承与转子输出轴相连；

所述的侧倾制动系统包括控制线、控制线限位器、侧倾制动器和控制线连接孔，控制线由两根或两根以上组成，均匀分布在球形电机定子四周，控制线一端固定在控制线连接孔上，另一端穿过控制线限位器和侧倾制动器，以及另一侧相对的控制线限位器后，固定在相对的另一端控制线连接孔上。

进一步的，自转制动器由制动摩擦片、压片弹簧、压片弹簧限位杆、摩擦片磁铁、摩擦片限位杆、自转制动电磁铁、支撑底座组成，所述的摩擦片磁铁与制动摩擦片相连接，制动摩擦片通过摩擦片限位杆设置在自转制动盘上部，所述的摩擦片磁铁上部相对位置设有自转制动电磁铁，自转制动电磁铁带电时产生磁力吸引摩擦片磁铁，使制动摩擦片离开自转制动盘，所述的压片弹簧通过压片弹簧限位杆设置在制动摩擦片上，自转制动电磁铁断电时，在压片弹簧弹力的作用下，制动摩擦片下压与自转制动盘相接触，实现对转子输出轴的自转制动，所述的自转制动盘设置在支撑底座上。

进一步的，侧倾制动器由限位滚轴、固定杆、压线盘、压盘弹簧、压盘弹簧限位杆、侧倾制动电磁铁、压线盘磁铁、压线盘限位杆、承接座组成，所述的压线盘通过压线盘限位杆设置在承接座上，并沿压线盘限位杆上下移动，所述的压线盘上设有压线盘磁铁，压线盘磁铁上部设有侧倾制动电磁铁，侧倾制动电磁铁带电时产生磁力吸引压线盘磁铁，同时压线盘离开承接座，所述的压盘弹簧通过压盘弹簧限位杆设置在压线盘上，侧倾制动电磁铁断电时磁性消失，压盘弹簧回弹，压线盘压到承接座上，同时将分别穿过侧倾制动器中的一对相对的限位滚轴和压线盘的控制线压到承接座上，使转子输出轴所处的位置被固定，所述的限位滚轴设置在固定杆上。

进一步的，控制线由两根或多根组成，每一根控制线两端分别和转子输出轴直接或者间接相连，构成一个闭合回路并能跟随转子输出轴运动。

进一步的，控制线为两根以上的多根时，多根控制线穿过同一个侧倾制动器，受同一个侧倾制动器控制。

进一步的，当侧倾制动系统中由两根控制线组成时，两根控制线穿过均匀分布在球形电机外表面的控制线限位器，通过同一个侧倾制动器固定在控制线连接孔上。

进一步的，控制线限位器均匀分布在球形电机定子基本相同的纬度。

本发明的有益效果是，本发明针对球形电机转子输出轴可三自由度运动的特点进行设计，通过设有的自转制动系统和侧倾制动系统内的带电磁铁的吸合，实现对球形电机的球形转子输出轴在实现自转和倾斜三自由度运动过程中的自转制动和侧倾制动，符合球形电机的特殊要求，结构简单，稳定性强，制动效果好，适于推广。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明俯视示意图；

图3是本发明的仰视图；

图4是本发明自转制动器的刨面图；

图5是本发明侧倾控制器剖面图；

图6是本发明侧倾控制器俯视图。

图中：1、球形电机定子；2、球形电机转子；3、自转制动器；4、转子输出轴；5、轴承；6、自转制动盘；7、控制线；8、控制线限位器；9、侧倾制动器；10、控制线连接孔；11、制动摩擦片；12、压片弹簧；13、压片弹簧限位杆；14、摩擦片磁铁；15、摩擦片限位杆；16、自转制动电磁铁；17、支撑底座；18、限位滚轴；19固定杆；20、压线盘；21、压盘弹簧；22、压盘弹簧限位杆；23、侧倾制动电磁铁；24、压线盘磁铁；25、压线盘限位杆；26、承接座。

