CN107428397B - 电磁释放式多盘封闭安全制动器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种主要用于近海海洋绞车应用的电磁释放式多盘封闭安全制动器。静止线圈壳包围向电枢施加压力的弹簧、一对隔板、三个摩擦板和静止端板。多盘制动器借助施加到制动器线圈的DC电压释放。激励线圈生成吸引电枢跨过空气间隙的电磁力，从而减少施加到盘片组的弹簧力。当从制动器线圈去除DC电压时，应用制动器。还提供了用于减少制动器中的振动的各种结构和方法。

Description

电磁释放式多盘封闭安全制动器

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2015年1月29日的美国临时专利申请No.62/109,205和提交于2015年8月19日的美国临时专利申请No.62/206,964的权益，上述美国临时专利申请以引用方式并入本文。

技术领域

本文中的本发明存在于应用弹簧的电磁释放式电动机制动器领域。具体地，本发明涉及通常关联由电动机驱动的近海海洋应用进行使用的绞车应用。

背景技术

由于海洋绞车环境中VFD(可变频率驱动)电动机的市场已经成熟，期望对更高转速的需要。更高的转速基本上产生更多动能，然后该更多动能与来自悬挂负载的潜在能量组合。在超速状态期间，控制系统中的延迟将允许电动机速度增加超过电动机最大速度，因此进一步增加动能。随着对此类高速应用的关注的增加，对能够吸收更高能量的封闭的应用弹簧的电气释放的制动器的愿望增加。

行业中的普通制动器仅利用单个摩擦盘。通过增加摩擦界面的直径获得额外的转矩和能量容量。增加摩擦界面的直径还增大向心力并减小容许速度。增加摩擦界面的直径和数量可诱发通过振动或回旋条件检测的不稳定性。由于当以竖直轴配置操作时盘片组的阻力增加，所以多盘制动器通常被限制于水平轴应用。

在海洋环境中操作的制动器的另一个必要特征是易于维护和可达。在调试和维护过程期间，制动器可需要规定以手动释放盘片组，而不使用电磁释放功能。

另外，过去多盘制动器设计的主要缺陷为在制动事件期间经常发生的摩擦诱发的振动/轴回旋。

发明内容

鉴于前述，本发明的第一方面提供了三个或更多个转矩块，以对分离盘进行定位并将转矩传送到安装板。转矩块和分离盘之间的线性接触还防止由在动态制动事件期间生成的快速热膨胀导致的结合。

本发明的另一方面提供一个或多个锥形摩擦界面，该一个或多个锥形摩擦界面在制动事件期间为电动机轴提供稳定性。

本发明的另一方面提供整装式分离器弹簧组件，该整装式分离器弹簧组件在竖直轴配置中提供等间隔。

本发明的又一方面通过使用位于转矩块和端板之间的一个或多个垫片提供磨损调整。

本发明的又一方面提供对平行于电动机轴观察的制动器的面上的磨损的机械指示。视觉指示器不需要测量工具。

本发明的另一方面提供用于手动释放制动器，而不用结合指示销使用释放螺钉来去除盖。

本发明的另一方面提供开槽分离盘，以减少热屈曲并降低表面温度，从而增加制动器的能量容量。

本发明的另一方面提供在输入端和输出端之间具有密封壳体的电磁释放式多盘安全制动器。

本发明的另一方面提供与端板轴向对准以更改其刚度的弹簧，这被示出为消除不良振动/轴回旋的有效装置。

本发明的另一方面使用应用弹簧的摩擦垫让电枢和隔板轴向阻尼，该应用弹簧的摩擦垫双向地抵抗它们的运动并且从而抑制不期望的振动。

本发明的另一方面为用流体型减震器吸收并消散来自摩擦诱发振动的能量，以轴向抑制电枢的移动。

本发明的另一方面通过实现摩擦阻尼联动装置来抑制电枢的运动，当电枢被振动激发时，摩擦阻尼联动装置吸收电枢的轴向能量。

通过多盘电动机制动器实现如具体实施方式所得的将显而易见的本发明的前述和其它方面，该多盘电动机制动器包括：电动机安装板；附接到所述安装盘的电磁线圈；与所述电磁线圈可操作地接合的电枢；与所述电枢轴向偏压地接合的多个弹簧；容置于电动机轴的端部上的毂，所述毂接合多个摩擦转子；多个转矩反作用构件，该多个转矩反作用构件附接到所述安装板，并且与和所述摩擦转子交错的多个分离器定子接合，并且形成盘片组；以及端板，该端板附接到所述转矩块，并且轴向包封所述盘片组。

