CN117155058A - 制动器缓冲机构、电机制动器及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机，该缓冲机构包括缓冲单元，缓冲单元包括固定于制动器定子端面的磁流变弹性体以及与磁流变弹性体相连的弹性缓冲件，弹性缓冲件的末端与制动器衔铁连接，磁流变弹性体位于制动器定子内部的电磁线圈在通电时所产生的磁场的范围内；其中，磁流变弹性体能够根据电磁线圈的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与制动器衔铁运动方向相反的缓冲作用力。基于本发明的技术方案，磁流变弹性体能够根据磁场的有无而产生膨胀与收缩的形变而产生相应的作用力，该作用力可以通过弹性缓冲件作用到制动器衔铁上，对制动器衔铁的运动进行缓冲而减轻与其他构件的撞击程度，降低撞击带来的噪音与振动的强度。
Description
技术领域
本发明涉及电机制动器技术领域，特别地涉及一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机。
背景技术
随着工业智能产品的逐步发展，其对旋转、进击等机械运动部件出现异常时需紧急停机的安全性要求日益提升。目前，电磁失电式制动器被广泛地应用于机床、工业机器人、伺服电机等工业产品中，但电磁式制动器的工作原理导致其上电和断电时因冲击产生较大的噪声振动。以六轴工业机器人为例，当六个关节同时运转或停止时会产生较大的噪声，使得电磁失电制动器不适用于一些对噪声要求较高的场合，且较大的冲击会直接影响电磁失电制动器的可靠性与寿命。
目前也有针对以上问题进行改进的现有技术，例如现有技术提出了一种转子结构的电磁制动器，目的也是解决衔铁与定子和摩擦片面对面撞击产生的噪声问题，其将盘式摩擦片改成点式摩擦片，即在摩擦片表面沿周向设计有摩擦件。衔铁与摩擦片撞击时只与摩擦件接触，点式摩擦接触产生的噪音更小，摩擦面积的减小，扭矩的控制更为容易。但该结构相比盘式摩擦片提高了制作工艺的复杂程度、增大了制动器的尺寸，而且摩擦面积的减小可能会影响制动效果。
因此，为了克服现有技术的不足，本发明提出一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机。
发明内容
为了解决现有技术中针对制动器噪音所提出的缓冲机构存在的工艺复杂、影响制动效果的问题，本发明提出了一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机。
第一方面，本发明提出的一种制动器缓冲机构，包括缓冲单元，所述缓冲单元包括固定于制动器定子端面的磁流变弹性体以及与所述磁流变弹性体相连的弹性缓冲件，所述弹性缓冲件的末端与制动器衔铁连接，所述磁流变弹性体位于所述制动器定子内部的电磁线圈在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，所述磁流变弹性体能够根据所述电磁线圈的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与所述制动器衔铁运动方向相反的缓冲作用力。
在一个实施方式中，多个所述缓冲单元在所述制动器定子端面上均匀分布，且所述电磁线圈在通电时所产生的磁场在每个所述缓冲单元所在位置处的磁场强度一致。
在一个实施方式中，所述缓冲单元包括多个所述磁流变弹性体与多个所述弹性缓冲件，多个所述磁流变弹性体与多个所述弹性缓冲件沿一个直线方向依次连接且所述磁流变弹性体与所述弹性缓冲件交替分布。
在一个实施方式中，所述缓冲单元设置于构造在所述制动器定子端面上的凹槽中，所述磁流变弹性体固定在所述凹槽中，所述弹性缓冲件通过所述凹槽的槽口与所述制动器衔铁连接，所述磁流变弹性体在膨胀或收缩时在所述凹槽深度方向上产生所述缓冲作用力。
在一个实施方式中，所述磁流变弹性体包括弹性外壳以及密封在所述弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
在一个实施方式中，所述弹性缓冲件为非线性弹簧。
在一个实施方式中，所述非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个所述非线性弹性段具有不同的非线性特性。
在一个实施方式中，所述非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，所述形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
第二方面，本发明提出的一种电机制动器，包括上述的制动器缓冲机构，进而具备其所具备的全部技术效果。
第三方面，本发明提出的一种电机，其特征在于，包括上述的电机制动器，进而具备其所具备的全部技术效果。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
本发明的一种制动器缓冲机构、电机制动器及电机，通过在制动器定子的电磁线圈所能够产生的磁场范围内设置磁流变弹性体，磁流变弹性体能够根据磁场的有无而产生膨胀与收缩的形变，而这种形变能够产生相应的作用力，该作用力可以通过弹性缓冲件作用到制动器衔铁上，对制动器衔铁的运动进行缓冲而减轻制动器衔铁与其他构件的撞击程度，进而降低撞击带来的噪音与振动的强度。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的缓冲机构装配于制动器时的结构示意图；
