CN113446330A - 制动器和电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种制动器和电机。该制动器包括沿轴向依次设置的定子铁芯(1)、衔铁(2)、摩擦片(3)和限位板(4)，限位板(4)和定子铁芯(1)之间固定连接，限位板(4)和定子铁芯(1)之间设置有导向柱(5)，衔铁(2)能够被导向柱(5)限位，并沿导向柱(5)滑动，衔铁(2)为分块式结构，相邻的分块之间能够发生轴向方向上的相对位移。根据本申请的制动器，能够增加摩擦接触面积，避免制动器静态扭矩减小。

Description

制动器和电机

技术领域

本申请涉及电机设备技术领域，具体涉及一种制动器和电机。

背景技术

电磁制动器是一个重要的基础件，它集机械、电气于一体，其主要用于旋转机构(如电机装置等)的精确控制与制动。

制动器断电状态下衔铁受弹簧力轴向作用，连同固定的限位板夹持摩擦片，使其轴向受力，此时衔铁与定子间存在一微小间隙，当轮毂连接的轴有旋转意向时，摩擦片与衔铁及限位板间有阻碍旋转的摩擦力，即为制动器制动力(静态扭矩)，该摩擦力亦可用于旋转时的紧急减速制动；相应的，制动器通电时依靠放置于定子铁芯凹槽中的线圈通电产生磁场，从而吸引衔铁(电磁力)克服弹簧力产生轴向位移，间隙转移至衔铁与限位板之间，摩擦片被释放，与其连接的轴得以旋转运动。

传统制动器机械运动及间隙相关部分包括定子铁芯、衔铁、摩擦片、柱套、限位板、螺钉。限位板由螺钉穿过柱套固定在定子铁芯上；衔铁、摩擦片平放于限位板与定子铁芯之间，衔铁上有凹槽供柱套穿过，柱套对衔铁起运动导向作用，其中摩擦片又在限位板与衔铁之间。综上，间隙＝限位板近摩擦片端面到定子铁芯近衔铁端面的距离-衔铁厚度-摩擦片厚度。在制动器正常运作情况下，受各零件本身的精度影响，以及衔铁在通断电时的运动冲击以及紧急制动时摩擦片被夹持住与衔铁、限位板的剧烈摩擦都会导致各零件的磨损、形变，进而平面精度劣化，制动器实际间隙往往不均匀。

传统技术方案衔铁为整体式，当衔铁、摩擦片及限位板的平面度、平行度较差且磨损不均时，衔铁与摩擦片的接触面积会受影响，导致制动器静态扭矩减小。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种制动器和电机，能够增加摩擦接触面积，避免制动器静态扭矩减小。

为了解决上述问题，本申请提供一种制动器，包括沿轴向依次设置的定子铁芯、衔铁、摩擦片和限位板，限位板和定子铁芯之间固定连接，限位板和定子铁芯之间设置有导向柱，衔铁能够被导向柱限位，并沿导向柱滑动，衔铁为分块式结构，相邻的分块之间能够发生轴向方向上的相对位移。

优选地，相邻的分块之间通过连接件连接。

优选地，连接件对相邻的分块施加相互拉紧的拉紧力。

优选地，相邻分块在连接位置处设置有连接凹槽，连接件的一端连接在一个分块的连接凹槽内，另一端连接在另外一个分块的连接凹槽内，连接件位于连接凹槽的出口内侧。

优选地，连接凹槽的开口朝向定子铁芯。

优选地，连接件为弹性件或刚性件。

优选地，相邻的分块之间在配合面处贴合；或，相邻的分块之间具有预设间隙。

优选地，衔铁沿周向被分为多个分块。

优选地，各分块的结构相同。

优选地，定子铁芯与衔铁之间设置有制动弹簧。

优选地，制动弹簧分别设置在定子铁芯的内圈和外圈。

优选地，位于内圈的制动弹簧的总的弹簧力大于位于外圈的制动弹簧的总的弹簧力。

优选地，位于内圈的制动弹簧的弹簧力为F1，分布半径为R1，位于外圈的制动弹簧的弹簧力为F2，分布半径为R2，F1*R1＝F2*R2。

优选地，制动弹簧与相邻分块的分界位置错开。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括制动器，该制动器为上述的制动器。

