CN107299945A - 制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动器。制动器包括基座、制动圈及摩擦组件，基座的安装侧上开设有第一通孔，制动圈穿设于第一通孔，且能相对于基座旋转。摩擦组件包括设于安装侧上的固定座及位于固定座的固定面与制动圈之间的滚动体和电磁铁。电磁铁断电后，滚动体与制动圈接触，制动圈旋转的过程中，与滚动体间的摩擦力会驱使滚动体移动，以使滚动体被挤压在固定面与制动圈的侧壁之间。挤压力越大，摩擦力就越大，当摩擦力与制动圈受到的外部力平衡时，制动圈停止旋转，这样就实现了制动。电磁铁通电时，在电磁铁的吸附力下，滚动体会沿远离制动圈的方向移动，并与制动圈的侧壁间隔，这样制动圈正常旋转时，不会磨损滚动体，制动器的使用寿命得以提高。

Description

制动器

技术领域

本发明涉及制动技术领域，特别是涉及一种制动器。

背景技术

制动器是具有使运动机构减速、停止或保持停止状态等功能的装置。大多数制动器会采用刹车片结构，通过两块刹车片的相互靠近或远离来产生制动力。采用刹车片的制动器除了在制动时，刹车片会受到较大的摩擦力外，运动机构正常使用时，刹车片或多或少也会与其余部件之间进行摩擦，这会加快刹车片的磨损，缩短制动器的使用寿命。

发明内容

基于此，有必要针对传统制动器中刹车片磨损较快的问题，提供一种使用寿命较长的制动器。

一种制动器，包括：

基座，包括安装侧，所述安装侧上开设有第一通孔；

制动圈，穿设于所述第一通孔，且突出于所述安装侧，所述制动圈能相对于所述基座旋转；以及

摩擦组件，包括固定座、滚动体及电磁铁，所述固定座设于所述安装侧上，所述固定座包括固定面，所述滚动体与所述电磁铁均位于所述固定面与所述制动圈的侧壁之间，所述电磁铁断电时，所述制动圈能带动所述滚动体相对于所述固定座移动，以使所述滚动体被挤压在所述固定面与所述制动圈的侧壁之间，进而所述滚动体制动所述制动圈，所述电磁铁通电时，所述电磁铁能吸附所述滚动体，以使所述滚动体与所述制动圈的侧壁间隔。

在其中一个实施例中，所述固定面包括第一面及第二面，所述第一面与所述第二面连接且成一夹角，所述滚动体设有两个，分别为第一滚动体及第二滚动体，所述第一滚动体位于所述第一面与所述制动圈的侧壁之间，所述第二滚动体位于所述第二面与所述制动圈的侧壁之间，所述第一滚动体能够制动正向旋转的所述制动圈，所述第二滚动体能够制动反向旋转的所述制动圈。

在其中一个实施例中，所述第一面包括第一端及第二端，所述第二面包括第三端及第四端，所述第二端与所述第三端连接，在所述第二端至所述第一端的方向上，所述第一面与所述制动圈的侧壁之间的距离逐渐减小，在所述第三端至所述第四端的方向上，所述第二面与所述制动圈的侧壁之间的距离逐渐减小，所述电磁铁断电时，正向旋转的所述制动圈能带动所述第一滚动体沿所述第二端至所述第一端的方向移动，反向旋转的所述制动圈能带动所述第二滚动体沿所述第三端至所述第四端的方向移动。

在其中一个实施例中，所述固定面还包括连接面，所述连接面的一端与所述第二端平滑连接，所述连接面的另一端与所述第三端平滑连接，所述电磁铁位于所述连接面与所述制动圈的侧壁之间，且所述电磁铁远离所述制动圈的一面与所述连接面贴合。

在其中一个实施例中，所述连接面包括第三面及第四面，所述第三面的一端与所述第二端连接，所述第三面的另一端与所述第四面连接，所述第四面远离所述第三面的一端与所述第三端连接，所述第一面与所述第三面之间成一夹角，所述第三面与所述第四面之间成一夹角，所述第四面与所述第二面之间成一夹角；

所述电磁铁包括一体成型的第一吸附部及第二吸附部，所述第一吸附部远离所述制动圈的一面与所述第三面贴合，所述第二吸附部远离所述制动圈的一面与所述第四面贴合。

在其中一个实施例中，所述第一面与所述第三面之间的夹角为第一夹角，所述第一夹角为钝角，所述第三面与所述第四面之间的夹角为第二夹角，所述第二夹角为钝角，所述第四面与所述第二面之间的夹角为第三夹角，所述第三夹角等于所述第一夹角。

