CN110953267A - 一种电磁力稳定的电磁制动器及电机 - Google Patents

一种电磁力稳定的电磁制动器及电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁力稳定的电磁制动器及电机，所述电磁制动器包括制动器定子和线圈绕组，所述线圈绕组固定于所述制动器定子中，所述线圈绕组包括至少一组电磁力产生模块，每组所述电磁力产生模块至少包括两组漆包线圈，所述电磁力产生模块中至少一组所述漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈。通过线圈绕组采用不同材质的漆包线圈连接，不同材质的漆包线圈在温度改变时，一种漆包线圈阻值增加，另一种漆包线圈阻值降低，实现阻值对冲，降低阻值波动；通过降低电阻值的波动，使得回路电流值更加稳定，电磁吸力更稳定，提高了制动器的可靠性；从而实现一种电阻波动低、电磁力稳定、可高温使用、可靠性高的电磁制动器。

Description

一种电磁力稳定的电磁制动器及电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电磁力稳定的电磁制动器及电机。
背景技术
制动器是伺服电机常用零部件之一，主要用于断电后，锁住伺服电机转子轴，防止突然断电，垂直负载由于重力作用带动电机旋转下滑，从而产生危险。
制动器一般使用电磁线圈与弹簧配合工作的方式，通过控制摩擦片在制动器中的间隙状态，来控制摩擦片与衔铁、平板之间的摩擦系数；当电机正常运转时，制动器不工作，摩擦片在制动器轴向上处于自由的状态，此时摩擦系数近似为0；当电机失电或位置保持时，制动器工作，摩擦片在制动器轴向上被锁固，此时摩擦片与衔铁、平板接触产生摩擦力，使电机转轴锁固。
通电线圈是电磁力提供的来源。交流电产生的是谐波磁场，会导致制动力呈正弦波动；直流电产生的是稳定的磁场，产生的制动力稳定。因此为了保证电磁吸力的持续稳定，制动器一般采用DC24V电源动作。
电机工作时，由于负载和损耗的存在，电机温度升高；而线圈一般由铜导线绕制而成，由R=R0（1+αT）可知，温度T升高会使得电阻R增加，在外接24V一定的情况下，由I=U/R可知，当电阻R降低时，线圈电流也会降低，最终使的电磁力降低，导致制动器存在工作异常的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种电磁力稳定的电磁制动器及电机，降低了高温下由电阻增大引起的制动器吸引力降低问题；提高了制动器高温运行的可靠性。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种电磁力稳定的电磁制动器，所述电磁制动器包括制动器定子和线圈绕组，所述线圈绕组固定于所述制动器定子中，所述线圈绕组包括至少一组电磁力产生模块，每组所述电磁力产生模块至少包括两组漆包线圈，所述电磁力产生模块中至少一组所述漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈。
进一步地，所述电磁制动器还包括柱套、弹簧、衔铁、摩擦片和限位板，所述柱套固定于所述制动器定子上，所述弹簧放置于所述线圈绕组上，所述衔铁上设有通孔，所述衔铁穿过所述柱套固定于所述制动器定子上，所述摩擦片放置于所述衔铁上，所述限位板固定于所述摩擦片的上方。
基于上述技术方案，本发明实施例还可以做出如下改进。
结合第一方面，在第一方面的第一种实施例中，所述电磁力产生模块包括有第一漆包线圈和第二漆包线圈，所述第一漆包线圈和所述第二漆包线圈串联连接。
结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第二种实施例中，所述第一漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈，所述第二漆包线圈为正温度系数材料漆包线圈。
结合第一方面，在第一方面的第三种实施例中，所述电磁力产生模块包括有第一漆包线圈、第二漆包线圈和第三漆包线圈，所述第二漆包线圈和所述第三漆包线圈串联连接，所述第一漆包线圈和所述第二漆包线圈并联连接。
