CN113685459B - 一种电机轴制动器及伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机轴制动器及伺服电机，以解决现有的电机制动器保持分离状态需要一直通电，浪费能源，造成电机编码器温度过高影响伺服系统精度的问题。本发明一种电机轴制动器，包括：外壳；制动机构，设置在所述外壳内，其包括在外壳的第一方向相对设置的两个制动部，两个制动部各自的一端与所述外壳弹性连接，其各自的另一端相对地形成用于对电机轴进行制动控制的制动面；电磁保持机构，设置在所述外壳内，其包括在外壳的第二方向两个相对设置的电磁保持部，每个所述电磁保持部均形成有两个作用臂。本发明电磁保持机构只有在通电时，制动机构对电机轴进行制动，节约能源，减少了电机产生的热量，避免伺服电机编码器过热影响伺服系统精度。

Description

一种电机轴制动器及伺服电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机轴制动器及伺服电机。

背景技术

随着社会的不断发展和进步，伺服电机在工业发展中的作用愈加明显。高速加工技术和以高速、高精度为基础的其他技术的发展，推动了伺服电机的快速发展，世界各国都将其作为发展工业技术的重要战略。伺服电机在数控机床、工业机器人、坐标测量机等自动化制造、装配及测量设备中，应用非常广泛，伺服电机是电气伺服系统中的重要执行机构。在当今快速发展的信息社会下，伺服电机将会朝着数位化、自动化路径发展，使其可以更加多方位地满足在工业发展中的需求。

制动器是伺服电机必不可少的部件，主要用作机械系统的零位锁紧，避免系统发生错误的游移、偏转，或紧急情况下的故障抱死，防止系统非正常操作等。

传统制动器的结构如图1所示，摩擦片4一侧安装有衔铁1，衔铁1通过压缩弹簧2进行制动，衔铁1通过定子部32通电吸合，使衔铁1与摩擦片4保持分离，在电机运行时，衔铁1需要定子部32一直保持通电状态才能保证电机的正常运行。这种制动器存在几种问题：安装工艺复杂，由于摩擦片与轮毂配合精度高，不便于装配，在组装的过程中需要制动器通电人工调整摩擦片与轮毂的配合关系，人工成本高，不利于大批量快速自动化生产。制动器在电机运行过程中线圈要一直通电使摩擦片处于分离状态，只有线圈断电才实现制动，这种结构存在浪费能源，制动器持续通电会产生较大热量，导致温升过高甚至会导致编码器局部温升过高，影响整个伺服系统精度。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种电机轴制动器及伺服电机，用以解决现有的电机制动器保持分离状态需要一直通电，浪费能源，造成电机编码器温度过高影响伺服系统精度的问题。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

本发明第一方面公开了一种电机轴制动器，包括：外壳；制动机构，设置在所述外壳内，其包括在电机轴的第一直径方向相对设置的两个制动部，两个制动部各自的一端通过第一弹性件与所述外壳弹性连接，其各自的另一端相对地形成用于对电机轴进行制动控制的制动面；电磁保持机构，设置在所述外壳内，其包括在电机轴的第二直径方向两个相对设置的电磁保持部，所述电磁保持部包括沿着第二直径方向由外向内依次设置的定子部、第二弹性件、作用部，其中所述第二弹性件连接在所述定子部与作用部之间，所述定子部上绕有线圈绕组，所述作用部形成有两个作用臂，两个作用臂与两个制动部一一对应；所述线圈绕组在通电时产生电磁力使所述作用臂与所述制动机构的制动部分离，两个制动部在所述第一弹性件的弹力作用下使其制动面相对的压紧在所述电机轴上以制动所述电机轴转动；当所述线圈绕组在断电时，所述作用部在所述第二弹性件的弹力作用下，所述作用部的两个作用臂分别作用在其对应侧的所述制动部上使两个所述制动面与所述电机轴分离。

进一步，每个所述制动部在所述电机轴的一侧固定安装有所述摩擦体，所述摩擦体朝向所述电机轴一侧设有与所述电机轴配合的所述制动面。

进一步，所述第一直径方向和所述第二直径方向互相垂直并相交在所述电机轴轴线上。

进一步，所述作用部为导磁体，所述导磁体形成有两个作用臂，所述定子部的线圈绕组通电产生电磁力吸引所述导磁体远离所述电机轴径向方向移动，使所述导磁体上的两个作用臂与所述制动机构的制动部分离。