在其中一个实施例中，所述电磁铁设有两个，分别为第一电磁铁及第二电磁铁，所述第一电磁铁与所述第一滚动体连接，所述第二电磁铁与所述第二滚动体连接。

在其中一个实施例中，所述摩擦组件还包括弹性件，所述弹性件的一端与所述滚动体连接，另一端与所述电磁铁连接。

在其中一个实施例中，所述摩擦组件设有多组，沿所述制动圈的周向间隔排布在所述安装侧上。

在其中一个实施例中，还包括转轴，所述制动圈上开设有第二通孔，所述第二通孔的轴线与所述第一通孔的轴线共线，所述转轴穿设于所述第二通孔，且与所述制动圈键连接。

上述的制动器，在需要产生制动力时，电磁铁会断电消磁，解除对滚动体的约束，滚动体便能与制动圈接触，制动圈旋转的过程中，与滚动体之间产生的摩擦力会驱使滚动体相对于固定座移动，以使滚动体被紧紧地挤压在固定面与制动圈的侧壁之间。滚动体与制动圈之间的挤压力越大，制动圈受到的摩擦力也就越大，当摩擦力与制动圈受到的外部力平衡时，制动圈就会停止旋转，这样就实现了制动。取消制动时，给电磁铁通电，在电磁铁的吸附力以及外部力矩的作用下，滚动体会沿远离制动圈的方向移动，并与制动圈的侧壁间隔，这样，制动圈正常旋转时，就不会磨损滚动体，制动器的使用寿命便能得以提高。

附图说明

图1为一实施方式的制动器的结构示意图；

图2为图1所示的制动器的主视图；

图3为图1所示的制动器的第一滚动体的受力分析图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，一实施方式的制动器10主要应用于机械臂上，对机械臂的关节进行制动，以防止机械臂在失去动力后，会在重力作用下自行下坠。在本实施方式中，制动器10包括基座100、制动圈200及摩擦组件300，其中，基座100固定在机械臂上，制动圈200与机械臂上驱动关节转动的电机连接，且在电机的驱动下，制动圈200能相对于基座100旋转。摩擦组件300能使制动圈200停止旋转，从而能使电机停止旋转，达到制动的效果。

具体地，基座100包括安装侧110，安装侧110上开设有第一通孔112。制动圈200呈圆台状，穿设于第一通孔112，且突出于安装侧110。

摩擦组件300包括固定座310、滚动体320及电磁铁330，固定座310设于安装侧110上，固定座310包括固定面340，滚动体320与电磁铁330均位于固定面340与制动圈200的侧壁之间。电磁铁330断电时，制动圈200能带动滚动体320相对于固定座310移动，以使滚动体320被挤压在固定面340与制动圈200的侧壁之间，进而滚动体320制动制动圈200。电磁铁330通电时，电磁铁330能吸附滚动体320，以使滚动体320与制动圈200的侧壁间隔。

当机械臂上的某个关节正常工作，也就是驱动该关节的电机正常转动时，电磁铁330一直处于通电状态，则，滚动体320一直与制动圈200的侧壁之间存在间隙，从而制动圈200正常旋转时，不会磨损滚动体320。

而当该关节停止工作时，也就是驱动该关节工作的电机断电后，需要产生制动力，此时，电磁铁330会断电消磁，解除对滚动体320的约束，滚动体320便能与制动圈200接触。制动圈200旋转的过程中，与滚动体320之间产生的摩擦力会驱使滚动体320相对于固定座310移动，以使滚动体320被紧紧地挤压在固定面340与制动圈200的侧壁之间。滚动体320与制动圈200之间的挤压力越大，制动圈200受到的摩擦力也就越大，当摩擦力与制动圈200受到的外部力平衡时，此时的外部力主要是电机的转轴在惯性下继续旋转而对制动圈200产生的带动力，制动圈200就会停止旋转，这样就实现了制动。

当需要取消制动时，就给电磁铁330通电，在电磁铁330的吸附力以及外部力矩的作用下，滚动体320会沿远离制动圈200的方向移动，并与制动圈200的侧壁间隔。

因此，本实施方式的制动器10只有在制动时，制动圈200才会与滚动体320摩擦，机械臂的关节正常工作期间，制动圈200不会磨损滚动体320，制动器10的使用寿命便能得以提高。

在本实施方式中，摩擦组件300设有一组，在其他实施方式中，摩擦组件300还可以设置多组，沿制动圈200的周向间隔排布在安装侧110上。

进一步，摩擦组件300还包括弹性件350，弹性件350的一端与滚动体320连接，另一端与电磁铁330连接。弹性件350具有弹性，从而滚动体320能相对于电磁铁330移动。在其他实施方式中，还可以在安装侧110上设置曲线导轨，将滚动体320与滑动设置在曲线导轨上的滑块连接，电磁铁330吸附滚动体320或是制动圈200带动滚动体320移动时，滚动体320会带动滑块沿曲线导轨移动。