图2显示了本发明的缓冲单元的结构示意图；
图3显示了本发明的缓冲单元在电磁线圈通电状态下的示意图；
图4显示了本发明的缓冲单元在电磁线圈失电状态下的示意图；
图5显示了本发明的缓冲机构的另一种实施方式的结构示意图；
图6显示了本发明的制动器的结构爆炸图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
附图标记：
1-缓冲单元，11-磁流变弹性体，12-弹性缓冲件，2-制动器定子，21-凹槽，22-电磁线圈，3-制动器衔铁，4-摩擦片，5-轮毂，6-限位板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种制动器缓冲机构，包括缓冲单元1，缓冲单元1包括固定于制动器定子2端面的磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12，弹性缓冲件12的末端与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11位于制动器定子2内部的电磁线圈22在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，磁流变弹性体11能够根据电磁线圈22的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与制动器衔铁3运动方向相反的缓冲作用力。
具体地，基于目前的制动器的结构，噪音与振动主要是由于制动器衔铁3的运动而产生，即制动器衔铁3运动而与其他构件产生撞击导致噪音与振动的产生。其中，制动器衔铁3在电磁力的作用下朝靠近制动器定子2的方向移动而与制动器定子2产生撞击，以及在电磁力消失后制动器衔铁3朝原理制动器定子2、靠近摩擦片4的方向移动而与摩擦片4产生撞击。因此，针对制动器的噪音与振动的缓解与消除，就需要针对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
如附图图1与图2所示，本发明的缓冲机构设置在制动器衔铁3与制动器定子2之间，包括由磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12构成缓冲单元1，磁流变弹性体11的位置位于制动器定子2内部电磁线圈22所能够产生的磁场的范围内，其能够在磁场的作用下产生膨胀以及能够在磁场消失时由膨胀变为收缩，而这种形变能够产生相应的作用力，该作用力通过弹性缓冲件12作用到制动器衔铁3上，进而对于制动器衔铁3的运动进行缓冲。
参考附图图3，在电磁线圈22处于通电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2产生磁力吸引制动器衔铁3，制动器衔铁3即克服弹性缓冲件12的弹力朝靠近制动器定子2的方向移动。与此同时，电磁线圈22产生的磁场作用于磁流变弹性体11，使得磁流变弹性体11产生磁致效应，内部颗粒瞬间被磁化，整体产生膨胀形变，阻尼和刚度均得到提高。而膨胀形变产生的作用力可以通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的推力，所以磁流变弹性体11体积膨胀所产生的推力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对制动器定子2的冲击，并且磁流变弹性自身在磁场作用下产生的高阻尼可以快速衰减制动器衔铁3撞击制动器定子2的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
参照附图图4，在电磁线圈22处于失电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2失去磁力，制动器衔铁3即在弹性缓冲件12的弹力作用下反向朝靠近摩擦片4的方向移动。与此同时，由于电磁线圈22失电，作用于磁流变弹性体11的磁场消失，整体产生膨胀形变的磁流变弹性体11收缩并回复初始状态。而收缩形变同样产生作用力且通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的拉力，所以磁流变弹性体11体积收缩所产生的拉力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对摩擦片4的冲击，并且磁流变弹性自身的阻尼液可以快速衰减制动器衔铁3撞击摩擦片4的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
需要说明的是，在制动器衔铁3的以上两个方向的运动过程中，弹性缓冲件12始终处于压缩状态，因此磁流变弹性自身形变所产生的作用力以及相应的能量会进行单向不可逆的传递，冲击的能量转换为磁流变弹性体11和弹性缓冲件12的阻尼耗能，可以有效地对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
优选地，弹性缓冲件12为非线性弹簧。
具体地，非线性弹簧的减振频带更宽，而冲击所含振动的频带也较宽，因此针对制动器的宽频冲击信号的减振，由非线性弹簧与磁流变弹性体11构成的非线性能量阱，减振效果更好。当然，实际应用时，也可以采用线性弹簧，同样能解决相应的技术问题，只不过线性弹簧的减振频带单一，减振降噪效果可能不如非线性弹簧。
