CN116601403A - 制动装置、电机和机器人 - Google Patents

Abstract

用于电机和机器人的制动装置，制动装置包括：第一环(10)，连接到轴(12)并且能够与轴(12)一起旋转，第一环(10)包括第一组磁体(101，103，10‑1，10‑2，…，10‑N)；第二环(20)，通过间隙与第一环(10)间隔开并且包括第二组磁体(201，203，20‑1，20‑2，…，20‑N)，第二组磁体磁耦合到第一组磁体，使得第二环倾向于随着第一环一起旋转；第一构件(22)，连接到第二环(20)；以及第二构件(30)，能够在第一状态与第二状态之间切换，其中第二构件(30)与第一构件(22)接合以阻止第一构件在第一状态下的旋转，并且第二构件(30)从第一构件(22)脱离以允许第一构件在第二状态下的旋转。在制动期间能够实现阻尼效果。

Description

制动装置、电机和机器人

技术领域

本公开的实施例总体上涉及制动设备领域，并且更具体地涉及制动装置、电机和机器人。

背景技术

机电制动系统已经使用了一段时间，例如，用于停止电机的旋转或机器人臂的运动。在机器人中使用的情况下，机电制动系统可以立即停止机器人的运动，并且当施加到机电制动系统上的功率改变时保持机器人静止。

图1至图2示意性地图示了处于不同状态的传统制动装置。如图1-2所示，传统的制动装置包括轴12A、毂20A、盘22A、电枢30A、弹簧42A和线圈40A。轴12A、毂20A和盘22A连接在一起。当向线圈40A施加功率时，将生成磁吸引力以吸引电枢30A朝向线圈40A。磁吸引力拉动电枢30A以压缩弹簧42A。然后在盘22A和电枢30A之间产生空气间隙。在这种情况下，轴12A、毂20A和盘22A能够一起旋转，如图1所示。当线圈40A的功率被切断时，磁吸引力将消失，并且弹簧42A将膨胀以推动电枢30A以压靠盘22A，如图2所示。这样，在电枢30A和盘22A之间产生摩擦，由此生成制动转矩以阻止盘22A的旋转。因此，轴12A的旋转能够被停止。

然而，当线圈40A的功率被切断时，盘22A实际上处于旋转状态，并且电枢30A通过弹簧42A的弹力突然接触盘22A。冲击力施加到盘22A上，并且作用在盘22A上的动态制动转矩是不可控制的。在机器人中使用制动装置的情况下，这将导致对机器人的过载，这是意外的。

因此，需要一种用于制动装置的改进的解决方案。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种制动装置。制动装置包括：第一环，连接到轴并且能够与轴一起旋转，第一环包括第一组磁体；第二环，通过间隙与第一环间隔开并且包括第二组磁体，第二组磁体磁耦合到第一组磁体，使得第二环倾向于随着第一环一起旋转；第一构件，连接到第二环并且能够与第二环一起旋转；以及第二构件，能够在第一状态与第二状态之间切换，其中第二构件与第一构件接合以阻止第一构件在第一状态下的旋转，并且第二构件从第一构件脱离以允许第一构件在第二状态下的旋转。

对于上述实施例，第二环可通过磁耦合力随着第一环一起旋转。当轴的旋转需要停止时，第二构件可以切换到第一状态，在该第一状态中，第二构件将与第一构件接合以阻止第一构件的旋转，由此可以阻止第二环的旋转。这样，第一环和轴的旋转可以被在第一和第二环之间的磁耦合力阻止然后停止。

由于在第一和第二环之间存在间隙，所以作用在第一构件和第二环上的冲击将不会传递到第一环和轴。此外，如果在第一和第二环之间生成的制动转矩超过最大磁耦合力，则在第一和第二环之间将发生相对滑动，由此在制动期间可以实现阻尼效果。

在一些实施例中，第一组磁体和第二组磁体中的每组磁体包括围绕轴的纵向轴线交替布置的南极磁体和北极磁体。利用这些实施例，第一和第二环可以稳定地耦合。以此方式，由于在第一和第二环之间的磁耦合，可以减少第一构件和第二构件的磨损。