具体实施方式

参见附图1和附图2，由于球形电机的转子输出轴4能够自转和倾斜三自由度的转动，因此球形电机的制动器不仅像普通电机一样仅对转子输出轴4的自转进行制动，还需对转子输出轴4侧倾运动进行制动。本专利制动系统将与球形电机转子2相连的转子输出轴4的运动分解为转子输出轴4的自转和侧倾，分别设计出了自转制动系统和侧倾制动系统。

自转制动系统由固定转子输出轴4上的自转制动盘6和通过轴承5与输出抽4相连的自转制动器3组成。参见附图4，自转制动器3由制动摩擦片11、压片弹簧12、压片弹簧限位杆13、摩擦片磁铁14、摩擦片限位杆15、自转制动电磁铁16、支撑底座17组成。当球形电机供电自转时,自转制动器3同时供电，自转制动电磁铁16正常供电，自转制动电磁铁16产生磁力吸引固定在制动摩擦片11上的摩擦片磁铁14，制动摩擦片11顺着摩擦片限位杆15向上提起，摩擦制动片11离开自转制动盘6，压片弹簧12被沿压片弹簧限位杆13压缩。当球形电机突然断电时，自转制动器3断电，自转制动电磁铁16同时断电磁性消失，对摩擦片磁铁14的吸引力消失，在压片弹簧12弹力的作用下，制动摩擦片11被顺着摩擦片限位杆15下压，与自转制动盘6接触，产生摩擦力阻止自转制动盘6转动，对转子输出轴4的自转制动。当压片弹簧12弹力较大，对摩擦制动片11压力过大使其产生形变过大时，支撑底座17对摩擦制动片11产生支撑，同时支撑底座17表面粗糙也对摩擦制动片产生摩擦力，对转子输出轴4的自转产生制动。

参见附图1和附图3，针对球形转子输出轴4的侧倾运动设计了侧倾制动系统，包括控制线7、控制线限位器8、侧倾制动器9和控制线连接孔10构成。侧倾制动系统中控制线7由两根及以上不可拉伸的软质组成，控制线均匀分布在球形电机定子1四周。一根控制线7一端固定在控制线连接孔10上穿过控制线限位器8和侧倾制动器9以及与相对的控制线限位器8固定在相对的控制线连接孔上10；多根控制线7可穿过同一个侧倾制动器9，受同个侧倾制动器9控制。当侧倾制动系统中由两根控制线7组成时，两根控制线7穿过均匀分布在球形电机外表面的控制线限位器8通过同一个侧倾制动器9上固定在控制线连接孔10上。本专利示意图控制线7由两根组成，其中一根控制线7两端，一端连接在控制线连接孔10上穿过一对控制线限位器8和侧倾制动器9，另一端连接在对称的另一个控制线连接孔10构成一个封闭的回路。另一根控制线7两端连接在另一对控制线连接孔10上并穿过另一对控制线限位器8和侧倾制动器9。两根控制线7穿过同一个侧倾制动器9。4个控制线连接孔10和控制线限位器8均匀分布在自转制动盘6上，两两相对组成一对。

参见附图5和附图6，侧倾线制动器9由限位滚轴18、固定杆19、压线盘20、压盘弹簧21、压盘弹簧限位杆22、侧倾制动电磁铁23、压线盘磁铁24、压线盘限位杆25、承接座26组成。电机正常运行，转子输出轴4侧倾时,两根控制线7分别穿过侧倾制动器9中的一对相对的限位滚轴18和压线盘20不受压力，自由运动。球形电机通电时，侧倾制动器9同时得电，侧倾制动电磁铁23通电产生磁力吸引固定在压线盘20上的压线盘磁铁24，压线盘20在吸力的作用下顺着压线盘限位杆25被向上提起，压线盘20离开承接座26，同时压盘弹簧21沿压盘弹簧限位杆22被压缩。控制线7在压线盘20和承接座26之间的空间自由运动。当球形电机断电时，侧倾制动器9同时断电，侧倾制动电磁铁23断电磁性消失，对压线盘磁铁24的吸引力消失，压盘弹簧21沿压盘弹簧限位杆22回弹，在压盘弹簧21弹力的作用下沿着压线盘限位杆25下压压线盘20，控制线7被压线盘20压到承接座26上，控制线7不能自由运动。控制线7不能运动，自转制动盘6的侧倾位置被固定，从而球形电机转子输出轴4所处的位置被固定。