可选地，非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性。
具体地，根据具体需要，非线性弹簧可以整体可以是非线性特性一致的结构，当然也可以采用多个具有不同的非线性特性的部分进行组合的弹簧结构。例如可以将非线性弹簧沿其轴向分为的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性；非线性特性的不同可以由材质的不同来实现，也可以由结构、尺寸的不同来实现。
进一步地，非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，例如每种形状记忆合金制作非线性弹簧的一个非线性弹性段。非线性弹簧的刚度根据结构在相应方向上的不同振动频率和实际需要呈非线性设置，同时需要具有阻尼特性，以进行冲击能量的部分耗能。形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
进一步地，多个缓冲单元1在制动器定子2端面上均匀分布，且电磁线圈22在通电时所产生的磁场在每个缓冲单元1所在位置处的磁场强度一致。
具体地，多个缓冲单元1均匀分布于制动器定子2的端面，主要用于保证各个位置的缓冲，其中每个缓冲单元1所在位置的磁场强度相同，从而在磁场作用下，每个缓冲单元1的磁流变弹性体11所产生的形变程度相同。
本实施例中，如附图图1与图6所示，多个缓冲单元1在制动器定子2的端面上沿周向分布，且环绕设置在制动器定子2上的电磁线圈22，每个缓冲单元1到电磁线圈22的径向距离相同，从而保证磁场强度相同。
进一步地，缓冲单元1设置于构造在制动器定子2端面上的凹槽21中，磁流变弹性体11固定在凹槽21中，弹性缓冲件12通过凹槽21的槽口与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11在膨胀或收缩时在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
具体地，如附图图1与图6所示，缓冲单元1设置在制动器定子2端面上的凹槽21中，其中缓冲单元1的磁流变弹性体11固定在凹槽21中，且磁流变弹性体11的径向持续与凹槽21的径向尺寸匹配，这样凹槽21不仅为磁流变弹性体11的安装提供空间，而且限制磁流变弹性体11在径向上的膨胀与收缩，使得磁流变弹性体11在膨胀与收缩形变时，其形变主要表现在凹槽21的深度方向上(槽口与槽底之间连接直线的方向)，从而在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
此外，本发明的技术方案的主要结构主要集中在作为不动件的制动器定子2上，仅仅在制动器定子2上进行开槽，而对于作为运动件的制动器衔铁3的本身结构没有任何改变，因此可以保证制动器衔铁3结构的稳定性，可以提高制动器的使用寿命。
进一步地，磁流变弹性体11包括弹性外壳以及密封在弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体11包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
具体地，磁流变弹性体11可以采用在弹性外壳(例如橡胶外壳)内密封磁流变液态介质的结构，磁流变液态介质包括基液以及分布在基液中的磁性颗粒。磁流变弹性体11也可以采用固体结构，即使磁性颗粒分布在固态基质(例如橡胶块)中制成磁流变固态介质，将该磁流变固态介质制成相应结构、形状的固体弹性块。
本实施例中采用在弹性外壳内密封磁流变液态介质的结构，将磁流变弹性体11整体制成与凹槽21形状相同的圆柱形。
实施例2
本发明的实施例提供了一种制动器缓冲机构，包括缓冲单元1，缓冲单元1包括固定于制动器定子2端面的磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12，弹性缓冲件12的末端与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11位于制动器定子2内部的电磁线圈22在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，磁流变弹性体11能够根据电磁线圈22的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与制动器衔铁3运动方向相反的缓冲作用力。
具体地，基于目前的制动器的结构，噪音与振动主要是由于制动器衔铁3的运动而产生，即制动器衔铁3运动而与其他构件产生撞击导致噪音与振动的产生。其中，制动器衔铁3在电磁力的作用下朝靠近制动器定子2的方向移动而与制动器定子2产生撞击，以及在电磁力消失后制动器衔铁3朝原理制动器定子2、靠近摩擦片4的方向移动而与摩擦片4产生撞击。因此，针对制动器的噪音与振动的缓解与消除，就需要针对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
