CN106411040A - 集成制动器的一体电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成制动器的一体电机，其包括：机壳；伺服电机，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，转轴位于电机壳内部；前端盖呈环状，前侧设有第一环形凹槽以及多个盲孔，转轴前端的部分截面呈椭圆形；制动器，包括线圈、动铁芯、摩擦片、制动盘、定板、外齿轮、多个制动弹簧；线圈嵌入第一环形凹槽中；动铁芯位于前端盖、线圈外侧，制动弹簧一端插入盲孔中，另一端抵顶动铁芯；外齿轮套设固定于转轴的前端；制动盘位于动铁芯外侧，并设有与外齿轮啮合的内齿；定板位于制动盘外侧；摩擦片设于动铁芯与制动盘之间和定板与制动盘之间；输出轴。本发明至少把伺服电机、制动器做成一体，减少了由于分体式结构带来的设计和安装误差。

Description

集成制动器的一体电机

技术领域

本发明涉及伺服电机、制动器装配技术领域，特别涉及一种集成制动器的一体电机。

背景技术

随着电机，特别是伺服电机，在工业领域的应用范围越来越广，对电机输出的精度、转矩等要求也越来越高。目前，市场上的电机一般都要经过减速器或制动器后才与负载相连接，即电机和减速器、制动器基本上是分开安装固定的，这样的安装结构会引入诸多误差因素，降低最终输出轴的精度。

此外，前述结构的电机和减速器、或制动器整体体积十分庞大，外形结构也不美观，在安装时需要把电机和减速器或制动器分别安装在基座上，装配比较麻烦，后期维护保养也很繁琐，直接影响生产与维护成本；而且，在一些特定场合，还对电机及减速器、制动器的安装空间有严格的要求。

综上可知，当下电机的设计和制造遇到了新的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成制动器的一体电机，以解决现有技术存在的电机和减速器或电机和制动器分别安装导致的输出轴精度渐低等问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种集成制动器的一体电机，其包括：机壳，呈筒状；伺服电机，设于所述机壳内部，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，所述前端盖、后端盖分别位于所述电机壳的两端，所述转轴位于所述电机壳内部，并且所述转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述前端盖、后端盖中；所述前端盖呈环状，前侧设有第一环形凹槽以及多个盲孔，所述转轴前端的部分截面呈椭圆形；制动器，设于所述机壳内部，包括线圈、动铁芯、摩擦片、制动盘、定板、外齿轮、多个制动弹簧；所述线圈嵌入所述第一环形凹槽中；所述动铁芯位于所述前端盖、线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯；所述外齿轮套设固定于所述转轴的前端；所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿；所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧；所述摩擦片设于所述动铁芯与制动盘之间和所述定板与制动盘之间；所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、摩擦片、定板方向移动；输出轴，一端与所述制动器连接，所述输出轴和转轴同轴。

优选地，所述输出轴、所述转轴均为中空结构，并且贯通。

优选地，所述机壳的一端设有端板，使得所述机壳形成圆桶状，所述端板的中心为与所述转轴同心的通孔。

优选地，所述机壳开口一端的外侧设有法兰结构。

优选地，所述制动器还包括限位管、螺钉，所述限位管两端分别与所述定板、所述前端盖接触，所述螺钉穿过并连接所述前端盖、限位管、定板。

优选地，所述制动盘的两侧均设有所述摩擦片，位于所述定板、制动盘之间的所述摩擦片粘接于所述定板上，位于所述动铁芯、制动盘之间的所述摩擦片粘接于所述制动盘上，所述制动盘与粘接于所述定板上的所述摩擦片之间、所述动铁芯与粘接于所述制动盘上的所述摩擦片之间具有均等间隙。

优选地，所述伺服电机还包括旋转变压器，所述后端盖的后侧设有第二环形凹槽，所述旋转变压器装卡于所述第二环形凹槽中并抵顶在所述端板前侧。

优选地，还包括：谐波减速器，位于所述机壳中，并设于所述输出轴和伺服电机之间。

优选地，所述定板的前侧设有环形凸台，所述环形凸台内设有内齿；所述谐波减速器包括波发生器、柔性轴承、柔轮、轴承、谐波减速器法兰，所述波发生器即为所述转轴前端的截面呈椭圆形的部分，所述柔性轴承套设于所述波发生器上，所述柔轮的有齿一端套设于所述柔性轴承上，并与所述环形凸台内部的内齿啮合；所述轴承包括轴承内圈、轴承外圈，所述轴承的轴承内圈位于所述环形凸台外侧并固定于所述环形凸台外侧；所述柔轮的另一端位于所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰之间，并与所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰固定；所述输出轴固定于所述谐波减速器法兰外侧上。

