CN110662905A - 磁致动制动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于马达的磁制动器使用在通量集中转子的表面上的磁力，以将柔性制动弹簧或摩擦片牵拉成与该转子摩擦接触。电磁定子在其被供能时将该柔性制动弹簧或摩擦片从该转子上拉离。该制动弹簧可以是在径向通量马达中或者在轴向通量马达中径向地围绕周向的可变厚度，并且在其固定到外壳的位置附近更厚。该制动弹簧可以分离，以使得其可对称地夹紧在该转子上。该制动弹簧的OD可以更靠近该制动弹簧的固定部分附近的周围定子，以使得到该制动定子的气隙更小，并且与该转子的间隙和该制动弹簧的ID更大，以允许该制动定子在其被供能以脱离该制动器时初始地以更大的力在这个区域上牵拉。

Description

磁致动制动器
技术领域
制动器。
背景技术
薄型轻质制动器在包括机器人和/或运动控制应用在内的各种应用中可以是有益的，以阻止或减少机械系统中的移动。
发明内容
当与诸如美国专利号9755463所示的电动马达的高扭矩马达配对时，轻质、薄型制动器组合件的使用允许整体系统重量的最小限度的增加，同时出于实际操作和/或安全考虑，提供减少、阻止或静态地保持负载的能力。
在一个实施方案中，公开了一种用于制动可相对于第一元件移动的第二元件的磁致动制动器，该磁致动制动器包括固定到第一元件的摩擦片，该摩擦片包括磁敏感材料，第二元件限定制动表面，当第二元件正相对于第一元件移动时，制动表面基本上平行于第二元件相对于第一元件的运动方向，并且第一元件限定面对制动表面而设置的保持表面，并且电磁体被布置为在摩擦片接合制动表面的制动位置与摩擦片接合保持表面的非制动位置之间移动摩擦片。
在一些实施方案中可以存在的附加特征包括：电磁体被布置在限定保持表面的第一元件的保持部分中；第二元件包括永磁体，该永磁体具有足够的强度以在电磁体未被供能时将摩擦片移动到制动位置；第二元件和第一元件为电动马达的组件，并且第一元件具有驱动部分，该驱动部分包括被布置用于通过与永磁体的相互作用以驱动马达的另外的电磁体，第二元件被布置在第一元件的驱动部分与第一元件的保持部分之间；摩擦片被布置为当摩擦片处于制动位置时，使得摩擦片的一部分保持更靠近保持表面而不是制动表面；垫片，该垫片附接到第一元件，以用于支撑摩擦片更靠近保持表面而不是制动表面的部分；第一元件包括定子，并且第二元件包括可相对于定子旋转的转子；摩擦片被固定在摩擦片的第一周向部分处，并且从第一周向部分周向地延伸；摩擦片在两个周向方向上从第一周向部分周向地延伸；当摩擦片从第一周向部分延伸时，摩擦片的厚度减小；定子被布置在转子的径向内侧，并且摩擦片被固定到转子的径向外侧的第一元件的一部分；定子被布置在转子的径向外侧，并且摩擦片被固定到转子的径向内侧的第一元件的一部分；摩擦片限定周向槽；附加定子被布置用于驱动转子；摩擦片在制动位置与非制动位置之间随着波前传播方式移动；当摩擦片从制动位置移动到非制动位置时，波前传播从摩擦片固定到第一元件的位置开始；第一元件、第二元件和摩擦片各自分别呈现为可以与轴向通量马达组合的盘的形式；摩擦片中的槽，其可以径向地或周向地延伸，并且可以垂直于电磁体的磁极定向。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述实施方案，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是从内部观察到的磁致动制动器的示例性轴向实施方案的片段(区段)的第一透视图。
图2是从外部观察到的磁致动制动器的示例性轴向实施方案的片段(区段)的第二透视图。
图3是图1的制动器的示例性摩擦盘的片段(区段)的俯视图。
图4是用于轴向磁致动制动器的示例性剥离垫片的片段(区段)的透视图。
图5是用于轴向磁致动制动器的示例性次级定子的片段(区段)的透视图。
图6是处于接合位置的轴向磁致动制动器的侧面剖视图。
图7是处于脱离位置的图1的制动器的侧面剖视图。
图8是示出用于轴向磁致动制动器的次级定子的示例性卷绕模式的示意图。