进一步，所述导磁体上设有两个相对所述电机轴对称的凸起，每个所述凸起的凸伸方向朝向每个制动部设置，两个所述凸起形成所述作用臂。

进一步，每个所述制动部两侧设有与所述电机轴对称的斜面，每个斜面朝向与其靠近的所述作用臂设置，所述制动器定子未通电时，每个所述导磁体的两个所述作用臂压在两个所述制动部同侧的各自所述斜面上，使所述制动部产生作用力朝着远离所述电机轴的方向移动。

进一步，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为弹簧。

进一步，所述第一弹性件的数量为N，所述线圈绕组未通电每个所述导磁体的两个作用臂分别和两个所述制动部的所述斜面接触时，每个所述第一弹性件对每个所述导磁体的作用力为F，每个所述定子部产生的吸力F₀满足：F₀≥1.5N*F。

进一步，每个所述线圈绕组通电后，每个所述导磁体与所述制动部分离后移动的距离为X，所述摩擦体移动距离为Y，X和Y满足：

X>1.5Y* tanθ

其中，θ为每个制动部两个所述斜面夹角的1/2。

本发明第二方面公开了一种伺服电机，包括第一方面所述的一种电机轴制动器。

有益效果：本发明电磁保持机构只有在通电时，制动机构才对电机轴进行制动，不通电时，制动机构与电机轴处于分离状态，使电机正常运行过程中，制动器可以不通电，节约能源，同时减少了电机产生的热量，避免伺服电机编码器过热而影响伺服系统精度。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中电机制动器的轴测图；

图2示出了现有技术中电机制动器的剖视图；

图3示出了本发明实施例1中电机制动器的示意图；

图4示出了导磁体和制动部接触的局部放大视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“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。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

为进一步阐述本发明中的技术方案，现结合图1-图4，提供了如下具体实施例。

实施例1

在本实施例中提供了一种电机轴制动器，如图3所示，包括外壳10、制动机构和电磁保持机构；所述制动机构设置在所述外壳10内，其包括在电机轴40的第一直径方向相对设置的两个制动部21，两个制动部21各自的一端通过第一弹性件50与所述外壳10弹性连接，其各自的另一端相对地形成用于对电机轴40进行制动控制的制动面；所述电磁保持机构设置在所述外壳10内，其包括在电机轴40的第二直径方向两个相对设置的电磁保持部，所述电磁保持部包括沿着第二直径方向由外向内依次设置的定子部32、第二弹性件60、作用部31，其中所述第二弹性件60连接在所述定子部32与作用部31之间，所述定子部32上绕有线圈绕组，所述作用部31形成有两个作用臂311，两个作用臂311与两个制动部一一对应；所述线圈绕组在通电时产生电磁力使所述作用臂311与所述制动机构的制动部21分离，两个制动部21在所述第一弹性件50的弹力作用下使其制动面相对的压紧在所述电机轴40上以制动所述电机轴40转动；当所述线圈绕组在断电时，所述作用部31在所述第二弹性件60的弹力作用下，所述作用部31的两个作用臂311分别作用在其对应侧的所述制动部21上使两个所述制动面与所述电机轴40分离。

每个所述制动部21在所述电机轴40的一侧固定安装有所述摩擦体22，所述摩擦体22朝向所述电机轴40一侧设有与所述电机轴40配合的所述制动面。

所述摩擦体22上的制动面为与所述电机轴40外圆表面相贴合的圆弧面。

作为本实施例的优选实施方式，如图4所示，所述第一直径方向和所述第二直径方向互相垂直并相交在所述电机轴40轴线上，即每个制动部21与每个电磁保持部在壳体10内沿着所述电机轴40圆周方向间隔90°布置，并位于电机轴40横截面所在同一平面上。

所述作用部31为导磁体，所述导磁体可以为衔铁，也可以为其它的导磁材料，所述导磁体形成有两个作用臂311，所述定子部32的线圈绕组通电产生电磁力吸引所述导磁体远离所述电机轴40径向方向移动，使所述导磁体上的两个作用臂311与所述制动机构的制动部21分离，实现两个制动面与所述电机轴40贴合，以制动所述电机轴，同时也为了保证导磁体的两个作用臂311作用在两个所述制动部21上的力相等，使两个制动受力均匀。

