CN112930640B - 用于电动机的集成的机械制动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动机的制动机构，包括：电磁体，其被配置为响应于控制信号而选择性地通电。制动机构还包括第一制动构件，其联接成与电动机的电动机轴共同旋转，第一制动构件被配置为相对于电动机轴在第一位置和第二位置之间选择性地轴向地平移。制动机构还包括第二制动构件，其位于第一制动构件和电磁体之间，并相对于第一制动构件旋转地固定。当电磁体通电时，电磁体使第一制动构件从第一位置平移到第二位置，在第二位置，第一制动构件接合第二制动构件以制动电动机。

Description

用于电动机的集成的机械制动器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月23日提交的申请号为62/749,440的共同未决的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及电动工具，并且更具体地涉及包括电动机的电动工具，该电动机具有集成的(integrated)机械制动机构。
背景技术
电动工具可包括具有制动机构的电动机，以选择性地使电动机的输出轴减速或停止。制动机构可以包括与电动机的输出轴一起旋转的制动垫，以及可以摩擦地接合制动垫的制动构件。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种用于电动机的制动机构。制动机构包括电磁体，其被配置为响应于控制信号而选择性地通电。制动机构还包括第一制动构件，其联接成与电动机的电动机轴共同旋转，第一制动构件被配置为相对于电动机轴在第一位置和第二位置之间选择性地轴向地平移。制动机构还包括第二制动构件，其位于第一制动构件和电磁体之间，并相对于第一制动构件旋转地固定。当电磁体通电时，电磁体使第一制动构件从第一位置平移到第二位置，在第二位置，第一制动构件接合第二制动构件以制动电动机。
在另一方面，本发明提供了一种用于电动机的制动机构。制动机构包括第一制动构件，其联接成与电动机的电动机轴共同旋转，第一制动构件被配置为相对于电动机在第一位置和第二位置之间选择性地轴向地平移。制动机构还包括风扇，其联接成与第一制动构件共同旋转，风扇被配置为与第一制动构件一起并相对于电动机轴选择性地轴向地平移。制动机构还包括第二制动构件，其相对于第一制动构件并相对于风扇旋转地固定。在第一位置，第一制动构件不接合第二制动构件，并且在第二位置，第一制动构件接合第二制动构件以制动电动机。
在又一方面，本发明提供了一种用于电动机的制动机构。制动机构包括第一制动构件，其联接成与电动机的电动机轴共同旋转，第一制动构件包括截头圆锥形的第一制动表面，截头圆锥形的第一制动表面相对于电动机轴线限定锐角，电动机轴线由电动机轴限定。制动机构还包括第二制动构件，其相对于第一制动构件旋转地固定，第二制动构件包括截头圆锥形的第二制动表面。截头圆锥形的第一制动表面选择性地接合截头圆锥形的第二制动表面以制动电动机。
通过考虑以下详细描述和附图，本发明的其他特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是包括制动机构的电动机的透视图。
图2是图1的电动机的剖视图，示出了处于释放位置的制动机构的第一制动构件。
图3是图1的电动机的另一剖视图，示出了处于制动位置的第一制动构件。
图4是包括制动机构的电动机的另一实施例的透视图。
图5是图4的电动机的剖视图，示出了处于释放位置的制动机构的第一制动构件。
图6是图5的制动机构的放大剖视图。
图7是图4的电动机的另一剖视图，示出了处于释放位置的第一制动构件。
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。
具体实施方式