图9是径向磁驱动制动器的转子、摩擦片和次级定子的端视图，示出制动器部分接合。
图10是径向磁驱动制动器的转子、摩擦片和次级定子的端视图，示出制动器部分接合。
图11是图9和图10中所示的组件的等轴视图。
图12是包括径向磁致动制动器的致动器组合件的剖视图。
图13是用于径向制动器的摩擦片的等轴视图。
图14是图12的致动器的剖视图的特写，示出了制动器。
具体实施方式
在不脱离权利要求书所涵盖的内容的情况下，可以对这里描述的实施方案进行非实质性修改。
提供了一种磁致动制动器，例如制动器10(图1至图8)或50(图9至图14)，以用于制动可相对于第一元件移动的第二元件。在图1所示的制动器10的轴向实施方案中，第二元件包括转子12，并且第一元件包括次级定子14。转子12被布置用于相对于初级定子16旋转，并且位于初级定子16与次级定子14之间。初级定子16包括在初级定子16的驱动部分中的电磁元件30，例如柱上的线圈，电磁元件30与转子12上的电磁元件(例如永磁体28)相互作用，以常规方式相对于初级定子16驱动转子12。在图2中更详细地示出的摩擦片18被固定到次级定子14，并且包括磁敏感材料。转子12限定制动表面20。当转子12正相对于次级定子14移动时，制动表面20基本上平行于转子12相对于次级定子14的运动方向。定子14限定面向制动表面20而设置的保持表面22。由包绕在磁线圈柱25周围的一个或多个线圈42(图5中未示出，但在图8中更详细地示出)形成的电磁体被布置在次级定子14的保持部分26中，以在摩擦片18接合图6所示的制动表面20的制动位置和摩擦片18接合图7所示的保持表面22的非制动位置之间移动摩擦片18。
转子12可以包括在图7中所示的永磁体28，其以各种常规方式中的任一种固定在转子的槽中。永磁体28选择为具有足够的强度，以在电磁体未被供能时将摩擦片18移动到制动位置。
摩擦片18可以被布置为当摩擦片18处于制动位置时，使得摩擦片18的一部分例如内部34保持更靠近保持表面22而不是制动表面20。实现摩擦片18的这一位置的一种方式是提供附接到转子12的垫片36，用于支撑摩擦片18更靠近保持表面22而不是制动表面20的部分34。如图3所示，摩擦片18可以包括径向延伸的槽或切口38，以便调整材料的刚度以实现期望的制动器致动。
在图1至图8所示的电磁制动器的轴向通量实施方案中，次级定子14(盘)可以通过螺栓40直接附连到初级定子16(也是盘)，其中轴向通量转子12(也是盘)夹在其间。摩擦片18也具有盘的形式。如图8所示，次级定子14容纳用于在操作期间产生磁力的线圈绕组42。线圈42在交替的方向上径向地卷绕在次级定子14的表面上，因此每个圆形柱25对于柱25而言其ID和OD的极性相反。槽中的绕组42在每个第一槽中的方向将相同，而在每个第二槽中的方向将相反，因此每个第二个圆形(或半圆形)柱25具有相同的极性，但是与紧邻其内部和外部的圆形(或半圆形)槽的极性相反。这能够以多种方式实现，诸如沿着下方定子的顶面具有径向槽，该径向槽用于在从周向槽到周向槽到槽(径向槽在图3中未示出，但是在图8中示出)的相反方向上布线。径向沟道允许以在每个下一个同心圆形柱中产生交替的极性通量这样的方式插入线材。
在次级定子14和转子12之间可以存在剥离垫片36以及摩擦片18，在这个实施方案中也是盘。在一个实施方案中，剥离垫片36被包括在初级定子16的内径上，与转子12具有适当间隙以确保不存在接触。剥离垫片36有效地减小有必要将摩擦盘18与转子12分离所需施加的力，并且因此，减少了为产生脱离而施加到制动器所需的电流或功率的量。剥离垫片36的尺寸、形状和角度35决定了其减少摩擦盘18脱离所需施加的力的程度。由于在接合期间摩擦盘18的表面被保持得更靠近次级定子的表面，因此剥离垫片产生了从摩擦盘18的内径到外径的剥离动作，以使得在脱离时，当向次级定子14施加电力时，摩擦盘18的邻近但不接触次级定子的局部部分上的净力较高。较高的净力导致剥离垫片36的区域中的摩擦盘18比最远离剥离垫片36的摩擦盘18更快地脱离。这一运动利用最靠近次级定子14的较高的磁力以将其从转子12的表面脱离。