本申请提供的制动器，包括沿轴向依次设置的定子铁芯、衔铁、摩擦片和限位板，限位板和定子铁芯之间固定连接，限位板和定子铁芯之间设置有导向柱，衔铁能够被导向柱限位，并沿导向柱滑动，衔铁为分块式结构，相邻的分块之间能够发生轴向方向上的相对位移。本申请的制动器，衔铁采用分块式结构，使得衔铁能够变为多个较小的单元，不同单元能够独立错位分布，在工作过程中可以实现不同步运动，从而能够保证衔铁与摩擦片之间充分接触，增大衔铁与摩擦片之间的摩擦接触面积，避免制动器静态扭矩减小，减小衔铁、摩擦片形位公差及磨损不均带来的接触不良影响。

附图说明

图1为本申请一个实施例的制动器的剖视结构示意图；

图2为本申请一个实施例的制动器的衔铁的分解结构图；

图3为本申请一个实施例的制动器的衔铁分块的立体结构图；

图4为本申请一个实施例的制动器的衔铁分块的装配结构示意图；

图5为图4的A处的放大结构示意图。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；2、衔铁；3、摩擦片；4、限位板；5、导向柱；6、连接件；7、连接凹槽；8、制动弹簧；9、导向槽；10、轮毂。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，制动器包括沿轴向依次设置的定子铁芯1、衔铁2、摩擦片3和限位板4，限位板4和定子铁芯1之间固定连接，限位板4和定子铁芯1之间设置有导向柱5，衔铁2能够被导向柱5限位，并沿导向柱5滑动，衔铁2为分块式结构，相邻的分块之间能够发生轴向方向上的相对位移。制动器还包括轮毂10，轮毂10与转轴之间形成周向传动，摩擦片3与轮毂10配合，通过锁紧轮毂10或者对轮毂10进行解锁，实现电机制动或者解除制动。

本申请的制动器，衔铁2采用分块式结构，使得衔铁2能够变为多个较小的单元，不同单元能够独立错位分布，在工作过程中可以实现不同步运动，从而能够保证衔铁2与摩擦片3之间充分接触，增大衔铁2与摩擦片3之间的摩擦接触面积，避免制动器静态扭矩减小，降低衔铁、摩擦片形位公差及磨损不均带来的接触不良影响。

在一个实施例中，相邻的分块之间通过连接件6连接，从而使得多个衔铁分块形成连接关系，能够利用衔铁分块之间的联动关系，在衔铁2与定子铁芯1之间的间隙不均的情况下，使得间隙更小的衔铁分块在通电优先吸合动作后，能够通过连接件6带动另外的衔铁分块动作，加快响应速度，乃至避免间隙过大而无法吸合的情况。在制动器实际间隙不均匀的情况下，衔铁2分割后，制动器断电时衔铁分块会各自与摩擦片3接触，相比整体式衔铁在一定程度上可以增加摩擦面积，维持更高的静态扭矩。

制动器线圈通电后在定子、衔铁、间隙之间形成磁回路，衔铁2受到的吸力主要来自定子内、外圈与衔铁2之间的间隙，对整体式结构来说，间隙小的部分衔铁也会快速吸合，不会受间隙大的部分衔铁影响；但间隙大的部分衔铁同样也可能不受间隙小的部分衔铁的影响，只有再经过一定响应时间后，电流克服线圈感抗达到更大数值才能有更大的吸力使间隙大的部分衔铁动作，只有衔铁被完全吸合，使摩擦片被释放，才算完成吸合响应动作。

制动器线圈通电后由于电磁效应会存在一个电流上升过程，其对衔铁2的电磁吸力逐渐增大，直至克服弹簧的弹力衔铁2才动作，这个过程就是吸合响应时间；衔铁2与定子铁芯1之间的间隙存在空气磁阻，与间隙大小成正比例关系，对电磁吸力有负面影响，进而影响吸合响应时间。整体式衔铁2在间隙不均匀的情况下易发生二次吸合现象，即间隙小的一边先吸合，间隙大的后吸合，且可能存在一边吸合后另一边翘起，间隙进一步增大的情况，甚至在间隙过大时无法吸合。

而在本申请中，分割后的衔铁分块在间隙不均匀的情况下，能通过分块之间的连接件6使间隙大的分块被间隙小的分块带动，进而加快响应速度；且衔铁分块之间独立，不会互相影响间隙；即使在部分区域可能因间隙过大而无法吸合，或高温时电阻增大、电磁力降低而无法在原不均匀间隙基础上完全吸合的情况下，衔铁分块也能由间隙较小的部分吸合后带动无法吸合的部分动作，完成摩擦片3的释放，从而提高制动器工作时的可靠性。

