CN113812072A

CN113812072A - 电动机

Info

Publication number: CN113812072A
Application number: CN202080026262.9A
Authority: CN
Inventors: S·R·瓦尔; T·J·安德森; K·B·亨克; J·L·多布迈尔; J·P·布隆伯格; J·O·贝尔斯
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-12-17
Also published as: KR20210137164A; CA3134176A1; EP3956969B1; JP2022527284A; WO2020214884A1; US20220069668A1; KR102600922B1; JP7410172B2; EP3956969A1

Abstract

示例电动机包括壳体、相对于壳体固定的定子、转子、制动器组件、第一轴承和第二轴承。转子具有毂部、筒形部和盘部。转子的毂部具有第一端、第二端和穿过毂部的通孔。制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体。第一轴承安装在转子的毂部的第一端与转子的盘部之间。第二轴承安装在转子的毂部的第二端与转子的盘部之间。

Description

电动机

相关申请的引用

本申请要求于2019年4月18日提交的美国专利申请号62/835,686和于2019年11月15日提交的美国专利申请号62/935,879的优先权，所述美国专利申请每件的全部内容由此以引用的方式并入。

技术领域

本公开总体涉及电动机，且更具体地涉及具有集成的制动器的无刷电动机。

背景技术

许多采用电动机的应用还用到制动器。因此，存在许多将这项种技术进行组合的发明。电动机的设计人员在设计电动机时考虑到封装尺寸限制、转矩要求、保持及减慢/止动要求以及其它要求。

发明内容

在一个示例中，描述了一种电动机。该电动机包括壳体、相对于壳体固定的定子、转子、制动器组件、第一轴承和第二轴承。转子具有毂部、筒形部和盘部。转子的毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔。制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体。第一轴承安装在转子的毂部的第一端与转子的盘部之间。第二轴承安装在转子的毂部的第二端与转子的盘部之间。

在另一示例中，描述了一种电动机。所述电动机包括壳体、相对于壳体固定的定子、转子、制动器组件、第一轴承和第二轴承。转子具有毂部、筒形部和盘部。转子的毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔。制动器组件相对于壳体固定并具有筒形部。此外，制动器组件配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体。第一轴承安装在转子的毂部的第二端与转子的盘部之间。第二轴承安装在转子的毂部的第二端与转子的盘部之间。第一轴承和第二轴承各自具有比制动器组件的筒形部的内径大的外径。而且，第一轴承和第二轴承各自具有比制动器组件的筒形部的内径小的内径。

在另一示例中，描述了一种电动机。所述电动机包括壳体、相对于壳体固定的定子、转子和制动器组件。转子具有毂部、筒形部和盘部。转子的毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔。制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体。此外，制动器组件包括制动器壳体。制动器壳体具有基部、从基部轴向延伸的第一筒形部和从基部轴向延伸的第二筒形部。制动器壳体的第二筒形部在制动器壳体的第一筒形部内同心定位。第一筒形部的轴向端与第二筒形部的轴向端轴向偏移并且平行。

已论述的特征、功能和优点在各种示例中可独立实现或者在仍其它的示例中可组合，这些示例的进一步的细节参考以下的描述以及附图可见。

附图说明

被认为表征说明性示例的新颖特征在附随的权利要求书中加以阐述。然而，当结合附图来阅读时，通过参考随后对本公开的说明性示例的详细描述，将最佳地理解说明性示例及其优选的使用模式、另外的靶标及描述，其中：

图1是根据示例实施例的电动机的前视立体图。

图2是图1的电动机的后视立体图。

图3是图1的电动机的前视立面图。

图4是图1的电动机的后视立面图。

图5是图1的电动机的分解图。

图6是沿着线条A-A所示的、图4的电动机的截面图。

图7是根据示例实施例的定子的立面图。

图8是沿着线条B-B所示的、图7的定子的截面图。

图9是图7的定子的局部视图。

图10是根据示例实施例的转子的截面图。

图11是图10的转子的立面图。

图12是图10的转子的局部视图。

图13是沿着线条A-A所示的、图4的电动机的局部截面图。

图14是图13的一部分的详细视图。

图15是根据示例实施例的制动器组件的立体图。

图16是图15的制动器组件的立面图。

图17是沿着线条A-A所示的、图4的电动机的局部截面图。

图18是图4的电动机的剖视立面图。

图19是根据示例实施例的机器人的立体图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述公开的示例，在附图中示出了一些但不是全部的公开示例。实际上，若干个不同的示例会被提供且不应解释为限于本文中阐述的示例。更确切地，这些示例被提供以便本公开将是彻底且完整的并且将充分地向本领域技术人员传达本公开的范围。