通过一种用于近海海洋绞车应用的安全制动器实现本发明的其它方面，该安全制动器包括：交替交错的分离盘和摩擦盘的堆叠；在所述堆叠的第一端部处的静止端板；在与所述第一端部相对的所述堆叠的第二端部处的电枢；静止线圈壳，该静止线圈壳具有容置于其中的圆形凹槽内的电磁线圈，以及由所述静止线圈壳容置且抵靠所述电枢的多个弹簧；以及其中所述多个弹簧推动在所述电枢和静止端板之间的所述交替交错的隔板和摩擦板的堆叠的接合，并且所述电磁线圈的通电吸引所述电枢释放此接合。

附图说明

为了完整理解本发明的各个方面，应该参考以下详细描述和附图，在附图中：

图1是本发明的安全制动器的侧视图；

图2是沿线2-2截取的图1的本发明的横截面视图；

图3是沿线3-3截取的图1的本发明的横截面视图；

图4是沿线4-4截取的图1的本发明的横截面视图；

图5是沿线5-5截取的图1的本发明的横截面视图；

图6是插入在线圈壳和相关联电枢之间的接近开关的例示性示出；

图7是示出本发明的开槽分离盘的例示性视图；

图8是采用用于振动抑制的应用弹簧的摩擦垫的本发明的实施例的横截面视图；

图9是采用用于减振的轴向流体减振器的本发明的实施例的横截面视图；

图10示出采用用于抑制振动的偏压在转矩块上的弹簧和衬套的本发明的实施例；

图11为示出衬套的实施方案的图10的结构的横截面视图；

图12是采用在电枢和线圈壳之间的摩擦阻尼联动装置的本发明的实施例的例示性视图；以及

图13是根据本发明的摩擦阻尼联动装置的详细横截面视图。

具体实施方式

现在参考附图，具体参考图1和图2，可以看到根据本发明的电动机制动器组件整体由标号10指定。安装板12适于安装电动机凸缘(未示出)，并且借助导向界面进行定位。电磁线圈组件14通过壳16维持，壳16通过适当的螺钉18固定到安装板12。线圈组件14由卷绕的铜线圈和电隔离封装组成。线圈壳16包括圆柱形凹口20，圆柱形凹口20包含应用在壳16内均匀周向间隔的弹簧22。如图2所示的转矩块24使用螺纹紧固件26固定到线圈壳，并且借助适当的对准衬套定位。优选存在三个转矩块24，每个转矩块的横截面为矩形且周向间隔120°。已经发现转矩块更稳定且相比于典型转矩销占用较小覆盖区。

制动器毂28具有孔30以通过常用行业标准(诸如冷缩装配)固定电动机轴。制动器毂包括与多个摩擦板盘34连接的外花键32。当制动器接合时，弹簧22对电枢36施加轴向力。摩擦盘被插入在隔板或分离盘38与端板40之间。如图3中所示，分离器弹簧组件42位于电枢36和分离盘38之间且在端板40和其它分离盘38之间。该布置确保当安全制动器脱离接合时(具体因此是当制动器利用重力将盘推在一起而垂直取向时)的期望盘间隔。如图2中所示，调整垫片44位于转矩块24和端板40之间。转矩块24通过螺纹紧固件26夹紧到线圈壳16，螺纹紧固件26用于在维修期间固定转矩块24。图1中所示的成对的紧固件或螺栓29穿过端板40和关联转矩块24到线圈壳16，将这些元件固定在一起。去除垫片44以适应盘片组中的磨损。