在一些实施例中，第一环和第二环沿着轴的纵向轴线并排布置。利用这些实施例，制动装置可以容易地制造，并且在第一和第二环之间的耦合是可靠的。

在一些实施例中，第二环相对于轴的纵向轴线在径向方向上围绕第一环布置。利用这些实施例，制动装置将具有更紧凑的尺寸，并且在第一和第二环之间的耦合是可靠的。

在一些实施例中，第一组磁体和第二组磁体中的每组磁体包括沿着轴的纵向轴线同轴布置的多个磁体阵列，并且磁体阵列中的每个磁体阵列包括围绕轴的纵向轴线交替布置的南极磁体和北极磁体。利用这些实施例，可以进一步增加在第一和第二环之间的磁耦合力，并且可以稳定地耦合第一和第二环。

在一些实施例中，第一构件包括盘；并且第二构件包括板，板被配置为在第二构件的第一状态下接触盘以通过由板施加的摩擦力阻止盘的旋转。利用这些实施例，第一和第二构件的结构简单，并且在第一和第二环之间的耦合是可靠的。

在一些实施例中，制动装置还包括：电磁体，被配置为当被断电时释放板使得第二构件处于第一状态，并且当被通电时吸引板远离盘使得第二构件处于第二状态；以及弹簧，布置在电磁体与板之间并且被配置为当电磁体断电时将板推向盘。利用这些实施例，第二构件可以快速和可靠地在第一和第二状态之间切换。

在一些实施例中，制动装置进一步包括：电磁铁，被配置为当断电时释放板使得第二构件处于第二状态，并且当通电时吸引板压靠盘使得第二构件处于第一状态；以及弹簧，布置在电磁体与板之间并且被配置为当电磁体断电时将板推离盘。

在一些实施例中，第一构件包括延伸远离第二环的至少一个突出部；并且第二构件包括可伸缩杆，可伸缩杆被配置为在第二构件的第一状态下突出以阻止至少一个突出部的旋转，并且在第二构件的第二状态下缩回以允许至少一个突出部的旋转。利用这些实施例，可以以简单和可靠的方式实现第二环的状态的切换。

在一些实施例中，至少一个突出部包括围绕轴的纵向轴线彼此间隔开的多个突出部，使得在这些相邻突出部之间存在空间；并且可伸缩杆适于在第二构件的第一状态下插入到该空间中以阻止多个突出部的旋转。利用这些实施例，第二环的旋转可以被快速且可靠地被停止。

在本发明的第二方面中，提供了一种电机。该电机包括：壳体，用于容纳转子和定子；输出轴，耦合到转子；根据本发明第一方面的制动装置；其中输出轴被附接到制动装置的轴，使得该输出轴的旋转可以被该制动装置停止。利用上述实施例，当轴在旋转并且第二构件从第二状态切换到第一状态时，作用在第二环上的冲击将不会传递到轴，因此可以实现阻尼效果。

在本发明的第三方面中，提供了一种机器人。机器人包括：多个臂，经由接头连接；以及根据本公开的第二方面的电机，用于驱动多个臂中的一个。利用上述实施例，在制动期间作用在第二环上的冲击将不会传递到轴和机器人，并且机器人可以以可靠的方式工作。

附图说明

通过以下参照附图的详细描述，本文公开的示例性实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例而非限制的方式图示本文公开的若干示例实施例，其中：

图1示意性地图示了处于正常状态的传统制动装置；

图2示意性地图示了处于制动状态的图1的传统制动装置；

图3示意性地图示了根据本公开的一些实施例的示例制动装置；

图4示意性地图示了处于制动状态的图3的制动装置；

图5图示了图3的制动装置的局部示意图；

图6示意性地图示了图3的制动装置的局部侧视图；

图7示意性地图示了根据本公开的一些实施例的另一示例制动装置；

图8示意性地图示了图7的制动装置的局部侧视图；

图9示意性地图示了根据本公开的一些实施例的另一示例制动装置；

图10示意性地图示了处于制动状态的图9的制动装置；以及

图11示意性地图示了图10的制动装置的第一构件的侧视图。

在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考附图中示出的若干示例实施例来描述本公开的原理。尽管在附图中图示了本公开的示例性实施例，但是应当理解，描述这些实施例仅是为了便于本领域技术人员更好地理解并由此实现本公开，而不是以任何方式限制本公开的范围。