在使用电动机来驱动轴且还包括制动器组件的传统系统中，电动机在第一位置处联接到驱动轴，并且处在电动机外部的制动器组件在第二位置处联接到驱动轴。在某些实例中，会期望将电动机与集成的制动器一起设置在公共的壳体内。

相应地，本文中描述了具有集成的制动器的电动机。示例电动机包括壳体、定子、转子和制动器组件。转子具有毂部、筒形部和盘部。转子的毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔。制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体。

有利地，制动器组件与定子和转子一起设置在电动机的壳体内。例如，制动器组件可包括制动板和装配在转子的筒形部内的其它部件。以这种方式将制动器集成到电动机的壳体中可消除将分离的制动器联接到被电动机驱动的轴的需要。

电动机的各种特征在下文中参考附图。

现在参考图1-6，提供电动机10，该电动机具有壳体20、定子30、转子40、制动器组件50、轴承盖60、反馈系统70、第一轴承82和第二轴承84。壳体20包括大体筒形部22、封闭的第一端24和敞开的第二端26。筒形部22包括突出的肋22a和沟槽22b，它们允许在电动机组装期间将壳体20固定在固定设施内。壳体20还包括应变消除塞28。

定子30固定地附接到筒形部22的内部。转子40在定子30内同心地定位并与之以一间隙隔开。转子40包括毂部42、盘部44和筒形部46。毂部42具有第一端42a、第二端42b和穿过所述毂部的通孔42c。通孔42c可用于支撑轴、例如机器人的轮轴。筒形部46可由磁性材料制成并包括围绕其周向安装的多个磁体48。盘部44在毂部42与筒形部46之间径向延伸。毂部42和盘部44可由非磁性材料制成。

制动器组件50固定地附接到壳体20的敞开的第二端26并包括基部51、制动器壳体52、制动板53和电磁制动释放装置54。基部51与壳体20组合来容纳电动机10。制动器壳体52在转子40的筒形部46内同心定位并与之以一间隙隔开。制动器壳体52包括第一筒形部55和第二筒形部56。第一筒形部55从基部51轴向地延伸至轴向端55a。第二筒形部56从基部51轴向地延伸至轴向端56a。第二筒形部56在第一筒形部55内同心定位并与之以槽57隔开。基部51和制动器壳体52被示出为组合部件。在其它示例中，基部51和制动器壳体52也可以是能够固定地附接到彼此的分离部件。

轴承盖60借助紧固件62附接到制动器组件50的基部51。轴承盖60的使用允许从电动机10的外侧安设第二轴承84。

反馈系统70包括靶标72和读取头(reader head)74。在一个示例中，靶标72可以是附接到转子40的编码盘(encoder disc)。编码盘可具有这样的图案，即所述图案能够被读取头74读取并被使用来确定靶标72的角位置及因此转子40所联接到的轴的角位置。

如图7-9中所示，定子30可包括具有槽32的叠片(lamination stack)31，槽32设计为保持定子线33。定子线33可通过电机控制器通电。叠片31可包括一叠钢板。钢板可涂覆有绝缘体，所述绝缘体用于防止施加到定子线33的电压与该叠层压钢板短路。

此外，定子30包括缺口34，缺口34可用于使定子30与壳体20对正。例如，紧定螺钉90可穿过壳体20的筒形部22定位并接合缺口34中的一个。

如图10中所示，反馈系统70的靶标72可通过多个紧固件76安装到转子的盘部44。此外，如图11中所示，多个紧固件76可布置成不对称图案，使得靶标72仅可以以相对于转子的多个磁体48的一个取向安设。该特征可确保借助电机控制器(未示出)的电动机10的正确换向，并可用在使转子40的贯通轴键槽47与靶标72上设置的绝对位置信息对正中。

如图11中另外示出的，转子40的筒形部46包括安装孔45，安装孔45可与筒形部46的北极磁体对正。该特征可保证转子40的盘部44在通过电机控制器通电时沿正确方向转动。

在一些示例中，转子40的盘部44的配置为由制动器组件50的制动衬片接合的表面部分可包括表面精整部，所述表面精整部提高所述表面部分的静摩擦系数。这可允许电动机10承受不使转子40移动的更大的力，并最大化制动器组件50的止动能力。