在一个实施方案中，摩擦盘18由诸如铝铜的高摩擦系数材料构成，以便获得对给定磁力的高制动力。
制动器10相对于接合的致动使得当没有向次级定子14中的线圈绕组42提供电力时，该制动器由于包含在转子12内的永磁体28产生的吸引力而接合。永磁体28的力导致摩擦盘18被牵拉到转子表面20上，以使得摩擦盘18与转子表面20之间的接触力产生足够的摩擦以防止或消除转子12的移动。
在一些实施方案中，可以在摩擦盘18和转子接触表面20上使用各种涂层和表面处理，以最大化耐久性和磨损，增强该界面的总体摩擦性质，和/或散热。
制动器相对于脱离的致动使得当向磁线圈绕组42施加电力时，在次级定子14与摩擦盘18之间形成磁拉力。考虑到朝向转子12牵拉的磁力和朝向次级定子14牵拉的新产生力，摩擦盘18上的净力导致摩擦盘18被朝向次级定子14的表面牵拉。
由次级定子14产生的磁拉力的量由绕组的数量(磁线圈绕组柱25的数量)和施加到磁线圈的电流的总量确定。在一个实施方案中，保持摩擦盘在200mm外径(OD)盘上脱离所需的保持电流小于10安培。当柔性盘18与转子12接合时，盘18与转子12的接合随着波前运动传播。
柔性盘18中的径向槽38用于两个目的。一个是允许盘18在波传播期间将摩擦盘18周向延伸到转子12接合。第二个是作为对齐磁极之间的通量限制器。在一些实施方案中，这可能需要减小从次级定子14电磁脱离该制动器所需的力。次级定子14上的柱25是周向的，这使得它们垂直于柔性盘槽25，而槽25平行于初级定子16上的磁极。因此，柔性盘槽25不限制来自电磁定子的通量，这减小了将柔性盘保持在次级定子上的功率，并且将柔性盘18牵拉成与次级定子14接触。
在电动马达的径向通量实施方案中，用于马达的磁制动器使用在通量集中转子的外表面上的磁力，以将形成摩擦片的柔性制动弹簧牵拉成与转子摩擦接触。如果转子在定子的OD上，则柔性制动弹簧接触转子的OD。电磁定子围绕转子和制动弹簧，并且在其被供能时将柔性制动弹簧从转子拉离。制动弹簧可以具有围绕周向的可变厚度，并且在其固定到外壳的位置附近较厚。制动弹簧可以分裂，以使得其可对称地夹紧在转子上。制动弹簧的OD可以更靠近制动弹簧的固定部分附近的周围定子，以使得到制动定子的气隙更小，并且与转子的间隙和制动弹簧内径(ID)更大，以允许制动定子在其被供能以脱离制动器时初始地以更大的力在这个区域上牵拉。
图9至图11示出了电磁制动器50的实施方案，其中转子被布置在制动表面的径向内侧，并且图12示出了径向通量电机48中此类制动器的实施方案。提供了磁致动制动器50以用于制动可相对于定子54(第一元件)移动的转子52(第二元件)和图9至图11中未示出但在图12示出的附加定子56。附加定子56被布置为以常规方式驱动转子52。摩擦片58固定到定子54。在图9至图11中仅示出了形成转子52的外表面的摩擦缸的摩擦表面，并且仅示出了定子54的线圈。
摩擦片58包括磁敏感材料，并且可以包括在一端部55处分裂的制动弹簧。转子52限定制动表面60，该制动表面60可以是固定到转子52或形成为转子52的整体部分的独立制动缸。当转子52相对于定子54移动时，制动表面60在基本上平行于转子52相对于定子54的运动方向而延伸，并且定子54具有或限定设置为面向制动表面60的保持表面62。定子54中的电磁体64被布置为在摩擦片接合制动表面的制动位置与摩擦片接合保持表面62的非制动位置之间移动摩擦片58。定子54中的电磁体64的线圈卷绕在定子54的内径周围。如图12和图14所示的三个示例性线圈中的每一个(尽管可以使用任意数量的线圈)在方向上交替，因此周向定子柱65在径向方向NSNS上交替。
摩擦片58可以被固定在摩擦片58的第一周向部分66处，例如被固定在定子54上，并且从第一周向部分66周向延伸，例如在图9中所示的周向方向A和B中的一个或两个上。摩擦片58在其从第一周向部分66延伸时可以变薄，即厚度减小。