如上参考图1和图2描述，在制动期间，冲击施加到盘22A上，并且作用在盘22A上的动态制动转矩是不可控制的。因此，需要用于制动装置的改进的解决方案。

图3示意性地图示了根据本公开的一些实施例的示例制动装置。如图3所示，制动装置包括第一环10、第二环20、第一构件22和第二构件30。第一环10连接到轴12并且能够与轴12一起旋转。第一环10包括第一组磁体。

第二环20通过间隙与第一环10间隔开。第二环20包括第二组磁体，并且第二组磁体磁耦合到第一组磁体。因此，第二环20倾向于随着第一环10一起旋转。

参照图3，第一构件22连接到第二环20并且能够与第二环20一起旋转。第二构件30可在第一状态和第二状态之间切换。

在如图3所示的第二状态中，第二构件30从第一构件22脱离以允许第一构件22旋转。因此，轴12可以在没有任何制动力的情况下旋转。由于磁耦合力存在于第一和第二环10、20之间，第二环20和第一构件22可与轴12一起旋转。

图4示意性地图示了处于第一状态即制动状态的图3的制动装置。如图4所示，在第一状态下，第二构件30与第一构件22接合以阻止第一构件22的旋转。这样，第二环20可以通过在第一和第二环10、20之间的磁耦合力来阻止第一环10的旋转，由此轴12的旋转可以被阻止。

利用上述实施例，当需要停止轴12的旋转时，第二构件30可以切换到第一状态，在第一状态中，第二构件30将与第一构件22接合以阻止第一构件22的旋转，由此可以阻止第二环20的旋转。这样，第一环10和轴12的旋转可以被在第一环10与第二环20之间的磁耦合力阻止并且然后停止。

由于在第一和第二环10、20之间存在间隙，所以作用在第一构件22和第二环20上的冲击力将不会传递到第一环10和轴12。此外，如果在第一和第二环10、20之间生成的制动转矩超过由第一和第二组磁体产生的最大磁耦合力，则在第一和第二环10、20之间将发生相对滑动，由此在制动期间可以实现阻尼效果。

在一些实施例中，如图4所示，第二构件30接触第一构件22以阻止第一构件22在第一状态下的旋转。下面将参照图5说明制动原理。

图5图示了图3的制动装置的局部示意图，其中示出了制动原理。如图5所示，轴12围绕轴12的纵向轴线X沿方向Ro旋转。第二构件30将在制动期间沿平行于纵向轴线X的方向将力F施加到第一构件22上。力F产生与方向Ro相反的转矩T。该转矩T将停止第二环20的旋转，这将通过在第一和第二环10、20之间的磁耦合力进一步停止第一环10和轴12的旋转。

应当理解，力F的方向可以是除上述示例之外的合适方向。本发明并不旨在限制力F的方向。

在一些实施例中，如图3-5所示，第二环20可以相对于轴12的纵向轴线X在径向方向R上围绕第一环10布置。在一些实施例中，第一环10和第二环20可以相对于纵向轴线X在径向方向R同心地布置，如图6所示，图6示意性地图示了图3的制动装置的局部侧视图。

在一些实施例中，如图6所示，第一环10包括围绕轴12的纵向轴线X交替布置的南极磁体101和北极磁体103。在一些实施例中，南极磁体101可以围绕轴12的纵向轴线X均匀地布置。

应当理解，南极磁体101和北极磁体103的布置可以是除上述示例之外的合适方式。本发明并不旨在限制南极磁体101和北极磁体103的布置。

在一些实施例中，可以在相邻的北极和南极磁体103、101的每个间隙中设置间隔件，以改进第一环10的制造工艺。

在一些实施例中，如图6所示，第二组磁体包括围绕轴12的纵向轴线X交替布置的南极磁体201和北极磁体203。在一些实施例中，南极磁体201可以围绕轴12的纵向轴线X均匀地布置。