优选地，所述谐波减速器法兰为环状，中心区域为一内孔，所述内孔边缘向所述转轴的端面延伸，并与所述转轴的端面之间设有唇形密封圈。

综上，本发明至少把伺服电机、制动器做成一体，减少了由于分体式结构带来的设计和安装误差。此外，在安装空间上，也能满足现如今严格的要求，具备相当的美观性，维护保养也很方便。

附图说明

图1为本发明实施例的剖视结构示意图；

图2为本发明实施例的伺服电机的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的制动器的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的谐波减速器的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例的动铁芯的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例包括机壳1、谐波减速器2、伺服电机3、制动器4和输出轴5。机壳1呈圆桶状，一端开口，一端由端板11封闭，但是端板11的中心区域设有通孔12。自机壳1的开口处，谐波减速器2、制动器4、伺服电机3依次设于其中。输出轴5则设于谐波减速器2上。

具体地，如图1、图2所示，伺服电机3包括：前端盖301、后端盖305、前轴承303、后轴承308、定子(或称伺服电机定子)304、磁钢309、转轴307、电机壳302和旋转变压器306、挡片310等。

伺服电机3的前端盖301呈环形，中心区域为一个贯通圆孔，其外侧(图2中“前端盖301外侧”意为“前端盖301左侧”)设有环形凹槽3011，内侧(图2中“前端盖301内侧”意为“前端盖301右侧”)设有内孔止口(未标记，嵌入前轴承303之处)和环形凸台3012。后端盖305内侧(图2中“后端盖305内侧”意为“后端盖305左侧”)设有内孔止口(未标记，嵌入后轴承308之处)和环形凸台，外侧(图2中“后端盖305外侧”意为“后端盖305右侧”)设有环状凹槽(未标记，嵌入旋转变压器306之处)。

电机壳302两端分别装卡于前端盖301和后端盖305内侧环形凸台。后轴承308外圈装卡在后端盖305内侧内孔止口处，一对挡片310装卡在前端盖301内侧内孔止口处，前轴承303外圈装入前端盖301内侧内孔止口，并紧靠挡片310，即在转轴307的轴线方向上，前轴承303外圈与前端盖301的距离大于挡片310与前端盖301的距离，在图2中，挡片310位于前轴承外圈的左侧。前轴承303、后轴承308内圈则分别装卡在转轴307如图2所示两段轴肩处。，转轴307呈圆柱状，优选地，其为中空的圆柱状，外壁上设有多个不同规格的轴肩(即不同轴径的轴肩)

定子304固定在电机壳302内壁，磁钢309安装在转轴307如图2所示的一段轴肩处，且与定子304间设计有可转动间隙。优选，安装有磁钢309的轴肩的轴径小于装卡有前轴承303内圈的轴肩的轴径，且大于装卡有后轴承308内圈的轴肩的轴径。

旋转变压器306安装在转轴307末端，并卡紧在后端盖305外侧环状凹槽内。具体的，旋转变压器306安装在转轴307末端，旋转变压器包括定子(或称旋转变压器定子)3061、转子(或称旋转变压器转子)3062和壳体(或称旋转变压器壳体)3063，转子3062与转轴307同心安装，定子3061通过壳体3063固定在后端盖305外侧，并卡紧在后端盖305外侧环状凹槽内，且与转子3062同心。

如图1、图3所示，本发明实施例的制动器4具体包括：静铁芯401、线圈402、限位管403、定板404、摩擦片405、制动盘406、外齿轮407、摩擦片408、制动弹簧409和动铁芯410等；

静铁芯401近外边缘处环列一圈通孔4011，静铁芯401于外边缘和中心之间环列一圈盲孔，制动弹簧409安装于盲孔内，且其一端伸出盲孔外。具体而言，在静铁芯401相对动铁芯410的侧面上设置该盲孔，盲孔的轴向与转轴307的轴向一致，当然沿着静铁芯401的径向，该盲孔应避开通孔4011和嵌入线圈402的环形凹槽，在图3中，盲孔与转轴307的距离小于嵌入线圈402的环形凹槽与转轴307的距离。静铁芯401与伺服电机3的前端盖301做成一体，也即静铁芯401和前端盖301所指部件为同一部件。前端盖301外侧环状凹槽3011即融合了静铁芯401特征；线圈402安装在前端盖301外侧环状凹槽3011内，亦即静铁芯401环形凹槽内。