本实施例中所述摩擦体22可以由酚醛树脂、金属纤维或玻璃纤维等材料制作而成，其中摩擦体22与电机轴40的接触面为圆弧面，方便与电机轴40贴合进行制动。

所述导磁体上设有两个相对所述电机轴40对称的凸起，每个所述凸起的凸伸方向朝向每个制动部21设置，两个所述凸起形成所述作用臂311。

进一步，每个所述制动部21两侧设有与所述电机轴40对称的斜面211，每个斜面211朝向与其靠近的所述作用臂311设置，所述制动器定子32未通电时，每个所述导磁体的两个所述作用臂311压在两个所述制动部21同侧的各自所述斜面211上，使所述制动部21产生作用力朝着远离所述电机轴40的方向移动。可选的，所述凸起与所述斜面211接触的表面可以为圆弧面，以实现作用臂311与所述斜面211的光滑接触，也可以在所述凸起的端部安装滚轮，使滚轮与所述斜面211接触进行配合。

本实施例中所述第一弹性件50和所述第二弹性件60均为弹簧。所述弹簧可以为压缩弹簧。

进一步，所述第一弹性件50的数量为N，N可以为大于等于1的整数，所述线圈绕组未通电每个所述导磁体的两个作用臂311分别和两个所述制动部21的所述斜面211接触时，每个所述第一弹性件50对每个所述导磁体的作用力为F，每个所述定子部32产生的吸力F₀满足：F₀≥1.5N*F。

所述第一弹性件50的数量为N，N可以为大于等于1的整数，所述制动器定子32未通电每个所述导磁体的两个作用臂311分别和两个所述制动部21的所述斜面211接触时，每个所述制动弹簧对每个所述制动器定子32的作用力为F，每个所述制动器定子32产生的吸力F0满足：F0≥1.5N*F。

为保证定子部32通电后导磁体能与所述制动部21脱离实现可靠的制动刹车，每个所述线圈绕组通电后，每个所述导磁体与所述制动部21分离后移动的距离为X，所述摩擦体22移动距离为Y，X和Y满足：

X>1.5Y* tanθ

其中，θ为每个制动部两个所述斜面夹角的1/2。

所述保持弹簧的数量为n，所述定子部32未通电每个所述导磁体的两个作用臂311分别和一对所述导磁体的所述斜面211接触时，保持弹簧的弹力为f，所述斜面的倾斜角度为θ，则在所述定子部32未通电每个所述导磁体的两个作用臂311分别和一对所述导磁体的所述斜面211接触时，应满足：n·f = NF · tanθ，其中，N为所述制动弹簧的数量，F为每个所述制动弹簧对每个制动部21的作用力。

本实施例中优选的，所述保持弹簧和所述制动弹簧均为压缩弹簧。

如图1和图2所示，为现有技术中电机制动机的示意图，摩擦片4的内孔设置有多个齿与轮毂5进行配合，摩擦片4一侧安装有衔铁1，衔铁1通过压缩弹簧2进行制动，衔铁1通过定子6通电吸合，使衔铁1与摩擦片4保持分离，在装配组装生产中，需要先将定子6固定，轮毂5安装到电机轴上，在将摩擦片4套设在轮毂5上相互啮合，电机轴稍微倾斜会导致轮毂5和摩擦片4干涉，需要对定子6进行通电，通过人工调整摩擦片4和轮毂5的位置关系，装配效率低，不适合大批量的生产。

本发明通过一对导磁体和一对制动部21，利用定子部32产生电磁力实现电机轴的制动，导磁体和制动部21之间并不需要精确的配合，生产组装简单可靠，装配效率高，便于大批量生产。并且需要刹车制动时，定子部32才进行通电进行制动，节省能源，避免发热量大而影响伺服电机上的伺服编码器的精度。