应当理解，南极磁体201和北极磁体203的布置可以是除上述示例之外的合适方式。本发明并不旨在限制南极磁体201和北极磁体203的布置。

在一些实施例中，间隔件可以布置在相邻的北极和南极磁体203、201的每个间隙中。

在一些实施例中，参考图3至图6，尤其是图5，图5中示出了制动装置的一部分的放大视图，第一组磁体和第二组磁体中的每组磁体可以包括沿着轴12的纵向轴线X同轴地布置的多个磁体阵列10-1、10-2…10-N；20-1、20-2…20-N。磁体阵列10-1、10-2…10-N；20-1、20-2…20-N中的每个磁体阵列包括如上述的围绕轴12的纵向轴线X交替布置的南极磁体101、201和北极磁体103、203。利用这些实施例，可以进一步增加在第一和第二环10、20之间的磁耦合力，并且可以稳定地耦合第一和第二环10、20。

在一些实施例中，第一构件22可以包括盘，而第二构件300可以包括板。返回参考图3至图4，板被配置为在第二构件30的第一状态下接触盘，以通过由板施加的摩擦力阻止盘的旋转。

应当理解，第一和第二构件22、30的类型可以是除上述示例之外的合适类型。本公开不旨在限制第一和第二构件22、30的类型。

在一些实施例中，如图3和4所示，制动装置还可包括电磁体40和弹簧42。电磁体40可被配置为当断电时释放第二构件30的板，使得第二构件30处于如图4所示的第一状态。电磁体40还被配置为当通电时吸引板离开第一构件22的盘，使得第二构件30处于如图3所示的第二状态。

在备选的实施例中，电磁体40可以被配置为当断电时释放板，使得第二构件30处于第二状态，并且当通电时吸引板压靠盘，使得第二构件30处于第一状态。

应当理解，电磁体40的切换方式可以是除上述示例之外的合适类型。

弹簧42可以布置在电磁体40和第二构件30的板之间。当电磁体40断电时，弹簧42膨胀以将板推向第一构件22的盘，如图4所示。在备选的实施例中，当电磁体40断电时，弹簧42膨胀以将板推离盘。

图7示意性地图示了另一示例制动装置，图8示意性地图示了图7的制动装置的局部侧视图。在一些实施例中，如图7至图8所示，第一环10和第二环20沿着轴12的纵向轴线X并排布置。当制动时，制动转矩，诸如如上讨论的转矩T，将作用在第一构件22和第二环20上。因此，轴12的旋转可以通过在第一和第二环10、20之间的磁耦合力被停止。

图9至图10示意性地图示了根据本公开的一些实施例的另一示例制动装置。如图9至图10所示，第一构件22可包括至少一个突出部23，第二构件30可包括可伸缩杆31。至少一个突出部23延伸远离第二环20。

如图9所示，在第二构件30的第二状态中，可缩回杆31缩回以允许至少一个突出部23的旋转。如图10所示，在第二构件30的第一状态中，可伸缩杆31突出以阻止至少一个突出部23的旋转。

图11示意性地图示了图10的制动装置的第一构件的侧视图。如图11所示，至少一个突出部23包括多个突出部23，诸如四个突出部，它们围绕轴12的纵向轴线X彼此间隔开。利用这种布置，在相邻突出部23之间形成空间。在第二构件30的第一状态中，可缩回杆31可插入到空间中以阻止多个突出部23和第一构件22的旋转。

在第一和第二环10、20彼此磁耦合的情况下，作用在第二环20和第一构件22上的动态制动转矩是可控的。

根据本发明的实施例，提供了一种电机。电机包括壳体、输出轴和如上讨论的制动装置。壳体用于容纳转子和定子，输出轴连接到转子。输出轴附接到制动装置的轴12，使得输出轴的旋转可以由制动装置停止。通过如上讨论的制动装置，可以防止在制动期间生成的冲击传递到电机。

根据本公开的实施例，提供了一种机器人。机器人包括经由关节连接的多个臂；以及如上讨论的电机。电机用于驱动多个臂中的一个。通过如上讨论的电机，机器人可以可靠地工作，并且在制动期间生成的冲击不会传递到机器人。

如上讨论，作用在第二环20和第一构件22上的动态制动转矩可以是可控的，因此动态制动转矩可以被控制以不达到机器人安全操作所需的最大允许动态制动转矩。

应当理解，本公开的上述详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同替换和改进等都应包括在本公开的保护范围内。同时，本公开的所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和界限或范围和界限的等同物的所有变型和修改。

Claims (12)

