CN113864369A - 一种永磁制动器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种永磁制动器，包括：支架(10)，支架(10)的材料为导磁材料，用于固定线圈(5)；衔铁(7)，衔铁(7)设置于支架(10)上部；永磁体(2)，设置于支架(10)内部，永磁体(2)为轴向充磁结构；压盘(6)，压盘(6)的材料为导磁材料，其上设置有径向磁路，用于减轻衔铁(7)在高加速环境中的惯性力；线圈(5)通电时，支架(10)，衔铁(7)和压盘(6)形成导磁回路，导磁回路用于抵消永磁体(2)对衔铁(7)的吸力，以实现永磁制动器的释放状态。本公开目的是确保在高加速度环境下，衔铁(7)与支架(10)不会发生误接触，提高永磁制动器释放状态可靠性，进而实现永磁制动器在高加速度环境下正常工作的功能。

Description

一种永磁制动器

技术领域

本公开涉及制动器技术领域，尤其涉及一种永磁制动器。

背景技术

传统弹簧式电磁制动器广泛应用于各类工业领域，其依靠弹簧的弹力使衔铁与摩擦盘接触实现制动，通电线圈产生的电磁力抵消弹簧的弹力，使衔铁与摩擦盘分离，释放制动力。弹簧式电磁制动器受工作原理限制，一般体积重量较大。

近年来出现的永磁制动器，相比传统的弹簧式电磁制动器，具有显著的转矩密度优势，同时结构简单、吸力稳定、可靠性高，在航空航天、机器人等领域应用潜力巨大。

现有的永磁制动器在耐高加速度环境方面存在明显缺陷，主要表现在：现有的永磁制动器的间隙间距较小，在高加速度环境下易导致衔铁与支架误接触，可靠性低。

发明内容

为实现上述目的，本公开提供一种永磁制动器，包括：支架10，所述支架10的材料为导磁材料，用于固定线圈5；衔铁7，所述衔铁7设置于所述支架10上部；永磁体2，设置于所述支架10内部，所述永磁体2为轴向充磁结构；压盘6，所述压盘6的材料为导磁材料，其上设置有径向磁路，所述径向磁路传导的磁场力用于缓冲所述衔铁7在高加速环境中的惯性力；线圈5通电时，所述支架10，衔铁7和压盘6形成导磁回路，所述导磁回路传导的磁场力与所述永磁体2对所述衔铁7的吸力相互作用，用于缓冲所述永磁体2对所述衔铁7的吸力，以实现永磁制动器的释放状态。

其中，还包括：内挡环，所述内挡环设置于所述支架的内部，所述内档环的材料为非导磁材料，所述内档环用于固定永磁体。

其中，所述支架包括外支架、内支架和压盘，所述外支架内侧、内挡环和内支架固定连接，所述压盘设置于内支架上部，所述支架用于固定所述永磁体。

其中，所述永磁体设置于所述线圈下部。

其中，所述永磁体为环状结构，以方便所述永磁体的充磁、加工和安装。

其中，所述支架为环状结构，所述外支架、内支架、内挡环和压盘同轴设置。

其中，还包括：轴套，与所述支架对应，用于支撑所述永磁制动器的组件。

其中，还包括：弹簧，设置于所述轴套和所述衔铁之间，用于缓冲所述衔铁的惯性力，以保证所述衔铁在释放状态下远离支架。

其中，还包括：所述永磁制动器在释放状态时，所述软磁支架与所述衔铁的间隙设置为0.4mm。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开提供了一种永磁制动器，该永磁制动器采用新型轴向永磁式电磁结构，在靠近衔铁侧增加了径向磁路，进而显著缩小衔铁导磁回路长度，从而大幅度降低衔铁重量，即大加速度环境的衔铁惯性力。同时增大释放状态衔铁与软磁支架之间的间隙，确保在吸力和制动转矩不变的情况下，满足在高加速度环境中衔铁与软磁支架不会发生误接触，提高释放状态可靠性。实现了永磁制动器在高加速度环境下正常工作的功能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。在附图中：

图1为现有技术的轴向永磁制动器的剖视图；

图2为现有技术的纵向永磁制动器的剖视图；

图3是永磁体的充磁方向示意图；3a为永磁体轴向充磁，3b为永磁体径向充磁；

图4是本公开实施例一种永磁制动器的三维模型图；

图5是本公开实施例一种永磁制动器的剖视图；

图6是本公开实施例一种永磁制动器的制动状态磁路示意图；

图7是本公开实施例一种永磁制动器的释放状态磁路示意图。

图中：1-外支架；2-永磁体；3-内挡环；4-内支架；5-线圈；6-压盘；7-衔铁；8-轴套；9-弹簧；10-软磁支架；11-转子；12-定子。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本公开进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