如图12所示，定子56可以被布置在转子52的径向内侧，并且如图9至图11所示，摩擦片58被固定到转子52径向外侧的定子54的一部分，以使得在摩擦片58和转子52之间的位置66处形成间隙72。另选地，定子可以被布置在转子的径向外侧，并且摩擦片固定到转子的径向内侧的第一元件的一部分。摩擦片58可以限定周向槽68。摩擦片58在图9和图11所示的制动位置与图10所示的非制动位置之间移动，在制动位置摩擦片58接合转子52，在非制动位置摩擦片58被针对定子54从转子52拉离。摩擦片58可以在制动位置与非制动位置之间随着波前传播移动。
当摩擦片58从制动位置移动到非制动位置时，波前传播可以从摩擦片58固定到第一元件的位置开始。
该装置的实施方案包括磁致动制动器50，该磁致动制动器50被制造与图12所示的径向配置的致动器48一起工作。本文档中所呈现的装置的非限制性实施方案包括制动定子54和制动定子线圈70、摩擦片58或制动弹簧，并且可以包括与马达转子52交接的摩擦缸(未示出)。转子52可以耦接到对称差动齿轮系统80以驱动输出。
图12所示的用于具有定子56和转子52的致动器48的差动齿轮系统包括至少具有中心齿轮84和第一外齿轮86的差动齿轮82。中心齿轮84啮合接触转子52，以由转子52驱动。第一外齿轮86啮合接触有关于定子54和定子56而固定的座圈88，以形成参考齿轮。中心齿轮84啮合连接输出90。差动齿轮82可以具有第二外齿轮92，并且第二外齿轮92可以啮合接触浮动座圈94。每个啮合表面和座圈可以具有成角度的齿部和对应的沟道，并且中心齿轮84可以具有人字形的齿轮齿部。轴承96可以用于支撑有关于外壳98和定子56的输出90。
摩擦缸可以例如通过压力配合或摩擦配合固定到马达转子52的内径或外径，或者可以是转子52的一部分或者形成转子52的表面。摩擦片或制动弹簧58必须在围绕其周向的一个点处例如在底部66处，固定到马达的固定组件上。在图12所示的非限制性实施方案中，制动弹簧58的底部在66处固定到致动器的固定环54。在图9中，在制动位置中，在66处在制动弹簧58和转子52之间存在底部间隙72，并且在制动弹簧58和定子54之间存在上部间隙73。制动弹簧58靠近附接点附近的制动定子54，这允许当从转子52释放制动器时，剥离波围绕制动弹簧58传播。
在未被供能状态下，制动弹簧58被吸引到马达转子52中的磁体76，并且继而与转子52的摩擦环或制动表面接触，以防止转子52旋转。当将电流施加到制动线圈70时，制动弹簧58被吸引到制动线圈70并且从摩擦缸或转子制动表面脱离，从而导致转子52自由旋转。
在图9至图13所示的非限制性实施方案中，制动弹簧具有周向延伸的槽或切口68，以增加对来自转子的磁体76的通量路径的阻力。这些切口68使得制动定子54更容易将弹簧58从转子52剥离。
示出了具有外部转子的实施方案。在另一个实施方案中，转子可以是内部转子，并且摩擦缸可以在转子的内径上，并且制动弹簧和定子线圈被固定到转子的内径内侧的马达的一部分。
在线性实施方案中，摩擦元件可以包括平坦的片材，该片通常被吸引到可相对于定子移动的移动元件或转子，并且定子可以包括电磁体，该电磁体可以被致动以在正常操作期间将平坦的片材从移动元件提起。
摩擦片18可以是柔性盘，其随着波前传播从释放位置移动到制动位置。可以向转子或摩擦片施加各种涂层以增加摩擦、减少磨损，和/或散热。摩擦片的槽可以允许摩擦片的周向膨胀，以允许盘的外径在致动期间改变。
在权利要求书中，词语“包括”以其包含性含义使用，并且不排除存在其他元素。权利要求特征之前的不定冠词“一”和“一个”不排除存在多于一个特征。这里描述的各个特征中的每一个可以在一个或多个实施方案中使用，并且由于仅在这里描述，将不被解释为对由权利要求书限定的所有实施方案是必不可少的。

Claims (22)

1.一种磁致动制动器，该磁致动制动器用于制动能够相对于第一元件移动的第二元件，所述磁致动制动器包括：
摩擦片，所述摩擦片固定到所述第一元件，所述摩擦片包括磁敏感材料；
所述第二元件，该第二元件限定制动表面，当所述第二元件正相对于所述第一元件移动时，所述制动表面基本上平行于所述第二元件相对于所述第一元件的运动方向，并且所述第一元件限定面向所述制动表面设置的保持表面；和