图1和图2示出电动机10，其包括集成的制动机构14，该制动机构14用于响应于电动机10被停用而迅速停止电动机10的旋转。电动机10可以用在各种不同的电动工具(例如，旋转锤，套丝机，切割工具等)中，其中可能希望更快地(与没有集成的制动机构14的电动机相比)停止电动工具的输出。
电动机10被配置为无刷直流(DC)电动机。在一些实施例中，电动机10可以从板载电源(例如，电池，未示出)接收电力。电池可以包括许多不同的标称电压(例如12V，18V等)中的任何一个，并且可以被配置为具有许多不同的化学物质(例如锂离子，镍镉等)中的任何一种。可替代地，电动机10可以通过电源线由远程电源(例如，家用电源插座)供电。电动机10包括大体圆柱形的定子18，其可操作以产生磁场。转子22由电动机轴26可旋转地支撑，并且被配置为相对于定子18与电动机轴26一起旋转。
参考图2和图3，制动机构14包括第一制动构件和旋转地固定的第二制动构件，其中第一制动构件联接成与电动机轴26共同旋转。在所示实施例中，第一制动构件是联接成与电动机轴26一起旋转的制动垫34。如将在下面进一步描述的，所示实施例的第二制动构件是相对于电动机轴26旋转地固定的环形制动构件66。
继续参考图2和图3，制动机构14还包括风扇30，其直接联接到制动垫34。组合的风扇30和制动垫34共享共用的衬套或毂38。通过组合风扇30与制动垫34，所组装的电动机10和制动机构14可以节省空间，并提供其更短的长度。风扇30和制动垫34被锁定在一起以绕电动机轴线42共同旋转，电动机轴线42由电动机轴26限定。毂38通过键合或花键配合固定到电动机轴26，使得风扇30、制动垫34和毂38旋转地固定到电动机轴26，但是可相对于其轴向移动。压缩弹簧46将风扇30和制动垫34朝向邻近转子22的第一或“释放”位置偏置。
继续参考图2和图3，制动机构14还包括外部框架50(图1)，其具有通过紧固件(例如，螺钉；未示出)固定地联接到定子18的第一侧。外部框架50的第二侧通过紧固件固定地联接到场杯(field cup)54。轴承58布置在场杯54内，以可旋转地支撑电动机轴26的端部或输出部分。
制动机构14还包括布置在场杯54内并围绕电动机轴26定位的电磁体62。第二制动构件或环形制动构件66通过紧固件联接到场杯54，并且布置在电磁体62和制动垫34之间。绝缘体70包围电磁体62，以在电磁体62和制动构件66之间提供绝缘屏障。制动垫34包括大体平坦的第一制动表面74，并且制动构件66包括相应的大体平坦的第二制动表面78，其被配置为摩擦地接合制动垫34的第一制动表面74。在一些实施例中，第一制动表面74和第二制动表面78大体垂直于电动机轴线42。
如以上所讨论的，制动垫34和风扇30朝向邻近转子22的第一或“释放”位置偏置，其中在制动垫34与制动构件66之间存在有轴向间隙G。制动垫34和风扇30可在第一位置(图2)和第二或“制动”位置(图3)之间轴向地移动，其中在第二或“制动”位置，间隙G被封闭，并且制动垫34与制动构件66接合以用于与其旋转单元化(rotational unitization)。在制动垫34和风扇30的第二或“制动”位置，制动垫34和制动构件66之间的旋转单元式接合由于在制动表面74，78之间产生的摩擦而发生。
在操作中，当电动机10被启用，制动垫34和风扇30被弹簧46偏置远离制动构件66(并朝向第一位置)。当检测到制动状态时，控制器(未示出)发送通过激励电磁体62来制动电动机10的控制信号。制动垫34由铁磁材料(例如，1018氮化碳钢)制成，并且当电磁体62被激励时，制动垫34被磁性地吸引向电磁体62。制动垫34和电磁体62之间的磁引力克服由弹簧46施加在制动垫34上的力，使得组合的制动垫34和风扇30朝向电磁体62轴向地滑动到第二位置，在该第二位置，制动垫34接触制动构件66。在第二位置，制动垫34和制动构件66的制动表面74、78彼此接合，以摩擦地减慢制动垫34的旋转，并因此减慢电动机轴26的转动。当不再检测到制动状态时，控制器终止制动电动机10的控制信号，并且电磁体62断电。然后，弹簧46反弹，使得制动垫34和风扇30沿电动机轴26远离第二或“制动”位置并朝向第一或“释放”位置轴向地滑动，以再次打开间隙G。
