CN107504103B - 一种永磁失电制动器及其检测方法 - Google Patents
一种永磁失电制动器及其检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种永磁失电制动器，包括检测电路、法兰、外磁极、内磁极、线圈、永磁体、衔铁、弹性体、轴套；外磁极经由永磁体固定在所述法兰上；内磁极固定在所述法兰上并位于外磁极与永磁体径向内侧；外磁极与内磁极之间安装线圈；弹性体安装在所述轴套上；衔铁套装在所述弹性体上，永磁铁、外磁极、内磁极和法兰构成磁铁系统；衔铁与磁铁系统在线圈通电与断电状态下实现分离与吸合；检测电路与外磁极和法兰相连。本发明还公开了一种用于检测和控制永磁失电制动器的方法。本发明考虑衔铁的吸合和释放影响制动器的内外磁极间电流通路阻抗的变化，结构简单，安装方便，工作可靠性高，有助于提高控制系统的自动化程度和智能化水平。
Description
技术领域
本发明属于电磁制动器在线检测技术领域，尤其涉及一种永磁失电制动器及其检测电路。
背景技术
永磁失电制动器广泛应用于工业机器人、机床、升降机以及各种自动化系统和加工设备中。永磁装置的应用范围越来越大，这些设备安全操作的实际问题越来越受到关注。例如，在一个工业机器人工作过程中，由于伺服制动器的故障而发生错误的制动和锁定，将会引起产品的缺陷或者导致机器人的损坏，造成的损失可能会远超制动器本身的价值。
显然，在一些重要应用场合，对永磁失电制动器状况进行检测和控制有助于提高设备的运行性能和安全性。对摩擦制动器的检测方法常用的有接触式和非接触式方法。接触式方法需要将传感器连接到内部运动部件，需要增加尺寸空间，且运动过程中的冲击严重影响工作可靠性。非接触方法是一种间接测量方法，公告号为CN201843924U的中国实用新型专利公开了“永磁失电制动器保护装置”，通过检测制动器工作时的温升来判断制动器是否异常，这类方法增加系统的复杂性，检测结果受外界环境影响大，控制的精确度不高。
综上所述，现有永磁失电制动器的在线检测技术存在明显缺陷，寻找一种简单方便、工作可靠的永磁失电制动器检测方案是有实用价值的。
发明内容
本发明目的是提供一种永磁失电制动器及其检测电路，实现对永磁失电制动器工作状况在线检测和实时控制，系统结构简单、安装方便、可靠性高。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的，一种永磁失电制动器，包括检测电路、法兰、外磁极、内磁极、线圈、永磁体、衔铁、弹性体、轴套；外磁极经由永磁体固定在所述法兰上；所述内磁极固定在所述法兰上并位于所述外磁极与永磁体径向内侧；外磁极与内磁极之间安装线圈；所述弹性体安装在所述轴套上；所述衔铁套装在所述弹性体上，永磁铁、外磁极、内磁极和法兰构成磁铁系统；衔铁与磁铁系统在线圈通电与断电状态下实现分离与吸合；所述检测电路的第一连接端与所述外磁极相连，所述检测电路的第二连接端与所述法兰相连，外磁极、衔铁、内磁极、法兰、检测电路构成电流通路。
优选地，所述外磁极、所述内磁极、所述衔铁、所述法兰均使用能导电的软磁材料加工而成。
优选地，所述永磁体使用不导电的永磁材料加工而成。
优选地，所述外磁极的外边缘有一个连接电路的第一接线端子。
优选地，所述法兰的外边缘有一个连接电路的第二接线端子。
优选地，所述外磁极和所述永磁体胶接成整体。
优选地，所述内磁极与外磁极和所述永磁体之间留有间隙。
优选地，所述检测电路包括直流电源E、变阻器RW、电流传感器CT、变送器组，直流电源E、变阻器RW、电流传感器CT、变送器组顺序连接。本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的，一种永磁失电制动器的检测方法，包括以下步骤：