限位管403通过螺钉与静铁芯401环列通孔4011配合，即螺钉穿过限位管403形成的通孔和静铁芯401环列通孔使得限位管403和静铁芯401配合，固定于静铁芯401外侧。定板404呈环形、板状结构，中心区域为一内孔，近外边缘处设有一圈螺纹孔，定板404与限位管403及静铁芯401按它们各自孔的孔心对齐安装。

摩擦片(或称定板侧摩擦片)405粘接于定板404靠近制动盘406的侧面，摩擦片(或称动铁芯侧摩擦片)408粘接于动铁芯410靠近制动盘406的侧面，且制动盘406与动铁芯410上摩擦片408和定板404上摩擦片405之间留有均等间隙。

外齿轮407安装于转轴307如图4所示的一轴肩上，且与制动盘406相配合(制动盘406为环形，设有内齿)，优选，安装有外齿轮407的轴肩的轴径小于装卡有前轴承303内圈的轴肩的轴径。

如图1、图4所示，本发明实施例的谐波减速器2包括：波发生器201、柔性轴承202、柔轮208、钢轮209(亦即制动器4的定板404)、轴承(包括轴承外圈203、轴承内圈207及二者之间的滚珠等)、法兰204、O形密封圈205、O形密封圈206、O形密封圈211、唇形密封圈210等。

具体地，波发生器201与伺服电机3的转轴307设计为一体，即为转轴307一椭圆形轴肩，在该部分，转轴307的截面整体呈椭圆形(即轴肩断面为椭圆形)，在垂直于转轴307轴线方向上，椭圆形轴肩所在位置与下述滚有内齿的环形凸台2091所在位置相对应。

钢轮209与制动器4的定板404设计为一体，即定板404的中心内孔边缘部分向谐波减速器2方向凸出一环状凸台2091，环状凸台2091内部滚有内齿，滚有内齿的环状凸台2091担负钢轮209的功能。环状凸台2091的端面贴近轴承内圈207内侧(图3中轴承内圈207右侧)，并通过螺钉212与轴承内圈207相连接。

柔性轴承202嵌套安装于波发生器201上面，柔轮208有齿一端嵌套安装在柔性轴承202外表面，且与钢轮209内齿相啮合。柔轮208另一端位于轴承外圈203外侧(图3中轴承外圈203左侧)，并通过螺钉与其相连接。法兰(或称谐波减速器法兰)204呈环形，中心为一内孔，法兰204的边缘区域通过螺钉与柔轮208和轴承外圈203相连接，优选地，该螺钉同时连接轴承外圈203、柔轮208、法兰204。法兰204内孔边缘向内侧延伸，形成一环状凸台，并向转轴307的左端面靠近。

O形密封圈205、206、211分别安装在法兰204与柔轮208、柔轮208与轴承外圈203、轴承内圈207与钢轮209之间的间隙处。唇形密封圈210安装于法兰204内孔边缘向右侧延伸的环状凸台与转轴307端面相接处。

再如图1所示，机壳1全覆盖在谐波减速器2、制动器4、伺服电机3外部，且与谐波减速器2的法兰204处预留一定转动间隙。机壳1开口一端端部内侧(如图1中机壳1左端端部的右侧)设有一圆环状止口，制动器4的定板404(钢板209)、限位管403及伺服电机3的前端盖301依次装卡在该环状止口处，并通过螺钉固定。机壳1的开口端端部还设有一安装法兰13，安装法兰13上开设有一止口和一圈安装螺钉孔(均未标记)；机壳1的底部(如图1中机壳1右端端部)，以及端板11，开设有一与转轴307同心的圆孔12。

输出轴5外接于谐波减速器2的法兰204上；输出轴5内部具有中空结构，端部设有一法兰，法兰处开设一圈螺钉孔，输出轴5通过螺钉穿过一圈螺钉孔固定在谐波减速器2的法兰204处。具体地，可以在法兰204中心处形成一环状凹槽，输出轴的法兰装卡于该环状凹槽处。