在一些实施例中，在第二或“制动”位置的制动垫34与制动构件66之间的接合导致电动机轴26完全停止相对于定子18的旋转。在相同或其他实施例中，在第二或“制动”位置的制动垫34与制动构件66之间的接合在预定时间段内发生，使得电动机轴26的旋转相对于定子18摩擦地减慢但没有完全停止。在这些实施例中，在电动机轴26相对于定子18完全停止旋转之前，制动垫34可以与制动构件66脱离接合并且朝向第一或“释放”位置移动。
在一个实施例中，制动机构14可被配置为在控制器检测到制动状态并发送制动电动机10的控制信号时开始，以90度或更少的旋转来停止转子22的旋转。在一个实施例中，制动机构14可以被配置为在控制器检测到制动状态并发送制动电动机10的控制信号时开始，在少于30毫秒内制动电动机10。在另一实施例中，制动机构14可以被配置为在控制器检测到制动状态并发送制动电动机10的控制信号时开始，在少于25毫秒内制动电动机10。在另一实施例中，制动机构14可以被配置为在控制器检测到制动状态并发送制动电动机10的控制信号时开始，在20毫秒至25毫秒之间内制动电动机10。
图4至图7示出了包括与上述制动机构14相似的制动机构114的电动机100的另一实施例，其中相似特征以附图标记加“100”表示。制动机构114可操作以与上述制动机构14相似的方式快速地减慢并停止电动机10的输出。代替大体平坦的第一制动表面74，制动机构114的制动垫134包括截头圆锥形的第一制动表面182。同样地，代替大体平坦的第二制动表面78，制动机构114的制动构件166包括截头圆锥形的第二制动表面186。
如图6所示，截头圆锥形的第一制动表面182相对于电动机轴线142限定第一锐角A1。为了说明的目的，在图6中已经示出了平行于电动机轴线142的参考轴线190，以示出第一角度A1。在一些实施例中，第一角度A1小于90度。在其他实施例中，第一角度A1在大约45度和大约15度之间。在一些实施例中，第一角度A1为大约30度。截头圆锥形的第二制动表面186同样相对于电动机轴线42限定第二锐角A2。在一些实施例中，第二角度A2大约等于第一角度A1，使得截头圆锥形的第一制动表面182和第二制动表面186在制动操作期间彼此摩擦地接合。
通过提供具有截头圆锥形的第一制动表面182和第二制动表面186的制动机构114，与具有大体平坦的第一制动表面74和第二制动表面78的制动机构14相比，图4至图7的制动机构114可以施加附加的制动扭矩。例如，当截头圆锥形的第一制动表面182和第二制动表面186的角度A1和A2为大约30度时，制动机构114可提供第二制动扭矩，其是具有大体平坦的制动表面74、78的制动机构14的第一制动扭矩的两倍。
继续参照图5至图7，在一些实施例中，除了截头圆锥形的第一制动表面182之外，制动垫134还可选地包括垂直的第一制动表面194，其相对于截头圆锥形的第一制动表面182径向向内定位。同样地，制动构件166还可包括垂直的第二制动表面198，其相对于截头圆锥形的第二制动表面186径向向内定位，并且对应于垂直的第一制动表面194。垂直的第一制动表面194和第二制动表面198中的每一个都大体垂直于电动机轴线42。在这些实施例中，当制动垫134在第二或“制动”的位置接合制动构件166时，截头圆锥形的第一制动表面182和第二制动表面186之间的接合，以及垂直的第一制动表面194和第二制动表面198之间的接合可以同时发生，如图7所示。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (14)

1.一种用于电动机的制动机构，所述制动机构包括：
电磁体，其被配置为响应于控制信号而选择性地通电；
第一制动构件，其联接成与所述电动机的电动机轴共同旋转，所述第一制动构件被配置为相对于所述电动机轴在第一位置和第二位置之间选择性地轴向地平移；