以示例的方式，图12图示出盘部44的表面部分包括表面精整部49。表面精整部49示出为切入盘部44的表面中的滚花图案。所述滚花图案包括切入盘部44的表面中的交叠的曲线。在示例实施方式中，曲线可具有千分之几英寸的深度、例如在千分之一英寸与千分之五英寸之间的深度。此外，每条曲线可以是圆的一段弧，比如具有一英寸与两英寸之间的半径的圆的一段弧。如果与具有一定柔顺性的制动垫块材料一起使用，则滚花图案的边缘会具有稍微更高的抓紧力。有利的是，图12中所示的滚花图案易于制造(例如，利用端铣刀)并提供额外的制动摩擦。表面精整部49也可采用其它形式。

如在图6中且在图13和图14中更清楚地示出的，制动板53定位在第一筒形部55的轴向端55a与第二筒形部56的轴向端56a的至少一部分上并所述轴向端的至少一部分。制动板53包括制动衬片部58，在第一操作条件下，制动衬片部58通过弹簧59偏压抵靠转子40的盘部44以防止转子40旋转。弹簧59可容纳在第一筒形部55中的凹部55b和/或第二筒形部56中的凹部56b中。凹部55b和凹部56b在图15中示出。

此外，在第二操作条件下，作为电磁线圈在图6、图13和图14中示出的电磁制动释放装置54可使制动板53缩回使得制动衬片部58与转子40的盘部44之间存有间隙，由此允许转子40旋转。例如，电机控制器可发送电流到电磁制动释放装置54，其促使制动板53缩回。销91可与制动板43以及第二筒形部56中的凹部56b一起用于防止制动板53相对于制动器壳体52旋转。凹部56b在图15中示出。

如图14中另外示出的，在一些示例中，第一筒形部55的轴向端55a与第二筒形部56的轴向端56a轴向地偏移使得轴向端55a、56a相互平行但不共面。利用该配置构造，制动板53仅平靠在轴向端55a、56a中的一者上。如图14中所示，制动板53仅靠在轴向端56a上，这有助于稳定。在其它示例中，制动板53可仅靠在轴向端56a上。

不共面的轴向端55a、56a允许制动板53在可调节的电流水平条件下释放。将制动板53保持在制动脱合位置所需的电流与偏移(量)成正比。当轴向端55a、56a的两个平面分开较大距离时，将制动板53保持在制动脱合位置所需的电流将比在两个平面分开较小距离时将制动板53保持在制动脱合位置所需的电流更高。这是因为制动板53与轴向端55a、56a中较低的那者之间的气隙对磁通流产生磁阻。如果轴向端55a、56a之间的偏移(量)太小，则制动器壳体52中的磁滞会引起磁通量的滞留，且因此即使当施加给电磁制动释放装置的电流减小为零时，仍将制动板53保持在制动脱合位置中。

再次参考图6，转子40在壳体20内的旋转通过第一轴承82和第二轴承84被实现。第一轴承82安装在转子40的毂部42的第一端42a与转子40的盘部44之间。第二轴承84安装在转子40的毂部42的第二端42b与转子40的盘部44之间。第一轴承82的内径和第二轴承84的内径大于转子40的通孔42c的内径。此外，第一轴承82的外径和第二轴承84的外径大于制动器壳体52的第二筒形部56的内径。仍另外地，第一轴承82的内径和第二轴承84的内径小于制动器壳体52的第二筒形部56的内径。制动器组件50的基部51配置成使得第二轴承84可从电动机10的外侧安设。在第二轴承安设之后，轴承盖60可附接到基部51，这允许最大化制动器壳体52与电磁制动释放装置54的尺寸。否则，第二筒形部56的内径将需要增大以允许第二轴承84在组装期间穿过，由此减小制动器壳体52的尺寸。有利地，增大制动器壳体52与电磁制动释放装置54的尺寸使得用于缩回制动板53的磁场最大化。该最大化的磁场进而容许使用更强的弹簧59，使用更强的弹簧将增大制动器组件50的止动及保持力。

如图6中另外示出的，在组装时，电动机10配置成使得与转子40的旋转轴线R平行的线段AB穿过转子40的盘部44、制动器组件50、轴承82和制动板53。在一些示例中，线段AB还可穿过第二筒部56的凹部56b内容纳的弹簧59(图6中未示出)。此外，在组装时，电动机10配置成使得与转子40的旋转轴线R垂直的线段CD穿过通孔42c、制动器壳体52、电磁制动释放装置54、筒形部46和定子30。