结合第一方面的第四种实施例，在第一方面的第四种实施例中，所述第一漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈，所述第二漆包线圈和所述第三漆包线圈为正温度系数材料漆包线圈。
结合第一方面的第四种实施例，在第一方面的第五种实施例中，所述第一漆包线圈和/或所述第二漆包线圈可以并联连接控制元件。
结合第一方面的第五种实施例，在第一方面的第六种实施例中，所述控制元件为温度感应控制器或电压感应控制器或电流感应控制器。
第二方面，本发明还提供一种电机，其特征在于，所述电机包括第一方面所述的电磁制动器。
进一步地，所述电机具体为伺服电机。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种电磁力稳定的电磁制动器及电机，通过线圈绕组采用不同材质的漆包线圈连接，不同材质的漆包线圈在温度改变时，一种漆包线圈阻值增加，另一种漆包线圈阻值降低，实现阻值对冲，降低阻值波动；通过降低电阻值的波动，使得回路电流值更加稳定，电磁吸力更稳定，提高了制动器的可靠性；从而实现一种电阻波动低、电磁力稳定、可高温使用、可靠性高的电磁制动器。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一个实施例的驱动器的爆炸图。
图2是本发明的一个实施例的驱动器的线圈绕组的电路结构示意图。
图3是本发明的另一个实施例的驱动器的线圈绕组的电路结构示意图。
图4是本发明的第三个实施例的驱动器的线圈绕组的一种电路结构示意图。
图5是本发明的第三个实施例的驱动器的线圈绕组的另一种电路结构示意图。
其中，附图标记如下，1.制动器定子，2.线圈绕组，3.柱套，4.弹簧，5.衔铁，6.摩擦片，7.限位板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1。
如图1所示，本实施例的一种电磁力稳定的电磁制动器，所述电磁制动器包括制动器定子1、线圈绕组2、柱套3、弹簧4、衔铁5、摩擦片6和限位板7，所述线圈绕组2固定于所述制动器定子1中，所述柱套3固定于所述制动器定子1上，所述弹簧4放置于所述线圈绕组2上，所述衔铁5上设有通孔，所述衔铁5穿过所述柱套3固定于所述制动器定子1上，所述摩擦片6放置于所述衔铁5上，所述限位板7固定于所述摩擦片6的上方，所述线圈绕组2包括一组电磁力产生模块K，所述电磁力产生模块至少包括两组漆包线圈，所述电磁力产生模块中至少一组所述漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈。
所述制动器采用电磁线圈2与弹簧4配合工作的方式，通过控制摩擦片6在制动器中的间隙状态，来控制摩擦片6与衔铁5、限位板7之间的摩擦系数；当电机正常运转时，制动器不工作，摩擦片6在制动器轴向上处于自由的状态，此时摩擦系数近似为0；当电机失电或位置保持时，制动器工作提供电磁力，电磁力使摩擦片6在制动器轴向上被锁固，此时摩擦片6与衔铁5、限位板7接触产生摩擦力，使电机转轴锁固。
通电线圈是电磁力提供的来源。交流电产生的是谐波磁场，会导致制动力呈正弦波动；直流电产生的是稳定的磁场，产生的制动力稳定。因此为了保证电磁吸力的持续稳定，制动器采用DC24V电源供电。
如图2所示，其中，所述电磁力产生模块K包括有第一漆包线圈R2和第二漆包线圈R3，所述第一漆包线圈R2和所述第二漆包线圈R3串联连接。
通过串联的所述第一漆包线圈R2和所述第二漆包线圈R3共同组成电磁力产生模块K，当电机停止或断电时提供摩擦力锁固住电机转轴。
具体的，所述第一漆包线圈R2为负温度系数（NTC）材料漆包线圈，所述第二漆包线圈R3为正温度系数（PTC）材料漆包线圈。
NTC材料的第一漆包线圈R2的阻值随温度增加而降低，PTC材料的第二漆包线圈R3的阻值随温度增加而增加。
第一漆包线圈R2的阻值计算公式如式（1）：
Figure 679852DEST_PATH_IMAGE002
（1）。
第二漆包线圈R3的阻值计算公式如式（2）：
Figure 737938DEST_PATH_IMAGE004