如附图图1与图2所示，本发明的缓冲机构设置在制动器衔铁3与制动器定子2之间，包括由磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12构成缓冲单元1，磁流变弹性体11的位置位于制动器定子2内部电磁线圈22所能够产生的磁场的范围内，其能够在磁场的作用下产生膨胀以及能够在磁场消失时由膨胀变为收缩，而这种形变能够产生相应的作用力，该作用力通过弹性缓冲件12作用到制动器衔铁3上，进而对于制动器衔铁3的运动进行缓冲。
参考附图图3，在电磁线圈22处于通电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2产生磁力吸引制动器衔铁3，制动器衔铁3即克服弹性缓冲件12的弹力朝靠近制动器定子2的方向移动。与此同时，电磁线圈22产生的磁场作用于磁流变弹性体11，使得磁流变弹性体11产生磁致效应，内部颗粒瞬间被磁化，整体产生膨胀形变，阻尼和刚度均得到提高。而膨胀形变产生的作用力可以通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的推力，所以磁流变弹性体11体积膨胀所产生的推力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对制动器定子2的冲击，并且磁流变弹性自身在磁场作用下产生的高阻尼可以快速衰减制动器衔铁3撞击制动器定子2的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
参照附图图4，在电磁线圈22处于失电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2失去磁力，制动器衔铁3即在弹性缓冲件12的弹力作用下反向朝靠近摩擦片4的方向移动。与此同时，由于电磁线圈22失电，作用于磁流变弹性体11的磁场消失，整体产生膨胀形变的磁流变弹性体11收缩并回复初始状态。而收缩形变同样产生作用力且通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的拉力，所以磁流变弹性体11体积收缩所产生的拉力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对摩擦片4的冲击，并且磁流变弹性自身的阻尼液可以快速衰减制动器衔铁3撞击摩擦片4的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
需要说明的是，在制动器衔铁3的以上两个方向的运动过程中，弹性缓冲件12始终处于压缩状态，因此磁流变弹性自身形变所产生的作用力以及相应的能量会进行单向不可逆的传递，冲击的能量转换为磁流变弹性体11和弹性缓冲件12的阻尼耗能，可以有效地对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
优选地，弹性缓冲件12为非线性弹簧。
具体地，非线性弹簧的减振频带更宽，而冲击所含振动的频带也较宽，因此针对制动器的宽频冲击信号的减振，由非线性弹簧与磁流变弹性体11构成的非线性能量阱，减振效果更好。当然，实际应用时，也可以采用线性弹簧，同样能解决相应的技术问题，只不过线性弹簧的减振频带单一，减振降噪效果可能不如非线性弹簧。
可选地，非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性。
具体地，根据具体需要，非线性弹簧可以整体可以是非线性特性一致的结构，当然也可以采用多个具有不同的非线性特性的部分进行组合的弹簧结构。例如可以将非线性弹簧沿其轴向分为的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性；非线性特性的不同可以由材质的不同来实现，也可以由结构、尺寸的不同来实现。
进一步地，非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，例如每种形状记忆合金制作非线性弹簧的一个非线性弹性段。非线性弹簧的刚度根据结构在相应方向上的不同振动频率和实际需要呈非线性设置，同时需要具有阻尼特性，以进行冲击能量的部分耗能。形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
进一步地，多个缓冲单元1在制动器定子2端面上均匀分布，且电磁线圈22在通电时所产生的磁场在每个缓冲单元1所在位置处的磁场强度一致。
具体地，多个缓冲单元1均匀分布于制动器定子2的端面，主要用于保证各个位置的缓冲，其中每个缓冲单元1所在位置的磁场强度相同，从而在磁场作用下，每个缓冲单元1的磁流变弹性体11所产生的形变程度相同。
本实施例中，如附图图1与图6所示，多个缓冲单元1在制动器定子2的端面上沿周向分布，且环绕设置在制动器定子2上的电磁线圈22，每个缓冲单元1到电磁线圈22的径向距离相同，从而保证磁场强度相同。
进一步地，缓冲单元1设置于构造在制动器定子2端面上的凹槽21中，磁流变弹性体11固定在凹槽21中，弹性缓冲件12通过凹槽21的槽口与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11在膨胀或收缩时在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