下面将参照附图清楚、完整地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

永磁制动器依靠永磁体磁通产生吸引金属衔铁与支架的压力，由金属衔铁与支架摩擦实现制动。线圈通电后抵消永磁体的磁场，在转子膜片弹簧的作用下使衔铁与支架分离实现制动力矩释放。

如图1所示，一种轴向永磁式制动器的剖视图，采用了一块轴向充磁的环型永磁体实现励磁，支架10支撑线圈5，且支架10与衔铁7构成了导磁回路。

如图2所示，一种径向永磁式制动器的剖视图，采用了径向充磁的环形永磁体实现励磁，支架10包围线圈5与衔铁7构成导磁回路。

上述技术分别为轴向永磁和径向永磁两种形式。二者的区别主要体现在：永磁体距离摩擦面的距离和摩擦面半径。轴向永磁式制动器的永磁体距离摩擦面较远，对避免摩擦面热量对永磁体特性影响有利；径向永磁式制动器摩擦面半径较大，在相同衔铁压力，可产生更大的制动转矩。

永磁制动器在航空航天领域应用，通常需要承受冲击和过载等高加速度环境，如加速度达到40～60g(此处的g表示重力加速度常取值9.8m/s²)。在永磁制动器释放状态，衔铁高速旋转，一旦在轴向高加速度作用下，衔铁与软磁支架发生摩擦，制动器将快速磨损和发热，导致制动器早期失效，即永磁制动器的寿命将会严重缩短，过早的报废。

图3是永磁体的充磁方向示意图。如图3中a所示，本公开实施例的永磁体采用轴向充磁方式，a中箭头表示永磁体的轴向充磁方向，轴向充磁是沿永磁体的轴向充磁方式。如图3中b所示，b中箭头表示永磁体的径向充磁方向，径向充磁是沿永磁体的径向充磁方式。

图4是本公开实施例一种永磁制动器的三维模型图。如图4所示，本公开实施例中包括：支架10，用于固定永磁制动器的线圈5；衔铁7，衔铁7与支架10之间设有间隙，支架10与衔铁7构成导磁回路；轴套8，与支架10对应，用于支撑永磁制动器的组件。其中，支架10优选软磁支架。在一实施例中，支架10为环形结构。

在一具体实施例中，转子11包括轴套8、衔铁7和弹簧9，弹簧9优选为膜片弹簧。转子11用于与电机连接旋转，定子12用于固定支架10。本实施例提供一种更安全稳定的永磁制动器环境。同时，也进一步简化了永磁制动器的安装和加工过程。

图5是本公开实施例一种永磁制动器的剖视图。如图5所示，本实施例提供一种永磁制动器，包括：支架10，所述支架10的材料为导磁材料，用于固定线圈5；衔铁7，所述衔铁7设置于所述支架10上部；永磁体2，设置于所述支架10内部，所述永磁体2为轴向充磁结构；压盘6，所述压盘6的材料为导磁材料，其上设置有径向磁路，所述径向磁路传导的磁场力用于缓冲所述衔铁7在高加速环境中的惯性力；线圈5通电时，所述支架10，衔铁7和压盘6形成导磁回路，所述导磁回路传导的磁场力与所述永磁体2对所述衔铁7的吸力相互作用，用于缓冲所述永磁体2对所述衔铁7的吸力，以实现永磁制动器的释放状态。优选地，支架10和线圈5通过胶水进行粘接固定。

在本实施例中，本公开对一种永磁制动器的磁路结构做出了改进。本实施例采用新型轴向永磁式电磁结构，同时在靠近衔铁侧增加了径向磁路。本实施例在保证制动转矩不变的情况下，通过设计压盘6，将衔铁上的部分导磁回路转移到压盘6中，缩短了衔铁7的导磁回路进而显著缩小衔铁导磁回路长度，有效减缓了大加速度环境的衔铁7产生的惯性力。优选地，支架10外侧壁上设有通孔，线圈5设置于支架10内部第一层，线圈5引线通过支架10外侧壁上的通孔引出。在一实施例中，衔铁7位于弹簧9下部，形状为环形，衔铁7与弹簧9通过三个螺母交叉连接。