请一并参考图2，固定面340包括第一面342及第二面344，第一面342与第二面344连接且成一夹角。滚动体320设有两个，分别为第一滚动体322及第二滚动体324，第一滚动体322位于第一面342与制动圈200的侧壁之间，第二滚动体324位于第二面344与制动圈200的侧壁之间，第一滚动体322能够制动正向旋转的制动圈200，第二滚动体324能够制动反向旋转的制动圈200。也即，本实施方式的制动器10能够实现双向制动。

在本实施方式中，第一面342包括第一端3422及第二端3424，第二面344包括第三端3442及第四端3444，第二端3424与第三端3442连接，在第二端3424至第一端3422的方向上，第一面342与制动圈200的侧壁之间的距离逐渐减小。在第三端3442至第四端3444的方向上，第二面344与制动圈200的侧壁之间的距离逐渐减小。电磁铁330断电时，正向旋转的制动圈200能带动第一滚动体322沿第二端3424至第一端3422的方向移动，反向旋转的制动圈200能带动第二滚动体324沿第三端3442至第四端3444的方向移动。

以图2所示为观察视角，正向旋转指的是顺时针旋转，反向旋转指的是逆时针旋转。第一滚动体322能制动顺时针旋转的制动圈200，第二滚动体324能制动逆时针旋转的制动圈200。

制动圈200顺时针旋转时，以第一滚动体322为研究对象，对第一滚动体322进行受力分析，得到图3所示的受力分析图。在图3中，F_t为弹性件350的弹力，F_n1为固定座310对第一滚动体322施加的压力，F_c1为固定座310对第一滚动体322施加的摩擦力，F_c1＝μ₁*F_n1，其中，μ₁代表摩擦系数。F_n2为制动圈200对第一滚动体322施加的压力，F_c2为制动圈200对第一滚动体322施加的摩擦力，F_c2＝μ₂*F_n2，其中，μ₂代表摩擦系数。假设F_n1与F_n2之间所夹的锐角为a，则，由受力平衡列出方程式：F_n2+F_c1*sina＝F_n1*cosa，F_t+F_c2＝F_c1*cosa+F_n1*sina。由这两个方程式计算推理可知，角度a越小，F_n1和F_n2就越大，那么，F_c1和F_c2也就越大，制动效果就越好。

由于在第二端3424至第一端3422的方向上，第一面342与制动圈200的侧壁之间的距离逐渐减小，而滚动体322越靠近第一端3422，角度a就越小，这样，产生的制动摩擦力也就越大。

制动圈200顺时针旋转时，第二滚动体324会沿第四端3444至第三端3442的方向移动，第二滚动体324与制动圈200之间的压力极小，从而制动圈200受到的摩擦力极小，可以忽略不计。

制动圈200逆时针旋转时，第二滚动体324会对制动圈200产生很大的制动摩擦力，而第一滚动体322对制动圈200的产生的摩擦力极小。

介于机械臂的外观、机械臂内部布局以及机械臂整体的重量，制动器10的体积不宜过大。为了减小制动器10的体积，如图1及图2所示，固定座310的固定面340还包括连接面346，连接面346的一端与第二端3424平滑连接，连接面346的另一端与第三端3442平滑连接，与将第二端3424与第三端3442直接连接相比，在第一面342与第二面344之间的夹角不变时，连接面346的设置能够减小安装侧110的径向尺寸，从而能够减小制动器10的体积。

电磁铁330位于连接面346与制动圈200的侧壁之间，且电磁铁330远离制动圈200的一面与连接面346贴合，以尽量在连接面346与制动圈200的侧壁之间有限的空间内，使得安装的电磁铁330的体积满足能吸附滚动体320的最低要求。也即电磁铁330通电后产生的磁性足够用来吸附滚动体320，而使得滚动体320远离制动圈200。

在本实施方式中，连接面346包括第三面3462及第四面3464，第三面3462的一端与第二端3424连接，第三面3462的另一端与第四面3464连接，第四面3464远离第三面3462的一端与第三端3442连接，第一面342与第三面3462之间成一夹角，第三面3462与第四面3464之间成一夹角，第四面3464与第二面344之间成一夹角。具体地，第一面342与第三面3462之间的夹角为第一夹角，第一夹角为钝角，第三面3462与第四面3464之间的夹角为第二夹角，第二夹角为钝角，第四面3464与第二面344之间的夹角为第三夹角，第三夹角等于第一夹角。将各夹角均设置成钝角，在保证电磁铁330有足够的容纳空间的前提下，能进一步减小安装侧110的径向尺寸。

电磁铁330包括一体成型的第一吸附部332及第二吸附部334，第一吸附部332远离制动圈200的一面与第三面3462贴合，第二吸附部334远离制动圈200的一面与第四面3464贴合。