继续关注图2，可以看到交错的盘34、盘38的厚度沿径向渐缩。在优选实施例中，摩擦盘或转子的厚度径向向外增加，而分离盘或定子盘的厚度沿该方向减小。该锥形可反向。在任一情况中，期望定子和转子完全嵌套，保持稳定，并且在使用时不会“走动”。已经发现，互补的锥形实现该目的。此外，并且如图7中所示，分离盘优选包括从内圆周向外和从外边缘向内分布到盘体的中央区域的径向槽37、径向槽39。这些均匀间隔的槽用于防止或限制盘的热变形。

如图4中所示的磨损指示销46借助O型环50固定到释放螺钉48。弹簧52用于在操作期间确保磨损指示销保持与电枢36接触。图5中所示的筒式加热器54安装到线圈壳16。当制动器被设置成防止由包含在制动器组件内的水分导致的腐蚀时，加热器通电。

如图1和图2所示的盖56用于保护制动器免受环境影响。盖借助导向界面定位，并通过使用双头螺栓58和包封螺母60固定到安装板12。盖56还包括预防措施62(provision)以安装如电动机的控制器可能需要的编码器。

如图2和图4中所示，固定到盖56的视镜64允许视觉获取机械磨损指示器46。如从图4显而易见，视镜64是可去除的，以允许获取释放螺钉，该释放螺钉具有六角头，该六角头可通过套节或扳手旋转以通过克服与电枢36相对的弹簧来手动释放制动器。如图所示，释放螺钉48的六角头有缺口，具有上顶部边缘和下顶部边缘，当盘片组是新的或翻新的时，上顶部边缘为用于磨损评定的水平，并且当去除垫片44时，下顶部边缘用于此类评定。更小的视镜66也被固定到盖56以允许视觉获取来确认插入在端板40和转矩块24之间的调整垫片44的存在。

参考图6，可以看到非接触式接近开关68安装在线圈壳16中，并且当电枢36的位置超过设计的轴向限制时，将指示需要服务或翻新的数字指示提供到相关联的控制系统。

现在应当了解，静止线圈壳16包围且维持弹簧22(弹簧22向电枢36施加压力或力)和与三个摩擦板34交错的一对隔板38的堆叠以及静止端板40。当DC电压被施加到制动器线圈14时，多盘制动器堆叠被释放。线圈14的电磁力吸引电枢36跨过其间的空气间隙，从而减小或克服施加到制动器堆叠的弹簧力并且使制动器脱离接合。然后，当从制动器线圈去除DC电压时，制动器可被重新应用或制动。

前述多盘制动器能够以紧凑且高效的方式满足对高能量电动机轴制动器的增加的需求。在过去，对于此类制动器的设计的主要缺陷是在制动事件期间表现出的摩擦诱发的振动/轴回旋。本发明思忖以各种方式减轻此类问题。

图8中示出一种此类做法，其中采用应用弹簧的摩擦垫。这里由标号70表示类似于上述的电动机制动器组件。多个摩擦垫72被附接到柱塞74。这些柱塞通过弹簧82被限定在转矩块76、隔板78和电枢80之间，如图所示。应当了解，转矩块76本质上与上述转矩块24类似，同时隔板或盘78对应于分离盘38，并且电枢80对应于电枢36，均在上文呈现。

在图9中，电动机制动器组件70具有流体型轴向减振器84，流体型轴向减振器84借助柱塞或活塞杆88插入在固定端板86和电枢80之间。轴向减振器可为任何适当的类型，但是目前所思忖的为具有活塞头的流体填充腔室，其中活塞头具有穿过其中的孔，活塞头在流体填充活塞腔室内可移动，流体根据流体的粘度和孔或洞的大小限制活塞头和活塞杆88的移动。

参考图10和图11，示出通过使用弹簧和衬套实现期望的抑制的装置和方法。这里，电动机制动器70采用在端板86和弹簧板92之间轴向引入的弹簧90，弹簧板92借助螺栓94和衬套96保持到转矩块76。弹簧90允许端板86沿衬套96轴向移动，直到在弹簧板92上触底。图11中最佳示出螺栓94、衬套96和转矩块76的相互关系的详细结构。