（2）。
其中，ρ2、ρ3分别为第一漆包线圈R2、第二漆包线圈R3在常温（25℃）下的电阻率；
l2、l3分别为第一漆包线圈R2、第二漆包线圈R3的长度；S2、S3分别为第一漆包线圈R2、第二漆包线圈R3的横截面积；α2 、α3分别为第一漆包线圈R2、第二漆包线圈R3的电阻率温度系数；△T为制动器的温度变化值。
回路电流满足公式（3）：
Figure 2828DEST_PATH_IMAGE006
（2）。
为使I不变，在电源电压稳定的情况下，在温度变化时需要使使R2与R3电阻变化和为零，即公式（4）：
Figure 866879DEST_PATH_IMAGE008
（4）。
通过选用不同电阻率ρ和/或长度l和/或横截面积S和/或电阻率温度系数α的第一漆包线圈R2和第二漆包线圈R3，使公式（4）成立，这样温度无论是上升还是下降，第一漆包线圈R2和第二漆包线圈R3都会有一个阻值增长，另一个阻值降低，且它们的阻值变化幅度相同，从而保持电磁力产生模块K的总阻值不变，降低线圈绕组2的电阻值波动，使得回路电流值更加稳定，电磁吸力更稳定，提高了制动器的可靠性。
实施例2。
如图3所示，本实施例和实施例1的不同之处在于，本实施例的电磁力产生模块K包括有第一漆包线圈R1、第二漆包线圈R2和第三漆包线圈R3，所述第二漆包线圈R2和所述第三漆包线圈R3串联连接，所述第一漆包线圈R1和所述第二漆包线圈R2并联连接。所述第一漆包线圈R1为NTC材料漆包线圈，所述第二漆包线圈R2和所述第三漆包线圈R3为PTC材料漆包线圈。
本实施例在第一漆包线圈R1和第二漆包线圈R2上各串联了一个控制元件T1、T2，该控制元件可以是温度感应控制器、电压感应控制器、电流感应控制器中的一种，可以通过温度感应控制器实现温度触发，电压感应控制器实现电压触发，电流感应控制器实现电流触发，本实施例以温度感应控制器为例进行说明。
制动器的回路电流满足式（5）：
Figure 350425DEST_PATH_IMAGE010
（5）。
其中，R1||R2表示并联的R1和R2的阻值之和。
为使I不变，则需使R总=R2||R1+R3电阻变化和为零；即：
Figure 110571DEST_PATH_IMAGE012
（6）。
以常温（25℃）下以R1=R2=10Ω、R3=1Ω为例，△T=100℃，R2、R3为PTC材料铜，其电阻率温度系数约为0.004aR/℃，R1为NTC材料碳，其电阻率温度系数约为0.0005aR/℃。
当T2为常闭开关元件时；
在无R1、T1情况下：
常温下：R常总=10+1=11Ω；R热总=14+1.4=14.4Ω；
在T2常闭，不增加R1、T1时，常温下的总电阻值和温度变化之后的总电阻值差距高达3.4Ω。
在有R1、无T1情况下：
常温下：R常总=10*10/（10+10）+1=6Ω；R热总=14*9.5/14+9.5+1.4≈6.06Ω；
在T2常闭，增设R1，T1常闭时，常温下的总电阻值和温度变化之后的总电阻值之差只有0.06Ω。
在有R1、温度感应控制器T1情况下：
常温下：R常总=10+1=11Ω；R热总=14*9.5/14+9.5+1.4≈6.06Ω；
在T2常闭，设有R1、T1触发时，当温度上升时，在温度感应控制器T1未触发的时间里，制动器的总阻值快速增长，当温度感应控制器T1触发工作后，NTC电阻R1接入电路，使制动器总电阻值降下来。
利用触发开关调节电阻自身调节不足部分，使得制动器整体工作曲线工作更加稳定高效。
当温度感应控制器T2和温度感应控制器T1都断开时，制动器线圈不工作，只有在一定条件下，使其中一个或者两个都导通时，制动器才可以工作，通过温度感应控制器T1、T2可以控制制动器的开启与关断。
由于线圈绕组电阻变化幅度小，高温下制动器电磁吸力衰减少；在安装空间一定的情况下，可以采用更细的漆包线，提高线圈匝数和电磁吸力；在需求电磁吸力一定的情况下，可以采用更少圈数的漆包线，节省制动器体积和制造降低成本，减少制动器自身功耗和产热。
实施例3。
如图4或图5所示，本实施例的一种电磁力稳定的电磁制动器，包括有n个电磁力产生单元K，每个电磁力产生单元K之间通过串联或者并联连接，每个电磁力产生单元K都受开关元件T的控制，下面以3个电磁力产生单元K为例进行说明。