在一个实施例中，衔铁2沿周向被分为多个分块，每个衔铁2均为扇形结构，如此所形成的衔铁分块，沿周向被均匀切割，沿径向的受力基本相同，因此基本能够维持不同衔铁分块的受力结构相同，更加方便进行各个衔铁分块的状态调节。

在一个实施例中，连接件6对相邻的分块施加相互拉紧的拉紧力，从而能够使得相邻的衔铁分块之间能够在连接件6的连接作用下拉紧在一起，使得所有的衔铁分块能够最终组合在一起，形成环形的衔铁结构，具有更加良好的磁路结构，同时也能够利用连接件6的拉紧力提高衔铁分块的响应速度。

连接件6为弹性件或刚性件。当连接件6为弹性件时，连接件6例如为焊接弹簧。

在一个实施例中，相邻分块在连接位置处设置有连接凹槽7，连接件6的一端连接在一个分块的连接凹槽7内，另一端连接在另外一个分块的连接凹槽7内，连接件6位于连接凹槽7的出口内侧。优选地，连接凹槽7的开口朝向定子铁芯1。

在本实施例中，在各衔铁分块的分割面设置矩形连接凹槽7，应注意保留衔铁分块与摩擦片3接触面的完整，连接凹槽7不应破坏该接触面，避免减小摩擦面积，因此，将连接凹槽7的开口朝向定子铁芯1，可以使得连接凹槽7在朝向摩擦片3的一侧不开口，保持完整的摩擦片，增大衔铁分块与摩擦片3之间的摩擦接触面积。连接凹槽7体积应尽可能小，减弱对磁路的影响。两衔铁分块拼接时两连接凹槽7合并为一个凹槽，在合并凹槽中放置焊接弹簧，其两端分别焊接在两连接凹槽7内与衔铁分块分割面平行的面上，焊接弹簧应有收缩趋势，对两衔铁分块有拉紧的弹力，焊接弹簧不应凸出衔铁2平面，防止干涉衔铁2吸合至定子铁芯1。在制动器实际运作时，间隙不均匀的情况下，通电后，间隙小的衔铁分块会率先被吸合，进而通过焊接弹簧带动其余衔铁分块动作，完成全部吸合，摩擦片3被释放。

连接件6也可以为拉伸弹簧或者波浪形片簧。当采用波浪形片簧时，需要将波浪形片簧的两端分别焊接至两个连接凹槽7的上下表面，上下表面为与切割面垂直且与摩擦面平行的凹槽壁面，从而给两个衔铁分块施加轴向的拉紧力，此时两个衔铁分块上的连接凹槽7类似齿合结构。

连接件6也可以采用刚性轴，当在连接凹槽7内设置刚性轴时，两个衔接分块之间有微小间隙，供分块间错位分布，减弱衔铁2与摩擦片3的接触不良影响，在通电吸合时，工作间隙相比其他分块小的衔铁分块优先动作(工作间隙一般远大于分块间的允许错位间隙，也即凹槽与刚性轴的间隙)，动作过程中，刚性轴偏斜，在动作分块与未动作分块间锁死，将动作分块的动作趋势传递至未动作分块，使得衔铁分块的联动效应。

在一个实施例中，相邻的分块之间在配合面处贴合。

在一个实施例中，相邻的分块之间具有预设间隙。

在一个实施例中，各分块的结构相同。为了避免发生安装错误，提高安装效率，可以在两个相邻的衔铁分块的相接位置处设置防呆结构，防呆结构例如为设置在外周壁上的矩形槽等。

在一个实施例中，一个环形的衔铁2沿周向被均匀分割为三件衔铁分块，每件衔铁分块均带有导向槽9，该导向槽9用来放置导向柱5，导向柱5在衔铁分块受力动作时起导向作用。在本实施例中，导向柱5包括柱套和连接螺钉，其中柱套的一端抵接在定子铁芯1上，柱套的另一端抵接在限位板4上，连接螺钉穿设在柱套内，并将定子铁芯1和限位板4固定连接在一起。

在一个实施例中，定子铁芯1与衔铁2之间设置有制动弹簧8。制动弹簧8与相邻分块的分界位置错开。从而使得衔铁2的分割处避开定子铁芯1上对应的制动弹簧8的位置，保证每件衔铁分块对应相同的弹簧数量，而不会在各衔铁分块错位时导致受力不均，从而引起摩擦不均。