在本实施例中，通过在靠近衔铁7一侧设置有径向磁路，用于缩小衔铁导磁回路的长度，降低衔铁重量，以减轻高加速环境中衔铁7的惯性力。本实施例的导磁回路在保证永磁制动器的制动转矩不变的条件下减轻了衔铁的重量，就是在靠近衔铁的位置增加了径向磁路，使永磁制动器满足在高加速度环境下可以正常工作。

在本公开实施例中，压盘6采用了导磁材料用以充当径向磁路，减轻了衔铁7的重量，进而减小了衔铁7在高加速度环境中所受的惯性力。支架10，衔铁7和压盘6形成的导磁回路，通电时，导磁回路用于抵消永磁体对衔铁的吸力，实现永磁制动器的释放状态。本实施例采用的新型轴向式导磁回路结构，有效抵消了由于衔铁的重量产生的惯性力，优化了永磁制动器在在高加速度环境下的运行指标和状态。

为了解决膜片弹簧刚度较低无法支撑高加速度下的衔铁惯性力的问题，在一相关技术中采用的是增加膜片弹簧刚度这一技术手段，但本技术手段将会降低制动状态摩擦面压力，降低制动转矩。

在一示例性实施例中，还包括：内挡环3，内挡环3设置于支架10的内部，内档环3的材料为非导磁材料，内档环3用于固定永磁体2。

在一示例性实施例中，支架10包括外支架1、内支架4和压盘6，外支架1内侧、内挡环3和内支架4固定连接，压盘6设置于内支架4上部，支架10用于固定永磁体2。

在一示例性实施例中，永磁体2设置于线圈5下部。

在一示例性实施例中，永磁体2为环状结构，以方便永磁体2的充磁、加工和安装。在一相关技术中，衔铁的重量较大。在高加速度环境下，衔铁受到较大的惯性力，本公开实施例的环状结构有效降低了衔铁的重量，进而降低了衔铁惯性力。

在一示例性实施例中，支架10为环状结构，外支架1、内支架4、内挡环3和压盘6同轴设置。

在一示例性实施例中，还包括：轴套8，与支架10对应，用于支撑永磁制动器的组件。

在一示例性实施例中，还包括：弹簧9，设置于轴套8和衔铁7之间，用于缓冲衔铁7的惯性力，以保证衔铁7在释放状态下远离支架10。优选地，弹簧9位于轴套8下部，与轴套8通过三个螺母交叉连接。在一相关技术中，永磁制动器依靠膜片弹簧对衔铁产生维持释放状态的拉力，膜片弹簧一般刚度较低，无法支撑高加速度下的衔铁惯性力，增加膜片弹簧刚度将会降低制动状态摩擦面压力，降低制动转矩。在本公开一具体实施例中，当通电后，弹簧9提供拉力给衔铁7，以使衔铁7远离摩擦表面(例如远离支架表面)，进而实现永磁制动器的释放状态。

在一示例性实施例中，还包括：永磁制动器在释放状态时，软磁支架10与衔铁7的间隙设置为0.4mm。

在一示例性实施例中，还包括：永磁制动器在释放状态时，软磁支架10与衔铁7的间隙设置为0.4mm。在本领域中，间隙通常指的是衔铁7与支架10之间的间隙。在一相关技术中，永磁制动器的间隙间距仅有0.1mm～0.2mm，在高加速度环境下易导致衔铁与支架误接触，可靠性低。在本实施例中，通过增大释放状态衔铁与软磁支架之间的间隙，由相关技术中普遍存在的的0.1mm左右间隙增大到0.4mm以上的间隙。

本实施例在吸力和制动转矩不变的情况下，确保衔铁与软磁支架在高加速度环境中不会发生误接触，同时提高释放状态可靠性，实现了永磁制动器在高加速度环境下正常工作的功能。

图6是本公开实施例一种永磁制动器的制动状态磁路示意图；图7是本公开实施例一种永磁制动器的释放状态磁路示意图。如图6和图7所示，在一示例性实施例中，永磁制动器工作时包括如下状态：

依靠永磁体2产生的永磁力、线圈5通电产生的电磁力以及弹簧9产生的拉力三种力的不同状态进行保持制动，执行制动、保持释放、执行释放四种工作状态。

保持制动状态：线圈5未通电，永磁体2对衔铁7产生的吸力大于弹簧9的拉力，衔铁7与软磁支架10贴合摩擦产生制动转矩，保持制动状态；

执行制动状态：线圈5断电，衔铁7受到永磁体2的吸力大于弹簧9的拉力，与软磁支架10接触后产生制动转矩；

保持释放状态：线圈5保持通电，衔铁7受到线圈5产生的磁场与永磁体2的磁场相互抵消后的电磁力，该电磁力小于弹簧9对衔铁7的拉力，因此衔铁7与软磁支架10保持一定的间隙，保持释放状态。