在一些示例中，转子40的盘部44是非磁性的或弱磁性的。用非磁性材料制造盘部44可消除制动器组件50与反馈系统70之间的耦合，并且还可以最小化缩回制动板53所需的电流。这对于电机设计者来说可能是违反直觉的，因为磁性材料通常将产生屏蔽效果。然而，在电动机10中，在毂部42的通孔42c内行进的漏磁通量被吸引到作为靶标72的部分的磁盘，所述靶标处在盘部44的与制动器组件50相反的那侧上。来自电磁制动释放装置54的额外磁场会干扰反馈系统70，特别是如果反馈系统70以检测来自靶标72的磁场的方式工作。

在一些示例中，会期望的是，为电动机供电的两条线和控制电磁制动释放装置54的线在壳体20的同一端处离开电动机10。例如，会期望的是，这些线都经由壳体20的封闭的第一端24离开电动机10。对于控制电磁制动释放装置54的线，这会产生设计挑战，因为电磁制动释放装置54处在电动机10的与封闭的第一端24相反的那侧上。会期望的是，在电动机10的内侧路由线，以帮助保护线免受外部环境的影响。用于这样的线在定子30与转子40之间的间隙内穿过电动机10行进的空间可能有限。然而，线在该间隙内的轻微移动可能会致使线摩擦转子40，导致制动器组件50故障。

相应地，如图15和图16中所示，为了使控制电磁制动释放装置54的线路由穿过电动机10并路由到壳体20的封闭的第一端24，制动器组件50包括制动器线通道92，所述制动器线通道使槽57与基部51的内侧连接。制动器线通道92设置在第一筒形部55与基部51的相交处。制动器线通道92允许附接到电磁制动释放装置54的线93安全地横穿电动机的包含旋转的转子40的腔，因而消除线93被旋转的转子40不经意磨损的故障模式。

在经由制动器线通道92从槽57传递到基部51的内侧之后，线93可以以各种方式路由到壳体20的封闭的第一端24。作为一个示例，在离开制动器线通道92之后，线93可在沟槽94中行进，沟槽94切入壳体的筒形部22的内表面中。沟槽94在图17和图18中示出。利用该方法，线93可在定子30与壳体20之间行进。作为另一个例子，在离开制动器线通道92之后，线93可穿过定子30行进。例如，线93可穿过定子30的包含定子线33的槽35行进。槽35在图9中示出。

如上所述，电动机10可包括紧定螺钉90，所述紧定螺钉穿过壳体20的筒形部22定位并用于接合定子30的缺口34。这允许定子30仅在一个取向上与壳体20对正。在一些示例中，如图18中所示，壳体20的封闭的第一端24的内侧可包括安装垫块95，安装垫块95用于使反馈系统70的读取头74安装于壳体20。这使得读取头74也仅在一个取向上与壳体20对正。由于定子30和读取头74两者仅以一个取向安装到壳体20，因此电机控制器可适当地供电定子30而不执行电子对正程序。此外，反馈系统70可在无需执行对正程序的情况下操作。缺口34和安装垫95的使用因此可降低生产成本并提高可靠性。

图19示出了联接到机器人102的轮轴100的电动机10。轮轴100延伸穿过电动机10的中心并附接到轮胎104。电动机10的至少一个表面附接到机器人102的本体106。例如，电动机的壳体20的部分被附接到机器人102的本体106。在操作中，电动机10可使轮轴100沿一个或多个方向旋转、将轮轴100保持在位和/或促使轮轴100停止旋转，由此控制机器人102的移动。

已经出于说明和描述的目的给出了对不同的有利布置结构的描述，并且这样的描述不旨在是穷举性的或者限于公开形式的示例。在回顾和理解以上公开内容之后，许多修改和变型对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。此外，与其它示例相比，不同的示例可以提供不同的优点。择选及描述所选一个或多个示例是为了最佳地阐明原理、实际应用，并使本领域普通技术人员能够理解具有适于预期特定用途的各种修改的各种示例的公开内容。

Claims

1.一种电动机，包括：

壳体；

相对于壳体固定的定子；

转子，所述转子具有毂部、由磁性材料制成的筒形部和由非磁性材料制成的盘部，其中，所述毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔；

制动器组件，所述制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体；

第一轴承，所述第一轴承安装在所述转子的毂部的第一端与所述转子的盘部之间；以及

第二轴承，所述第二轴承安装在所述转子的毂部的第二端与所述转子的盘部之间。

2.如权利要求1所述的电动机，其中，所述毂部由非磁性材料制成。

3.如权利要求1所述的电动机，还包括围绕所述转子的筒形部周向安装的多个磁体。

4.如权利要求1所述的电动机，其中，所述制动器组件包括制动器壳体和基部，其中，所述基部固定地附接到电动机的壳体，并且其中，所述制动器壳体具有从所述基部轴向延伸的第一筒形部和从所述基部轴向延伸的第二筒形部，制动器壳体的第二筒形部在制动器壳体的第一筒形部内同心定位。