具体地，如附图图1与图6所示，缓冲单元1设置在制动器定子2端面上的凹槽21中，其中缓冲单元1的磁流变弹性体11固定在凹槽21中，且磁流变弹性体11的径向持续与凹槽21的径向尺寸匹配，这样凹槽21不仅为磁流变弹性体11的安装提供空间，而且限制磁流变弹性体11在径向上的膨胀与收缩，使得磁流变弹性体11在膨胀与收缩形变时，其形变主要表现在凹槽21的深度方向上(槽口与槽底之间连接直线的方向)，从而在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
此外，本发明的技术方案的主要结构主要集中在作为不动件的制动器定子2上，仅仅在制动器定子2上进行开槽，而对于作为运动件的制动器衔铁3的本身结构没有任何改变，因此可以保证制动器衔铁3结构的稳定性，可以提高制动器的使用寿命。
进一步地，磁流变弹性体11包括弹性外壳以及密封在弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体11包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
具体地，磁流变弹性体11可以采用在弹性外壳(例如橡胶外壳)内密封磁流变液态介质的结构，磁流变液态介质包括基液以及分布在基液中的磁性颗粒。磁流变弹性体11也可以采用固体结构，即使磁性颗粒分布在固态基质(例如橡胶块)中制成磁流变固态介质，将该磁流变固态介质制成相应结构、形状的固体弹性块。
本实施例中采用在弹性外壳内密封磁流变液态介质的结构，将磁流变弹性体11整体制成与凹槽21形状相同的圆柱形。
进一步地，缓冲单元1包括多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12，多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12沿一个直线方向依次连接且磁流变弹性体11与弹性缓冲件12交替分布。
具体地，为了提高缓冲效果，可以增加缓冲单元1中的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12的数量。如附图图5所示，缓冲单元1由多个交替分布的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12构成，相邻的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12彼此连接，且每个缓冲单元1的磁流变弹性体11的数量相同、弹性缓冲件12的数量相同。这样多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12可以进一步快速消耗冲击能量，提高缓冲效果。
此外，基于制动器定子2的凹槽21结构，所有的磁流变弹性体11均始终位于凹槽21中，最靠近槽底的位置设置与凹槽21固定的磁流变弹性体11，其他磁流变弹性体11限位在凹槽21中，可以沿凹槽21的深度方向移动。
实施例3
本发明的实施例提供了一种电机制动器，如附图图6所示，电机制动器结构上主要包括制动器定子2与制动器定子2相对设置的轮毂5，轮毂5上套设有沿轴向依次分布的制动器衔铁3、摩擦片4以及限位板6。制动器定子2内部设置有电子线圈，制动器定子2与制动器衔铁3之间设置有制动器缓冲机构。制动器衔铁3沿轴向在制动器定子2与摩擦片4之间运动，制动器缓冲机构用于缓冲制动器衔铁3的运动。
制动器缓冲机构包括缓冲单元1，缓冲单元1包括固定于制动器定子2端面的磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12，弹性缓冲件12的末端与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11位于制动器定子2内部的电磁线圈22在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，磁流变弹性体11能够根据电磁线圈22的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与制动器衔铁3运动方向相反的缓冲作用力。
具体地，基于目前的制动器的结构，噪音与振动主要是由于制动器衔铁3的运动而产生，即制动器衔铁3运动而与其他构件产生撞击导致噪音与振动的产生。其中，制动器衔铁3在电磁力的作用下朝靠近制动器定子2的方向移动而与制动器定子2产生撞击，以及在电磁力消失后制动器衔铁3朝原理制动器定子2、靠近摩擦片4的方向移动而与摩擦片4产生撞击。因此，针对制动器的噪音与振动的缓解与消除，就需要针对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
如附图图1与图2所示，本发明的缓冲机构设置在制动器衔铁3与制动器定子2之间，包括由磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12构成缓冲单元1，磁流变弹性体11的位置位于制动器定子2内部电磁线圈22所能够产生的磁场的范围内，其能够在磁场的作用下产生膨胀以及能够在磁场消失时由膨胀变为收缩，而这种形变能够产生相应的作用力，该作用力通过弹性缓冲件12作用到制动器衔铁3上，进而对于制动器衔铁3的运动进行缓冲。