（1）检测所述衔铁吸合状态下，所述外磁极、所述衔铁、所述内磁极、所述法兰、所述检测电路构成的电流通路的第一阻抗值；
（2）检测所述衔铁释放状态下，所述永磁体、所述检测电路构成的电流通路的第二阻抗值；（3）根据测得的第一阻抗值和第二阻抗值来区分制动器的工作状态，同时判断制动器摩擦端面的磨损情况：
制动器吸合时，回路第一阻抗值小，制动器释放时，回路第二阻抗值大；
如果衔铁与磁极之间有严重的摩擦磨损，那么接触面上的凹凸带来接触电阻，使得制动器吸合时回路第一阻抗值增大；另一方面，摩擦磨损产生的粉尘会导致制动器释放时，电路不能可靠断开，使得制动器释放时回路第二阻抗值减小；如果发现测得的第一阻抗值、第二阻抗值偏离正常值，则说明制动器摩擦部件磨损严重。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种对永磁失电制动器在线检测方法，使控制系统能确认制动器的工作状态和判断制动器摩擦端面的磨损情况，提高控制系统的自动化程度和智能化水平，方案结构简单，安装方便，可靠性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为检测原理示意图。
图中1.检测电路，2.外磁极，3.法兰，4.永磁体，5.线圈，6.内磁极，7.衔铁，8.弹性体，9.轴套。
具体实施方式
如图1所示，本发明优选的实施方式是，永磁失电制动器及其检测电路包括检测电路1、法兰3、外磁极2、内磁极6、线圈5、永磁体4、衔铁7、弹性体8、轴套9；外磁极2和永磁体4胶接成整体固定法兰3上，内磁极6固定在法兰3上，弹性体8安装在轴套9上，用夹套将衔铁7套装在弹性体8上，检测电路1的第一连接端与外磁极2相连，检测电路1的第二连接端与法兰3相连。外磁极2、内磁极6、衔铁7、法兰3均使用能导电的软磁材料加工而成；永磁体4使用不导电的永磁材料加工而成。外磁极2上的第一接线端子设置在外边缘，法兰3上的第二接线端子设置在外边缘，便于检测电路1与第一接线端子和第二接线端子的连接。
本发明的制动工作原理是，当线圈5没有通电，则永磁铁4、外磁极2、内磁极6和法兰3构成的磁铁系统对衔铁7产生吸引力，克服弹性体8的弹性力，衔铁7与外磁极2、内磁极6吸合，产生的摩擦力使轴套9不能运动，形成制动。当线圈5通电，形成的磁场力与永磁体4磁力相抵消，在弹性体8的作用下衔铁7释放，制动摩擦力消失，轴套9能自由运动。
本发明的检测原理如图2所示，RA是衔铁7等效电阻，RE是外磁极2等效电阻，RI是内磁极6等效电阻，RF是法兰3等效电阻，RPM是永磁体4等效电阻。永磁体4使用的是不导电永磁材料，而衔铁7、外磁极2、内磁极6、法兰3使用是导电软磁材料，这样RPM的阻值远大于其它电阻的阻值。检测电路1由直流电源E、变阻器RW、电流传感器CT、变送器组成。开关K模拟衔铁7的状态，当衔铁7吸合时，K闭合；当衔铁7释放时，K断开。
制动器处于制动状态时，K闭合，回路总阻抗取决于RA、RE、RI、RF的和；制动器处于释放状态时，开关K断开，回路总阻抗取决于RPM。由于RPM的阻值远大于图2中其它电阻的阻值，因此制动器吸合时，回路第一阻抗值小，制动器释放时，回路第二阻抗值大。可见，测出回路阻抗的大小就可以区分制动器的工作状态。
电流传感器CT测出的电流值反映回路阻抗大小，变送器对检测信号进行处理并以标准电信号输出。输出的信号传送给自动化控制系统中的控制器，控制器对本实施例的检测结果进行分析处理，得出控制策略。
在本实施例中，按以下步骤进行检测：
（1）检测衔铁7吸合状态下，外磁极2、衔铁7、内磁极6、法兰3、检测电路1构成的电流通路的第一阻抗值；
（2）检测衔铁7释放状态下，永磁体4、检测电路1构成的电流通路的第二阻抗值；
（3）根据测得的第一阻抗值和第二阻抗值来区分制动器的工作状态，同时判断制动器摩擦端面的磨损情况。