在装配本实施例的伺服电机3、制动器4、谐波减速器2、输出轴5和外壳1时，可以参考如下步骤：

针对伺服电机3，首先把磁钢309过盈安装在转轴307中间一段轴肩上，，然后把前轴承303装在转轴307左侧较高一段轴肩上，且转轴307最高一段轴肩挡住前轴承303内圈。同理，后轴承308内圈挡在转轴307后端一轴肩上。由于谐波减速器2的波发生器201和转轴307做成一体，所以可把柔性轴承202先嵌套在波发生器201外，为后面进一步安装做准备。

针对谐波减速器2和制动器4，首先把制动器4的定板404与谐波减速器2的轴承内圈207安装固定在一起，然后把柔轮208有齿一端放入钢轮209内部，再把法兰204从输出轴5一侧压在柔轮208圆面上，通过螺钉把法兰204、柔轮208和轴承外圈203固接在一起；最后，再把输出轴5通过螺钉固定在法兰204左侧。

接着，把制动器4的制动弹簧409放入前端盖301盲孔内，然后把动铁芯410压在制动弹簧409上。把已安装前轴承303、后轴承308、磁钢309、柔性轴承202的转轴307从右侧穿过动铁芯410、摩擦片408、制动盘406、摩擦片405和定板404，再把外齿轮407通过连接键安装在转轴307靠近左侧的轴阶上之后，将转轴307再插入到谐波减速器2内，使柔性轴承202塞入到柔轮208内，使制动盘406与外齿轮407配合，且使安装在动铁芯410侧的摩擦片408和制动盘406的间隙与装在定板侧的摩擦片405和制动盘406的间隙相等，且保证柔轮208和钢轮209保持可正常啮合的间隙。然后装上限位管403，使动铁芯410上通孔可穿过限位管403自由滑动，且使定板404和静铁芯401保持满足要求的间隙，并通过一圈螺钉使其固定。对于动铁芯410而言，其详细结构如图5所示，在动铁芯410的边缘，交替分布有U形的半封闭孔4101、孔径较大的通孔4102、孔径相对较小的盲孔4103，其中，限位管403即嵌入半封闭孔4101中，连接定板404、静铁芯401的螺钉则穿过通孔4102。动铁芯410的盲孔4103设置位置与静铁芯401的盲孔设置位置相对应，如此使得制动弹簧409的一端能够嵌入在动铁芯410的盲孔4103内，从而提高了制动弹簧409与动铁芯410接触的稳定性。

在此之后，再把定子304安装在电机壳302内，把已安装定子304的电机壳302安装到前端盖301上，把电机后端盖305安装到电机壳302上，且使后端盖305与后轴承308外圈相接触。

再把旋转变压器306嵌套在转轴307上，且使旋转变压器306左侧装卡在后端盖305外侧环状凹槽内。

完成之前步骤，即可把机壳1通过其内部止口与前端盖301配合安装。

由于输出轴5、谐波减速器2、制动器4、伺服电机3和机壳1内部均是中空结构，安装完毕后，其内部会组成一个贯通的长孔，既可以用于内部走线，又利于本发明一体电机的散热。

本实施例在运行时，其过程大致如下：

转轴307在伺服电机3通电时转动，与转轴307做成一体的波发生器201、与转轴307装配到一起的制动盘406和外齿轮407也随之转动，波发生器201驱动柔性轴承202转动，柔性轴承202又把转动传递给柔轮208，柔轮208在钢轮209的限制下，唯一啮合钢轮209进行转动，转动的柔轮208与轴承外圈203固定，轴承外圈203又与法兰204固定，法兰204又与输出轴5固定。由于轴承内圈207固定在定板404上，定板404又固定不转动，最终经过减速的运动通过柔轮208、轴承外圈203、法兰204传递给输出轴5，且制动器4在得电时，由于磁力的吸引，动铁芯410与静铁芯401相接触，制动弹簧409处于压缩状态，因此动铁芯410与制动盘406脱离接触，此时没有制动效果；当制动器4失电时，磁力消失，动铁芯410在制动弹簧409的弹力作用下远离静铁芯401，并且以一定压力与制动盘406相接触，此时制动器4具有制动效果，即在制动器线圈402失电时，制动弹簧409驱动动铁芯410与动铁芯侧摩擦片408接触，同时，制动盘406与定板侧摩擦片405接触，使通过外齿轮407与制动盘406相配合装配的转轴307在摩擦力的作用下停止。与此同时，旋转变压器的定子3061内部通有激磁电流，产生一包络旋转变压器的转子3062的电磁场，转子3062在转轴307的带动下发生旋转，由于电磁感应原理，转子3062内部产生感应电压，由于感应电压和转角之间具有函数关系，因此感应电压反馈给伺服驱动器后，伺服驱动器可以根据反馈的感应电压得出转角，并发出控制信号，进而控制伺服电机3按照新的方式转动。本发明包括机壳、谐波减速器、伺服电机、制动器和输出轴，伺服电机位于最右侧位置，制动器安装于伺服电机左侧位置，谐波减速器安装于制动器左侧位置，输出轴安装于谐波减速器左侧位置，机壳1和伺服电机前端盖相配合，并且对谐波减速器、伺服电机和制动器全覆盖。