3个电磁力产生单元K中的控制元件分别为温度感应控制器、电压感应控制器和电流感应控制器，当3个电磁力产生单元K串联连接时，只有温度、电流和电压都达到三个控制元件的要求时，制动器才可以工作；当3个电磁力产生单元K并联时，温度、电流和电压任意一个条件达到控制元件的触发条件时，制动器都开始工作。
实施例4。
本实施例提供一种伺服电机，所述伺服电机包括有实施例1或实施例2所述的制动器，所述伺服电机具备电阻自身调节功能；并降低了高温下由电阻增大，引起的制动器吸引力降低问题；提高了制动器高温运行的可靠性。
本发明提供了一种电磁力稳定的电磁制动器及电机，通过线圈绕组采用不同材质的漆包线圈连接，不同材质的漆包线圈在温度改变时，一种漆包线圈阻值增加，另一种漆包线圈阻值降低，实现阻值对冲，降低阻值波动；通过降低电阻值的波动，使得回路电流值更加稳定，电磁吸力更稳定，提高了制动器的可靠性；从而实现一种电阻波动低、电磁力稳定、可高温使用、可靠性高的电磁制动器；且由于线圈绕组电阻变化幅度小，高温下制动器电磁吸力衰减少；在安装空间一定的情况下，可以采用更细的漆包线，提高线圈匝数和电磁吸力；在需求电磁吸力一定的情况下，可以采用更少圈数的漆包线，节省制动器体积和制造降低成本，减少制动器自身功耗和产热。
本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述电磁制动器包括制动器定子和线圈绕组，所述线圈绕组固定于所述制动器定子中，所述线圈绕组包括至少一组电磁力产生模块，每组所述电磁力产生模块至少包括两组漆包线圈，所述电磁力产生模块中至少一组所述漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈。
2.如权利要求1所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述电磁制动器还包括柱套、弹簧、衔铁、摩擦片和限位板，所述柱套固定于所述制动器定子上，所述弹簧放置于所述线圈绕组上，所述衔铁上设有通孔，所述衔铁穿过所述柱套固定于所述制动器定子上，所述摩擦片放置于所述衔铁上，所述限位板固定于所述摩擦片的上方。
3.如权利要求1所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述电磁力产生模块包括有第一漆包线圈和第二漆包线圈，所述第一漆包线圈和所述第二漆包线圈串联连接。
4.如权利要求3所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述第一漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈，所述第二漆包线圈为正温度系数材料漆包线圈。
5.如权利要求1所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述电磁力产生模块包括有第一漆包线圈、第二漆包线圈和第三漆包线圈，所述第二漆包线圈和所述第三漆包线圈串联连接，所述第一漆包线圈和所述第二漆包线圈并联连接。
6.如权利要求5所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述第一漆包线圈为负温度系数材料漆包线圈，所述第二漆包线圈和所述第三漆包线圈为正温度系数材料漆包线圈。
7.如权利要求5所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述第一漆包线圈和/或第二漆包线圈串联连接有控制元件。
8.如权利要求7所述的一种电磁力稳定的电磁制动器，其特征在于，所述控制元件为温度感应控制器或电压感应控制器或电流感应控制器。
9.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1至8任意一项所述的电磁制动器。
10.如权利要求9所述的一种电机，其特征在于，所述电机具体为伺服电机。
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