从图2中可以看出，连接面346呈V字型，电磁铁330远离制动圈200的一面也呈V字型。可以理解，在其他实施方式中，连接面346还可以为弧形面，相应地，电磁铁330远离制动圈200的一面也为弧形面。另外，在其他实施方式中，电磁铁330还可以设有两个，分别为第一电磁铁及第二电磁铁，第一电磁铁与第一滚动体322连接，第二电磁铁与第二滚动体324连接。

值得一提的是，在本实施方式中，摩擦组件300为对称结构，图2中所示的连线302即为摩擦组件300的对称线。

在本实施方式中，如图1所示，制动器10还包括转轴400，制动圈200上开设有第二通孔210，第二通孔210的轴线与第一通孔112的轴线共线，转轴400穿设于第二通孔210，且与制动圈200键连接，从而转轴400受电机转轴的驱动，能够带动制动圈200一起旋转。这里所说的键连接可以是通过平键连接，也可以是通过半圆键等其他键进行连接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种制动器，其特征在于，包括：

基座，包括安装侧，所述安装侧上开设有第一通孔；

制动圈，穿设于所述第一通孔，且突出于所述安装侧，所述制动圈能相对于所述基座旋转；以及

摩擦组件，包括固定座、滚动体及电磁铁，所述固定座设于所述安装侧上，所述固定座包括固定面，所述滚动体与所述电磁铁均位于所述固定面与所述制动圈的侧壁之间，所述电磁铁断电时，所述制动圈能带动所述滚动体相对于所述固定座移动，以使所述滚动体被挤压在所述固定面与所述制动圈的侧壁之间，进而所述滚动体制动所述制动圈，所述电磁铁通电时，所述电磁铁能吸附所述滚动体，以使所述滚动体与所述制动圈的侧壁间隔。

2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述固定面包括第一面及第二面，所述第一面与所述第二面连接且成一夹角，所述滚动体设有两个，分别为第一滚动体及第二滚动体，所述第一滚动体位于所述第一面与所述制动圈的侧壁之间，所述第二滚动体位于所述第二面与所述制动圈的侧壁之间，所述第一滚动体能够制动正向旋转的所述制动圈，所述第二滚动体能够制动反向旋转的所述制动圈。

3.根据权利要求2所述的制动器，其特征在于，所述第一面包括第一端及第二端，所述第二面包括第三端及第四端，所述第二端与所述第三端连接，在所述第二端至所述第一端的方向上，所述第一面与所述制动圈的侧壁之间的距离逐渐减小，在所述第三端至所述第四端的方向上，所述第二面与所述制动圈的侧壁之间的距离逐渐减小，所述电磁铁断电时，正向旋转的所述制动圈能带动所述第一滚动体沿所述第二端至所述第一端的方向移动，反向旋转的所述制动圈能带动所述第二滚动体沿所述第三端至所述第四端的方向移动。

4.根据权利要求3所述的制动器，其特征在于，所述固定面还包括连接面，所述连接面的一端与所述第二端平滑连接，所述连接面的另一端与所述第三端平滑连接，所述电磁铁位于所述连接面与所述制动圈的侧壁之间，且所述电磁铁远离所述制动圈的一面与所述连接面贴合。

5.根据权利要求4所述的制动器，其特征在于，所述连接面包括第三面及第四面，所述第三面的一端与所述第二端连接，所述第三面的另一端与所述第四面连接，所述第四面远离所述第三面的一端与所述第三端连接，所述第一面与所述第三面之间成一夹角，所述第三面与所述第四面之间成一夹角，所述第四面与所述第二面之间成一夹角；

所述电磁铁包括一体成型的第一吸附部及第二吸附部，所述第一吸附部远离所述制动圈的一面与所述第三面贴合，所述第二吸附部远离所述制动圈的一面与所述第四面贴合。

6.根据权利要求5所述的制动器，其特征在于，所述第一面与所述第三面之间的夹角为第一夹角，所述第一夹角为钝角，所述第三面与所述第四面之间的夹角为第二夹角，所述第二夹角为钝角，所述第四面与所述第二面之间的夹角为第三夹角，所述第三夹角等于所述第一夹角。

7.根据权利要求2所述的制动器，其特征在于，所述电磁铁设有两个，分别为第一电磁铁及第二电磁铁，所述第一电磁铁与所述第一滚动体连接，所述第二电磁铁与所述第二滚动体连接。

8.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述摩擦组件还包括弹性件，所述弹性件的一端与所述滚动体连接，另一端与所述电磁铁连接。

9.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述摩擦组件设有多组，沿所述制动圈的周向间隔排布在所述安装侧上。

10.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，还包括转轴，所述制动圈上开设有第二通孔，所述第二通孔的轴线与所述第一通孔的轴线共线，所述转轴穿设于所述第二通孔，且与所述制动圈键连接。