第二制动构件，其位于所述第一制动构件和所述电磁体之间，并相对于所述第一制动构件旋转地固定；以及
风扇，其联接成与所述第一制动构件共同旋转；所述风扇被配置为与所述第一制动构件一起并且相对于所述电动机轴选择性地轴向地平移；
其中，当所述电磁体通电时，所述电磁体使所述第一制动构件从所述第一位置平移到所述第二位置，在所述第二位置，所述第一制动构件接合所述第二制动构件以制动所述电动机；以及
其中，所述第一制动构件包括截头圆锥形的第一制动表面，并且其中，所述第二制动构件包括截头圆锥形的第二制动表面，当所述第一制动构件处于所述第二位置时，所述第二制动表面接合所述第一制动表面。
2.根据权利要求1所述的制动机构，其中，所述第一制动构件由铁磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的制动机构，还包括弹簧，其将所述第一制动构件朝向所述第一位置偏置。
4.根据权利要求1所述的制动机构，其中，所述截头圆锥形的第一制动表面相对于电动机轴线限定锐角，所述电动机轴线由所述电动机轴限定。
5.一种用于电动机的制动机构，所述制动机构包括：
第一制动构件，其联接成与所述电动机的电动机轴共同旋转，所述第一制动构件被配置为相对于所述电动机在第一位置和第二位置之间选择性地轴向地平移；
风扇，其联接成与所述第一制动构件共同旋转，所述风扇被配置为与所述第一制动构件一起并相对于所述电动机轴选择性地轴向地平移；以及
第二制动构件，其相对于所述第一制动构件并相对于所述风扇旋转地固定；
其中，在所述第一位置，所述第一制动构件不接合所述第二制动构件，并且在所述第二位置，所述第一制动构件接合所述第二制动构件以制动所述电动机；以及
其中，所述第一制动构件包括截头圆锥形的第一制动表面，并且其中，所述第二制动构件包括截头圆锥形的第二制动表面，当所述第一制动构件处于所述第二位置时，所述第二制动表面接合所述第一制动表面。
6.根据权利要求5所述的制动机构，其中，所述第一制动构件由铁磁材料制成。
7.根据权利要求5所述的制动机构，还包括弹簧，其将所述第一制动构件朝向所述第一位置偏置。
8.根据权利要求5所述的制动机构，还包括电磁体，其被配置为响应于控制信号而选
择性地通电。
9.根据权利要求7所述的制动机构，其中，所述截头圆锥形的第一制动表面相对于电动机轴线限定锐角，所述电动机轴线由所述电动机轴限定。
10.一种用于电动机的制动机构，所述制动机构包括：
第一制动构件，其联接成与所述电动机的电动机轴共同旋转，所述第一制动构件包括截头圆锥形的第一制动表面，所述截头圆锥形的第一制动表面相对于电动机轴线限定锐角，所述电动机轴线由所述电动机轴限定；以及
第二制动构件，其相对于所述第一制动构件旋转地固定，所述第二制动构件包括截头圆锥形的第二制动表面；
其中，所述截头圆锥形的第一制动表面选择性地接合所述截头圆锥形的第二制动表面以制动所述电动机；
其中，所述第一制动构件还包括垂直的第一制动表面，其从所述截头圆锥形的第一制动表面径向向内设置，并且垂直于所述电动机轴线定向，并且其中，所述第二制动构件还包括垂直的第二制动表面，其从所述截头圆锥形的第二制动表面径向向内设置，并垂直于所述电动机轴线定向；
其中，所述垂直的第一制动表面选择性地与所述垂直的第二制动表面接合，以制动所述电动机；以及
其中所述制动机构还包括风扇，其联接成与所述第一制动构件共同旋转；所述风扇被配置为与所述第一制动构件一起并且相对于所述电动机轴选择性地轴向地平移。
11.根据权利要求10所述的制动机构，其中，所述锐角在15度和45度之间。
12.根据权利要求11所述的制动机构，其中，所述锐角为30度。
13.根据权利要求10所述的制动机构，还包括电磁体，其被配置为响应于控制信号而选择性地通电。
14.根据权利要求10所述的制动机构，其中，所述第一制动构件由铁磁材料制成。
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