在一个实施例中，制动弹簧8分别设置在定子铁芯1的内圈和外圈。传统制动器常把制动弹簧8安装在定子铁芯1外圈，相比安装在内圈的分布半径更大，在相同弹簧力的情况下可以提供更大的扭矩；但衔铁使用分块结构时，不像整体式衔铁的对应弹簧周向分布均匀，若分块对应的弹簧仅在外圈一侧，会导致分块受力不均而有偏斜倾向，不利于摩擦接触，因此本申请实施例在定子铁芯1的内圈也放置弹簧来平衡分块受力。当省去部分外圈弹簧而在内圈增设弹簧时，在保持原静态扭矩方案的情况下匹配内外圈弹簧数量及弹力大小，使内圈弹簧力大于外圈弹簧力，且成一定比例关系，可以使摩擦片在紧急制动磨损时针对内外侧线速度不同避免在受均匀弹簧力时的磨损不均问题。

在一个实施例中，位于内圈的制动弹簧8的总的弹簧力大于位于外圈的制动弹簧8的总的弹簧力。

在一个实施例中，位于内圈的制动弹簧8的弹簧力为F1，分布半径为R1，位于外圈的制动弹簧8的弹簧力为F2，分布半径为R2，F1*R1＝F2*R2。

摩擦片3在紧急制动时存在磨损(摩擦片3与衔铁2、限位板4动摩擦)，而摩擦片内外侧线速度不同，整体式衔铁受周向均匀分布的弹簧力(也即摩擦片3受力)；将摩擦片3视为许多摩擦单元组成，其磨损量正比于磨损速度(线速度，也即相同时间内走过的路程)和摩擦力(所受压力与摩擦系数的乘积)；故增设内圈弹簧，在摩擦片内外侧线速度不同的情况下，使其受到不对称的内外弹簧力，进而使摩擦片内外侧磨损量相近，磨损均匀。

内外圈弹簧位置最好应满足合力点在分块的径向中线(该线从分块圆心起，将占据一定圆角度的分块均分为两块)上，二者弹力关系与内外圈弹簧分布半径相关(设内圈弹簧力F1，分布半径R1，外圈F2、R2)，已知摩擦片上单元线速度V与半径成正比，满足F1*R1＝F2*R2，则F1*V1＝F2*V2，实现内外磨损量理论上一致。

根据本申请的实施例，电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种制动器，其特征在于，包括沿轴向依次设置的定子铁芯(1)、衔铁(2)、摩擦片(3)和限位板(4)，所述限位板(4)和所述定子铁芯(1)之间固定连接，所述限位板(4)和所述定子铁芯(1)之间设置有导向柱(5)，所述衔铁(2)能够被所述导向柱(5)限位，并沿所述导向柱(5)滑动，所述衔铁(2)为分块式结构，相邻的分块之间能够发生轴向方向上的相对位移。

2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，相邻的所述分块之间通过连接件(6)连接。

3.根据权利要求2所述的制动器，其特征在于，所述连接件(6)对相邻的所述分块施加相互拉紧的拉紧力。

4.根据权利要求3所述的制动器，其特征在于，相邻所述分块在连接位置处设置有连接凹槽(7)，所述连接件(6)的一端连接在一个所述分块的所述连接凹槽(7)内，另一端连接在另外一个所述分块的所述连接凹槽(7)内，所述连接件(6)位于所述连接凹槽(7)的出口内侧。

5.根据权利要求4所述的制动器，其特征在于，所述连接凹槽(7)的开口朝向所述定子铁芯(1)。

6.根据权利要求4所述的制动器，其特征在于，所述连接件(6)为弹性件或刚性件。

7.根据权利要求2所述的制动器，其特征在于，相邻的所述分块之间在配合面处贴合；或，相邻的所述分块之间具有预设间隙。

8.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述衔铁(2)沿周向被分为多个分块。

9.根据权利要求8所述的制动器，其特征在于，各所述分块的结构相同。

10.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述定子铁芯(1)与所述衔铁(2)之间设置有制动弹簧(8)。

11.根据权利要求10所述的制动器，其特征在于，所述制动弹簧(8)分别设置在所述定子铁芯(1)的内圈和外圈。

12.根据权利要求11所述的制动器，其特征在于，位于内圈的所述制动弹簧(8)的总的弹簧力大于位于外圈的所述制动弹簧(8)的总的弹簧力。

13.根据权利要求11所述的制动器，其特征在于，位于内圈的所述制动弹簧(8)的弹簧力为F1，分布半径为R1，位于外圈的所述制动弹簧(8)的弹簧力为F2，分布半径为R2，F1*R1＝F2*R2。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的制动器，其特征在于，所述制动弹簧(8)与相邻所述分块的分界位置错开。

15.一种电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至14中任一项所述的电机转子。

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