执行释放状态：线圈5通电，衔铁7受到线圈5产生的磁场与永磁体2的磁场相互抵消后的电磁力，以及弹簧9的拉力，此时弹簧9的拉力大于电磁力，因此衔铁7与软磁支架10分离，实现释放状态。

本公开提供了一种永磁制动器，该永磁制动器采用新型轴向永磁式电磁结构，在靠近衔铁侧增加了径向磁路，进而显著缩小衔铁导磁回路长度，从而大幅度降低衔铁重量，即大加速度环境的衔铁惯性力。同时增大释放状态衔铁与软磁支架之间的间隙，由原来的0.1mm左右增大到0.4mm以上，确保在高加速度环境下，衔铁与软磁支架不会发生误接触，提高释放状态可靠性。实现了永磁制动器在高加速度环境下正常工作的功能。

本公开旨在提高永磁制动器转矩密度，克服现有永磁制动器设计在高加速度环境应用中存在的缺陷，公开了一种可耐高加速度环境的永磁制动器电磁结构形式，其主要特征为：

1、新型轴向永磁式电磁结构，在靠近衔铁侧增加了径向磁路，进而显著缩小衔铁导磁回路长度，从而大幅度降低衔铁重量，即大加速度环境的衔铁惯性力。同时摩擦面半径相应增加，提高制动转矩。

2、增大释放状态衔铁与软磁支架之间的间隙，由原来的0.1mm左右增大到0.4mm以上。

为解决衔铁与支架发生摩擦导致的制动器将快速磨损和发热这一技术问题，本实施例提出了一种永磁制动器。

本公开虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本公开，任何本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本公开技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本公开技术方案的保护范围。

应当理解的是，本公开的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本公开的原理，而不构成对本公开的限制。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。此外，本公开所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种永磁制动器，包括：

支架(10)，所述支架(10)的材料为导磁材料，用于固定线圈(5)；

衔铁(7)，所述衔铁(7)设置于所述支架(10)上部；

永磁体(2)，设置于所述支架(10)内部，所述永磁体(2)为轴向充磁结构；

压盘(6)，所述压盘(6)的材料为导磁材料，其上设置有径向磁路，所述径向磁路传导的磁场力用于缓冲所述衔铁(7)在高加速环境中的惯性力；

线圈(5)通电时，所述支架(10)，衔铁(7)和压盘(6)形成导磁回路，所述导磁回路传导的磁场力与所述永磁体(2)对所述衔铁(7)的吸力相互作用，用于缓冲所述永磁体(2)对所述衔铁(7)的吸力，以实现永磁制动器的释放状态。

2.根据权利要求1所述的永磁制动器，其中，还包括：内挡环(3)，所述内挡环(3)设置于所述支架(10)的内部，所述内档环(3)的材料为非导磁材料，所述内档环(3)用于固定永磁体(2)。

3.根据权利要求2所述的永磁制动器，其中，所述支架(10)包括外支架(1)、内支架(4)和压盘(6)，所述外支架(1)内侧、内挡环(3)和内支架(4)固定连接，所述压盘(6)设置于内支架(4)上部，所述支架(10)用于固定所述永磁体(2)。

4.根据权利要求1所述的永磁制动器，其中，所述永磁体(2)设置于所述线圈(5)下部。

5.根据权利要求1所述的永磁制动器，其中，所述永磁体(2)为环状结构，以方便所述永磁体(2)的充磁、加工和安装。

6.根据权利要求3所述的永磁制动器，其中，所述支架(10)为环状结构，所述外支架(1)、内支架(4)、内挡环(3)和压盘(6)同轴设置。

7.根据权利要求1所述的永磁制动器，其中，还包括：轴套(8)，与所述支架(10)对应，用于支撑所述永磁制动器的组件。

8.根据权利要求7所述的永磁制动器，其中，还包括：弹簧(9)，设置于所述轴套(8)和所述衔铁(7)之间，用于提供释放状态下对所述衔铁(7)的拉力，以保证所述衔铁(7)在释放状态下远离支架(10)。

9.根据权利要求1所述的永磁制动器，其中，还包括：所述永磁制动器在释放状态时，所述软磁支架(10)与所述衔铁(7)的间隙设置为0.4mm。

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