1.一种制动装置，包括：

第一环(10)，连接到轴(12)，并且能够与所述轴(12)一起旋转，所述第一环(10)包括第一组磁体；

第二环(20)，通过间隙与所述第一环(10)间隔开，并且包括第二组磁体，所述第二组磁体磁性耦合到所述第一组磁体，使得所述第二环(20)倾向于随着所述第一环(10)一起旋转；

第一构件(22)，连接到所述第二环(20)，并且能够与所述第二环(20)一起旋转；以及

第二构件(30)，能够在第一状态与第二状态之间切换，其中所述第二构件(30)与所述第一构件(22)接合，以阻止所述第一构件(22)在所述第一状态下的旋转，并且所述第二构件(30)从所述第一构件(22)脱离，以允许所述第一构件(22)在所述第二状态下的旋转。

2.根据权利要求1所述的制动装置，其中所述第一组磁体和所述第二组磁体中的每组磁体包括南极磁体(101，201)和北极磁体(103，203)，所述南极磁体(101，201)和所述北极磁体(103，203)围绕所述轴(12)的纵向轴线(X)交替布置。

3.根据权利要求1所述的制动装置，其中所述第一环(10)和所述第二环(20)沿着所述轴(12)的纵向轴线(X)并排布置。

4.根据权利要求1所述的制动装置，其中所述第二环(20)相对于所述轴(12)的纵向轴线(X)在径向方向(R)上围绕所述第一环(10)布置。

5.根据权利要求4所述的制动装置，其中所述第一组磁体和所述第二组磁体中的每组磁体包括多个磁体阵列，所述磁体阵列沿着所述轴(12)的所述纵向轴线(X)同轴地布置，并且所述磁体阵列中的每个磁体阵列包括南极磁体(101，201)和北极磁体(103，203)，所述南极磁体(101，201)和所述北极磁体(103，203)围绕所述轴(12)的所述纵向轴线(X)交替布置。

6.根据权利要求1所述的制动装置，其中，

所述第一构件(22)包括盘；并且

所述第二构件(30)包括板，所述板被配置为在所述第二构件(30)的所述第一状态下接触所述盘，以通过由所述板施加的摩擦力阻止所述盘的旋转。

7.根据权利要求6所述的制动装置，还包括：

电磁体(40)，被配置为：当断电时释放所述板，使得所述第二构件(30)处于所述第一状态，并且当通电时吸引所述板远离所述盘，使得所述第二构件(30)处于所述第二状态；以及

弹簧(42)，被布置在所述电磁体(40)与所述板之间，并且被配置为当所述电磁体(40)断电时将所述板推向所述盘。

8.根据权利要求6所述的制动装置，还包括：

电磁体(40)，被配置为：当断电时释放所述板，使得所述第二构件(30)处于所述第二状态，并且当通电时吸引所述板压靠所述盘，使得所述第二构件(30)处于所述第一状态；以及

弹簧(42)，被布置在所述电磁体(40)与所述板之间，并且被配置为当所述电磁体(40)断电时将所述板推离所述盘。

9.根据权利要求1所述的制动装置，其中，

所述第一构件(22)包括至少一个突出部(23)，所述至少一个突出部(23)延伸远离所述第二环(20)；以及

所述第二构件(30)包括可伸缩杆(31)，所述可伸缩杆(31)被配置为在所述第二构件(30)的所述第一状态下突出，以阻止所述至少一个突出部(23)的旋转，并且在所述第二构件(30)的所述第二状态下缩回，以允许所述至少一个突出部(23)的旋转。

10.根据权利要求9所述的制动装置，其中，

所述至少一个突出部(23)包括多个突出部(23)，所述多个突出部(23)围绕所述轴(12)的纵向轴线(X)彼此间隔开，使得在这些相邻的突出部(23)之间存在空间；并且

所述可伸缩杆(31)适于在所述第二构件(30)的所述第一状态下插入到所述空间中，以阻止所述多个突出部(23)的旋转。

11.一种电机，包括：

壳体，用于容纳转子和定子；

输出轴，耦合到所述转子；

根据权利要求1至10中任一项所述的制动装置；

其中所述输出轴被附接到所述制动装置的所述轴(12)，使得所述输出轴的旋转能够被所述制动装置停止。

12.一种机器人，包括：

经由接头连接的多个臂；以及

根据权利要求11所述的电机，用于驱动所述多个臂中的一个臂。