在本实施例中，如果衔铁与磁极之间有严重的摩擦磨损，那么接触面上的凹凸带来接触电阻，使得制动器吸合时回路第一阻抗值增大；另一方面，摩擦磨损产生的粉尘会导致制动器释放时，电路不能可靠断开，使得制动器释放时回路第二阻抗值减小。因此，检测过程中如果发现测得的回路阻抗值偏离正常值，则说明制动器摩擦部件磨损严重。
以上对本发明的一个实施例做了详细说明，所述内容为本发明较佳的实施例，不能认为是对本发明实施领域的限制。对于本领域的技术人员可以按照上述描述做出改变和变形，所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种永磁失电制动器，包括法兰（3）、外磁极（2）、内磁极（6）、线圈（5）、永磁体（4）、衔铁（7）、弹性体（8）、轴套（9），其特征在于：设有检测电路（1）；外磁极（2）经由永磁体（4）固定在所述法兰（3）上；所述内磁极（6）固定在所述法兰（3）上并位于所述外磁极（2）与永磁体（4）径向内侧；外磁极（2）与内磁极（6）之间安装线圈（5）；所述弹性体（8）安装在所述轴套（9）上；所述衔铁（7）套装在所述弹性体（8）上，永磁铁（4）、外磁极（2）、内磁极（6）和法兰（3）构成磁铁系统；衔铁（7）与磁铁系统在线圈（5）通电与断电状态下实现分离与吸合；所述检测电路（1）的第一连接端与所述外磁极（2）相连，所述检测电路（1）的第二连接端与所述法兰（3）相连，外磁极（2）、衔铁（7）、内磁极（6）、法兰（3）、检测电路（1）构成电流通路。
2.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述外磁极（2）、所述内磁极（6）、所述衔铁（7）、所述法兰（3）均使用能导电的软磁材料加工而成。
3.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述永磁体（4）使用不导电的永磁材料加工而成。
4.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述外磁极（2）的外边缘有一个连接电路的第一接线端子。
5.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述法兰（3）的外边缘有一个连接电路的第二接线端子。
6.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述外磁极（2）和所述永磁体（4）胶接成整体结构。
7.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述内磁极（6）与外磁极（2）和所述永磁体（4）之间留有间隙。
8.根据权利要求1所述的永磁失电制动器，其特征是，所述检测电路（1）包括直流电源E、变阻器RW、电流传感器CT、变送器组，直流电源E、变阻器RW、电流传感器CT、变送器组顺序连接。
9.权利要求1-8中任一项所述的永磁失电制动器的检测方法，其特征是，检测方法包括以下步骤：
（1）检测所述衔铁（7）吸合状态下，所述外磁极（2）、所述衔铁（7）、所述内磁极（6）、所述法兰（3）、所述检测电路（1）构成的电流通路的第一阻抗值；
（2）检测所述衔铁（7）释放状态下，所述永磁体（4）、所述检测电路（1）构成的电流通路的第二阻抗值；
（3）根据测得的第一阻抗值和第二阻抗值来区分制动器的工作状态，同时判断制动器摩擦端面的磨损情况：
制动器吸合时，回路第一阻抗值小，制动器释放时，回路第二阻抗值大；
如果发现测得的第一阻抗值、第二阻抗值偏离正常值，则说明制动器摩擦部件磨损严重。
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