工作原理：

当电机需要刹车制动时，两个定子部32上的线圈绕组通电产生电磁力吸引两个导磁体朝着远离电机轴40的径向方向运动，使两个导磁体均与制动部21分离，每个制动部21在制动弹簧的弹力作用下，沿着向电机轴40径向向电机轴40方向运动，两个摩擦体22与电机轴40贴合，两个摩擦体22在制动弹簧的弹力作用下与电机轴40产生摩擦对电机轴40制动。当电机不需要刹车正常工作时，两个定子部32上的线圈绕组处于断电状态，每个导磁体在保持弹簧的弹力作用下，其上的两个作用臂311压在制动部21的两个斜面211上，产生沿着所述第一直径方向和第二直径方向的分力，第二直径方向的分力为两个，在同一个制动部21上方向相反相互抵消，第一直径方向的分力为两个，方向相同相互叠加使所述制动部21远离电机轴40的径向方向移动。

实施例2

本实施例提供了一种伺服电机，包括实施例1中所述的一种电机轴制动器。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种电机轴制动器，其特征在于，包括：

外壳；

制动机构，设置在所述外壳内，其包括在电机轴的第一直径方向相对设置的两个制动部，两个制动部各自的一端通过第一弹性件与所述外壳弹性连接，其各自的另一端相对地形成用于对电机轴进行制动控制的制动面；

电磁保持机构，设置在所述外壳内，其包括在电机轴的第二直径方向两个相对设置的电磁保持部，所述电磁保持部包括沿着第二直径方向由外向内依次设置的定子部、第二弹性件、作用部，其中所述第二弹性件连接在所述定子部与作用部之间，所述定子部上绕有线圈绕组，所述作用部形成有两个作用臂，两个作用臂与两个制动部一一对应；所述线圈绕组在通电时产生电磁力使所述作用臂与所述制动机构的制动部分离，两个制动部在所述第一弹性件的弹力作用下使其制动面相对的压紧在所述电机轴上以制动所述电机轴转动；当所述线圈绕组在断电时，所述作用部在所述第二弹性件的弹力作用下，所述作用部的两个作用臂分别作用在其对应侧的所述制动部上使两个所述制动面与所述电机轴分离。

2.如权利要求1所述的一种电机轴制动器，其特征在于，每个所述制动部在所述电机轴的一侧固定安装有摩擦体，所述摩擦体朝向所述电机轴一侧设有与所述电机轴配合的所述制动面。

3.如权利要求2所述的一种电机轴制动器，其特征在于，所述第一直径方向和所述第二直径方向互相垂直并相交在所述电机轴轴线上。

4.如权利要求3所述的一种电机轴制动器，其特征在于，所述作用部为导磁体，所述导磁体形成有两个作用臂，所述定子部的线圈绕组通电产生电磁力吸引所述导磁体远离所述电机轴径向方向移动，使所述导磁体上的两个作用臂与所述制动机构的制动部分离。

5.如权利要求4所述的一种电机轴制动器，其特征在于，所述导磁体上设有两个相对所述电机轴对称的凸起，每个所述凸起的凸伸方向朝向每个制动部设置，两个所述凸起形成所述作用臂。

6.如权利要求5所述的一种电机轴制动器，其特征在于，每个所述制动部两侧设有与所述电机轴对称的斜面，每个斜面朝向与其靠近的所述作用臂设置，所述制动器定子未通电时，每个所述导磁体的两个所述作用臂压在两个所述制动部同侧的各自所述斜面上，使所述制动部产生作用力朝着远离所述电机轴的方向移动。

7.如权利要求6所述的一种电机轴制动器，其特征在于，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为弹簧。

8.如权利要求7所述的一种电机轴制动器，其特征在于，所述第一弹性件的数量为N，所述线圈绕组未通电每个所述导磁体的两个作用臂分别和两个所述制动部的所述斜面接触时，每个所述第一弹性件对每个所述导磁体的作用力为F，每个所述定子部产生的吸力F₀满足：F₀≥1.5N*F。

9.如权利要求8所述的一种电机轴制动器，其特征在于，每个所述线圈绕组通电后，每个所述导磁体与所述制动部分离后移动的距离为X，所述摩擦体移动距离为Y，X和Y满足：

X>1.5Y* tanθ

其中，θ为每个制动部两个所述斜面夹角的1/2。

10.一种伺服电机，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的一种电机轴制动器。

Images