现在关注图12和图13，可以看到，可在电动机制动器组件70中采用摩擦阻尼联动装置98以用于抑制不期望的振动。这里，联动装置98被附接到线圈壳16和电枢36。当释放和应用制动器时，联动装置抑制电枢的运动。通过具有弹簧106实现该抑制，弹簧106将力施加到摩擦垫108，当电枢被伸出和缩回时，摩擦垫108抵抗输入臂100和输出臂102之间的运动。螺母和螺栓组件104使臂100、臂102与互连至此的弹簧106和摩擦垫108互连。

因此，可以看到，已经通过上面呈现和描述的结构和技术实现本发明的各个方面。虽然根据专利法规，只详细呈现和描述本发明的最有名的和优选的实施例，但是应当理解，本发明不限于此或受此限制。于是，为了了解本发明的真正范围和广度，应该参考所附权利要求书。

Claims (19)

1.一种多盘电动机制动器组件，包括：

电动机安装板；

电磁线圈，所述电磁线圈附接到所述电动机安装板；

电枢，所述电枢与所述电磁线圈可操作地接合；

多个弹簧，所述多个弹簧与所述电枢轴向偏压地接合；

毂，所述毂容置于电动机轴的端部上，所述毂接合多个摩擦转子；

多个转矩反作用构件，所述多个转矩反作用构件附接到所述电动机安装板，并且与和所述摩擦转子交错的多个分离器定子接合，并且形成盘片组；以及

端板，所述端板附接到所述转矩反作用构件并且轴向包封所述盘片组；并且

盘片组磨损调整垫片，盘片组磨损调整垫片插入在所述端板和所述转矩反作用构件之间；

外部可见的磁盘组磨损指示器，磁盘组磨损指示器包括螺纹形式，以通过克服与所述电枢轴向偏压地接合的所述弹簧来手动释放制动器。

2.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，其中所述转矩反作用构件为侧面平行的块。

3.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，其中所述摩擦转子和所述分离器定子具有彼此配合地接合的锥形表面。

4.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，其中所述分离器定子包括整装式正释放弹簧组件。

5.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，其中所述分离器定子沿径向开槽。

6.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，另外包括接合所述电动机安装板的密封外壳。

7.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，另外包括与所述端板轴向交互地接合的弹簧板组件。

8.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，另外包括可操作用于抵抗所述分离器定子相对于所述转矩反作用构件的运动的应用弹簧的摩擦垫。

9.根据权利要求1所述的多盘电动机制动器组件，另外包括插入在所述端板和所述电枢之间的减震器。

10.一种多盘电动机制动器组件，包括：

电动机安装板；

电磁线圈，所述电磁线圈附接到所述电动机安装板；

电枢，所述电枢与所述电磁线圈可操作地接合；

多个弹簧，所述多个弹簧与所述电枢轴向偏压地接合；

毂，所述毂容置于电动机轴的端部上，所述毂接合多个摩擦转子；

多个转矩反作用构件，所述多个转矩反作用构件附接到所述电动机安装板，并且与和所述摩擦转子交错的多个分离器定子接合，并且形成盘片组；以及

端板，所述端板附接到所述转矩反作用构件并且轴向包封所述盘片组；和

摩擦阻尼联动装置，摩擦阻尼联动装置插入在所述电枢和所述电动机安装板之间。

11.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，其中所述摩擦阻尼联动装置包括在所述电枢和电动机安装板之间延伸的一对臂，所述臂与其间的摩擦构件和弹簧固定在一起。

12.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，其中所述转矩反作用构件为侧面平行的块。

13.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，其中所述摩擦转子和所述分离器定子具有彼此配合地接合的锥形表面。

14.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，其中所述分离器定子包括整装式正释放弹簧组件。

15.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，其中所述分离器定子沿径向开槽。

16.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，另外包括接合所述电动机安装板的密封外壳。

17.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，另外包括与所述端板轴向交互地接合的弹簧板组件。

18.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，另外包括可操作用于抵抗所述分离器定子相对于所述转矩反作用构件的运动的应用弹簧的摩擦垫。

19.根据权利要求10所述的多盘电动机制动器组件，另外包括插入在所述端板和所述电枢之间的减震器。