Claims (7)

1.一种球形电机断电制动器，其特征在于：包括设置在球形电机上的自转制动系统和侧倾制动系统，所述的自转制动系统包括固定转子输出轴(4)上的自转制动盘(6)和通过轴承(5)与输出轴(4)相连的自转制动器(3)，自转制动盘(6)固定在转子输出轴(4)上，自转制动器(3)套在自转制动盘(6)上，并通过轴承(5)与转子输出轴(4)相连；

所述的侧倾制动系统包括控制线(7)、控制线限位器(8)、侧倾制动器(9)和控制线连接孔(10)，控制线(7)由两根或大于两根组成，均匀分布在球形电机定子(1)四周，控制线(7)一端固定在控制线连接孔(10)上，另一端穿过控制线限位器(8)和侧倾制动器(9)，以及另一侧相对的控制线限位器(8)后，固定在相对的另一端控制线连接孔上(10)。

2.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：自转制动器(3)由制动摩擦片(11)、压片弹簧(12)、压片弹簧限位杆(13)、摩擦片磁铁(14)、摩擦片限位杆(15)、自转制动电磁铁(16)、支撑底座(17)组成，所述的摩擦片磁铁(14)与制动摩擦片(11)相连接，制动摩擦片(11)通过摩擦片限位杆(15)设置在自转制动盘(6)上部，所述的摩擦片磁铁(14)上部相对位置设有自转制动电磁铁(16)，自转制动电磁铁(16)带电时产生磁力吸引摩擦片磁铁(14)，使制动摩擦片(11)离开自转制动盘(6)，所述的压片弹簧(12)通过压片弹簧限位杆(13)设置在制动摩擦片(11)上，自转制动电磁铁(16)断电时，在压片弹簧(12)弹力的作用下，制动摩擦片(11)下压与自转制动盘(6)相接触，实现对转子输出轴(4)的自转制动，所述的自转制动盘(6)设置在支撑底座(17)上。

3.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：侧倾制动器(9)由限位滚轴(18)、固定杆(19)、压线盘(20)、压盘弹簧(21)、压盘弹簧限位杆(22)、侧倾制动电磁铁(23)、压线盘磁铁(24)、压线盘限位杆(25)、承接座(26)组成，所述的压线盘(20)通过压线盘限位杆(25)设置在承接座(26)上，并沿压线盘限位杆(25)上下移动，所述的压线盘(20)上设有压线盘磁铁(24)，压线盘磁铁(24)上部设有侧倾制动电磁铁(23)，侧倾制动电磁铁(23)带电时产生磁力吸引压线盘磁铁(24)，同时压线盘(20)离开承接座(26)，所述的压盘弹簧(21)通过压盘弹簧限位杆(22)设置在压线盘(20)上，侧倾制动电磁铁(23)断电时磁性消失，压盘弹簧(21)回弹，压线盘(20)压到承接座(26)上，同时将分别穿过侧倾制动器(9)中的一对相对的限位滚轴(18)和压线盘(20)的控制线(7)压到承接座(26)上，使转子输出轴(4)所处的位置被固定，所述的限位滚轴(18)设置在固定杆(19)上。

4.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：控制线(7)由两根或大于两根组成，每一根控制线(7)两端分别和转子输出轴直接或者间接相连，构成一个闭合回路并能跟随转子输出轴运动。

5.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：控制线(7)为大于两根时，每一根控制线(7)穿过同一个侧倾制动器(9)，受同一个侧倾制动器(9)控制。

6.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：当侧倾制动系统中由两根控制线(7)组成时，两根控制线(7)穿过均匀分布在球形电机外表面的控制线限位器(8)，通过同一个侧倾制动器(9)固定在控制线连接孔(10)上。

7.根据权利要求1所述的球形电机断电制动器，其特征在于：控制线限位器(8)均匀分布在球形电机定子(1)相同的纬度。