5.如权利要求4所述的电动机，其中，所述制动器组件还包括制动板，所述制动板覆盖所述制动器壳体的第一筒形部的轴向端与所述制动器壳体的第二筒形部的轴向端的至少一部分。

6.如权利要求5所述的电动机，其中，所述制动板通过弹簧偏压抵靠转子的盘部，所述弹簧定位在所述第一筒形部的凹部或所述第二筒形部的凹部中。

7.如权利要求6所述的电动机，其中，所述制动器组件还包括电磁制动释放装置，所述电磁制动释放装置至少部分地定位在所述制动器壳体的第一筒形部与所述制动器壳体的第二筒形部之间，并且其中，所述电磁制动释放装置配置为在激活时使制动板远离转子的盘部移动。

8.如权利要求7所述的电动机，配置成使得：

与转子的旋转轴线平行的线段AB穿过转子的盘部、制动器组件、第一轴承、弹簧和制动板，其中，所述弹簧定位在第二筒形部的凹部中；并且

与转子的旋转轴线垂直的线段CD穿过转子的毂部、制动器壳体、电磁制动释放装置、转子的筒形部以及定子。

9.如权利要求6所述的电动机，其中，所述制动板被偏压抵靠在转子的盘部的表面上的滚花图案上。

10.如权利要求4所述的电动机，其中，第一筒形部的轴向端与第二筒形部的轴向端轴向偏移并且平行。

11.如权利要求4所述的电动机，其中，第一轴承和第二轴承各自具有比制动器壳体的第二筒形部的内径大的外径，并且其中，第一轴承和第二轴承各自具有比制动器壳体的第二筒形部的内径小的内径。

12.如权利要求4所述的电动机，其中，制动器组件还包括制动器线通道，所述制动器线通道穿过制动器组件的基部，由此使在制动器壳体的第一筒形部与制动器壳体的第二筒形部之间形成的槽与基部的内侧连接。

13.如权利要求1所述的电动机，其中，第一轴承和第二轴承各自具有比转子的毂部的通孔的内径大的内径。

14.如权利要求1所述的电动机，还包括反馈系统，所述反馈系统具有靶标和读取头，其中，所述读取头安装于壳体，并且其中，所述靶标利用紧固件安装于转子的盘部，所述紧固件围绕转子的盘部不对称地安装。

15.一种电动机，包括：

壳体；

相对于壳体固定的定子；

转子，所述转子具有毂部、筒形部和盘部，其中，所述毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔；

相对于壳体固定的制动器组件，所述制动器组件具有筒形部并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体；

其中，第一轴承和第二轴承各自具有比制动器组件的筒形部的内径大的外径，并且其中，第一轴承和第二轴承各自具有比制动器组件的筒形部的内径小的内径。

16.如权利要求15所述的电动机，其中，第一轴承的内径和第二轴承的内径大于转子的毂部的通孔的内径。

17.如权利要求15所述的电动机，还包括反馈系统，所述反馈系统具有靶标和读取头，其中，所述读取头安装于壳体，并且其中，所述靶标利用紧固件安装于转子的盘部，所述紧固件围绕转子的盘部不对称地安装。

18.一种电动机，包括：

壳体；

相对于壳体固定的定子；

转子，所述转子具有毂部、筒形部和盘部，其中，所述毂部具有第一端、第二端和穿过所述毂部的通孔；以及

制动器组件，所述制动器组件相对于壳体固定并配置为使转子的盘部选择性地联接到壳体，

其中，制动器组件包括制动器壳体和基部，制动器壳体具有从基部轴向延伸的第一筒形部和从基部轴向延伸的第二筒形部，制动器壳体的第二筒形部在制动器壳体的第一筒形部内同心定位，并且

其中，第一筒形部的轴向端与第二筒形部的轴向端轴向偏移并且平行。

19.如权利要求18所述的电动机，其中，制动器组件还包括制动板，所述制动板覆盖制动器壳体的第一筒形部的轴向端与制动器壳体的第二筒形部的轴向端的至少一部分。

20.如权利要求19所述的电动机，其中：

所述制动板通过弹簧偏压抵靠转子的盘部，所述弹簧定位在第一筒形部的凹部或第二筒形部的凹部中，并且其中，制动器组件还包括电磁制动释放装置，所述电磁制动释放装置至少部分地定位在制动器壳体的第一筒形部与制动器壳体的第二筒形部之间，并且

电磁制动释放装置配置为在激活时使制动板远离转子的盘部移动。