分析可知，本发明通过把伺服电机、谐波减速器、制动器整合到一体，制动器的一部分零件与电机做成一体，另一部分零件与谐波减速器做成一体，一体式结构从原理上可以避免分体式结构带来的组合误差，提高整体精度。

其次，本发明实现模块化设计，可以大大减少产品设计阶段分别对电机、减速器、制动器选型所耗时间，也减少产品使用所占空间。

同时，本发明内部结构是全中空设计，可满足一些特殊使用场合内部走线、散热等需求。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种集成制动器的一体电机，其特征在于，包括：

机壳，呈筒状；

伺服电机，设于所述机壳内部，包括电机壳、前端盖、后端盖、转轴，所述前端盖、后端盖分别位于所述电机壳的两端，所述转轴位于所述电机壳内部，并且所述转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述前端盖、后端盖中；所述前端盖呈环状，前侧设有第一环形凹槽以及多个盲孔，所述转轴前端的部分截面呈椭圆形；

制动器，设于所述机壳内部，包括线圈、动铁芯、摩擦片、制动盘、定板、外齿轮、多个制动弹簧；所述线圈嵌入所述第一环形凹槽中；所述动铁芯位于所述前端盖、线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯；所述外齿轮套设固定于所述转轴的前端；所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿；所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧；所述摩擦片设于所述动铁芯与制动盘之间和所述定板与制动盘之间；所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、摩擦片、定板方向移动；

输出轴，一端与所述制动器连接，所述输出轴和转轴同轴。

2.根据权利要求1所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述输出轴、所述转轴均为中空结构，并且贯通。

3.根据权利要求2所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述机壳的一端设有端板，使得所述机壳形成圆桶状，所述端板的中心为与所述转轴同心的通孔。

4.根据权利要求1所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述机壳开口一端的外侧设有法兰结构。

5.根据权利要求1所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述制动器还包括限位管、螺钉，所述限位管两端分别与所述定板、所述前端盖接触，所述螺钉穿过并连接所述前端盖、限位管、定板。

6.根据权利要求1所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述制动盘的两侧均设有所述摩擦片，位于所述定板、制动盘之间的所述摩擦片粘接于所述定板上，位于所述动铁芯、制动盘之间的所述摩擦片粘接于所述制动盘上，所述制动盘与粘接于所述定板上的所述摩擦片之间、所述动铁芯与粘接于所述制动盘上的所述摩擦片之间具有均等间隙。

7.根据权利要求3所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述伺服电机还包括旋转变压器，所述后端盖的后侧设有第二环形凹槽，所述旋转变压器装卡于所述第二环形凹槽中并抵顶在所述端板前侧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，还包括：

谐波减速器，位于所述机壳中，并设于所述输出轴和伺服电机之间。

9.根据权利要求8所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述定板的前侧设有环形凸台，所述环形凸台内设有内齿；

所述谐波减速器包括波发生器、柔性轴承、柔轮、轴承、谐波减速器法兰，所述波发生器即为所述转轴前端的截面呈椭圆形的部分，所述柔性轴承套设于所述波发生器上，所述柔轮的有齿一端套设于所述柔性轴承上，并与所述环形凸台内部的内齿啮合；所述轴承包括轴承内圈、轴承外圈，所述轴承的轴承内圈位于所述环形凸台外侧并固定于所述环形凸台外侧；所述柔轮的另一端位于所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰之间，并与所述轴承的轴承外圈和谐波减速器法兰固定；

所述输出轴固定于所述谐波减速器法兰外侧上。

10.根据权利要求9所述的集成制动器的一体电机，其特征在于，所述谐波减速器法兰为环状，中心区域为一内孔，所述内孔边缘向所述转轴的端面延伸，并与所述转轴的端面之间设有唇形密封圈。