电磁体，所述电磁体被布置为在所述摩擦片接合所述制动表面的制动位置和所述摩擦片接合所述保持表面的非制动位置之间移动所述摩擦片。
2.根据权利要求1所述的磁致动制动器，其中，所述电磁体被布置在所述第一元件的限定所述保持表面的保持部分中。
3.根据权利要求2所述的磁致动制动器，其中，所述第二元件包括永磁体，所述永磁体具有足够的强度以在所述电磁体未被激励时将所述摩擦片移动到所述制动位置。
4.根据权利要求3所述的磁致动制动器，其中，所述第二元件和所述第一元件为电动马达的组件，以及所述第一元件具有驱动部分，所述驱动部分包括被布置为通过与所述永磁体的相互作用来驱动所述电动马达的另外的电磁体，所述第二元件被布置在所述第一元件的所述驱动部分和所述第一元件的所述保持部分之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片被布置成使得当所述摩擦片处于所述制动位置时，所述摩擦片的一部分保持更靠近所述保持表面而不是更靠近所述制动表面。
6.根据权利要求5所述的磁致动制动器，还包括垫片，所述垫片附接到所述第一元件，以用于支撑所述摩擦片的更靠近所述保持表面而不是更靠近所述制动表面的所述部分。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述第一元件包括定子，以及所述第二元件包括能够相对于所述定子旋转的转子。
8.根据权利要求7所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片在所述摩擦片的第一周向部分处被固定，并且从所述第一周向部分周向地延伸。
9.根据权利要求8所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片在两个周向方向上从所述第一周向部分周向地延伸。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片的厚度随着所述摩擦片从所述第一周向部分延伸而减小。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述定子被布置在所述转子的径向内侧，以及所述摩擦片被固定到所述第一元件的在所述转子的径向外侧的一部分。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述定子被布置在所述转子的径向外侧，并且所述摩擦片被固定到所述第一元件的在所述转子的径向内侧的一部分。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片限定周向槽。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的磁致动制动器，还包括被布置用于驱动所述转子的附加定子。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述摩擦片在所述制动位置和所述非制动位置之间随着波前传播而移动。
16.根据权利要求15所述的磁致动制动器，其中，当所述摩擦片从所述制动位置向所述非制动位置移动时，所述波前传播从所述摩擦片固定到所述第一元件的位置开始。
17.根据权利要求1至6中任一项所述的磁致动制动器，其中，所述第一元件、所述第二元件和所述摩擦片分别呈盘的形式。
18.根据权利要求17所述的磁致动制动器，所述磁致动制动器与轴向通量马达组合在一起。
19.根据权利要求1至6中任一项所述的磁致动制动器，还包括所述摩擦片中的槽。
20.根据权利要求19所述的磁致动制动器，其中，所述槽径向地延伸。
21.根据权利要求20所述的磁致动制动器，其中，所述电磁体限定磁极，以及所述槽垂直于所述电磁体的所述磁极而延伸。
22.根据权利要求19所述的磁致动制动器，其中，所述槽周向地延伸。
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