参考附图图3，在电磁线圈22处于通电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2产生磁力吸引制动器衔铁3，制动器衔铁3即克服弹性缓冲件12的弹力朝靠近制动器定子2的方向移动。与此同时，电磁线圈22产生的磁场作用于磁流变弹性体11，使得磁流变弹性体11产生磁致效应，内部颗粒瞬间被磁化，整体产生膨胀形变，阻尼和刚度均得到提高。而膨胀形变产生的作用力可以通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的推力，所以磁流变弹性体11体积膨胀所产生的推力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对制动器定子2的冲击，并且磁流变弹性自身在磁场作用下产生的高阻尼可以快速衰减制动器衔铁3撞击制动器定子2的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
参照附图图4，在电磁线圈22处于失电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2失去磁力，制动器衔铁3即在弹性缓冲件12的弹力作用下反向朝靠近摩擦片4的方向移动。与此同时，由于电磁线圈22失电，作用于磁流变弹性体11的磁场消失，整体产生膨胀形变的磁流变弹性体11收缩并回复初始状态。而收缩形变同样产生作用力且通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的拉力，所以磁流变弹性体11体积收缩所产生的拉力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对摩擦片4的冲击，并且磁流变弹性自身的阻尼液可以快速衰减制动器衔铁3撞击摩擦片4的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
需要说明的是，在制动器衔铁3的以上两个方向的运动过程中，弹性缓冲件12始终处于压缩状态，因此磁流变弹性自身形变所产生的作用力以及相应的能量会进行单向不可逆的传递，冲击的能量转换为磁流变弹性体11和弹性缓冲件12的阻尼耗能，可以有效地对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
优选地，弹性缓冲件12为非线性弹簧。
具体地，非线性弹簧的减振频带更宽，而冲击所含振动的频带也较宽，因此针对制动器的宽频冲击信号的减振，由非线性弹簧与磁流变弹性体11构成的非线性能量阱，减振效果更好。当然，实际应用时，也可以采用线性弹簧，同样能解决相应的技术问题，只不过线性弹簧的减振频带单一，减振降噪效果可能不如非线性弹簧。
可选地，非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性。
具体地，根据具体需要，非线性弹簧可以整体可以是非线性特性一致的结构，当然也可以采用多个具有不同的非线性特性的部分进行组合的弹簧结构。例如可以将非线性弹簧沿其轴向分为的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性；非线性特性的不同可以由材质的不同来实现，也可以由结构、尺寸的不同来实现。
进一步地，非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，例如每种形状记忆合金制作非线性弹簧的一个非线性弹性段。非线性弹簧的刚度根据结构在相应方向上的不同振动频率和实际需要呈非线性设置，同时需要具有阻尼特性，以进行冲击能量的部分耗能。形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
进一步地，多个缓冲单元1在制动器定子2端面上均匀分布，且电磁线圈22在通电时所产生的磁场在每个缓冲单元1所在位置处的磁场强度一致。
具体地，多个缓冲单元1均匀分布于制动器定子2的端面，主要用于保证各个位置的缓冲，其中每个缓冲单元1所在位置的磁场强度相同，从而在磁场作用下，每个缓冲单元1的磁流变弹性体11所产生的形变程度相同。
本实施例中，如附图图1与图6所示，多个缓冲单元1在制动器定子2的端面上沿周向分布，且环绕设置在制动器定子2上的电磁线圈22，每个缓冲单元1到电磁线圈22的径向距离相同，从而保证磁场强度相同。
进一步地，缓冲单元1设置于构造在制动器定子2端面上的凹槽21中，磁流变弹性体11固定在凹槽21中，弹性缓冲件12通过凹槽21的槽口与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11在膨胀或收缩时在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
具体地，如附图图1与图6所示，缓冲单元1设置在制动器定子2端面上的凹槽21中，其中缓冲单元1的磁流变弹性体11固定在凹槽21中，且磁流变弹性体11的径向持续与凹槽21的径向尺寸匹配，这样凹槽21不仅为磁流变弹性体11的安装提供空间，而且限制磁流变弹性体11在径向上的膨胀与收缩，使得磁流变弹性体11在膨胀与收缩形变时，其形变主要表现在凹槽21的深度方向上(槽口与槽底之间连接直线的方向)，从而在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
此外，本发明的技术方案的主要结构主要集中在作为不动件的制动器定子2上，仅仅在制动器定子2上进行开槽，而对于作为运动件的制动器衔铁3的本身结构没有任何改变，因此可以保证制动器衔铁3结构的稳定性，可以提高制动器的使用寿命。
进一步地，磁流变弹性体11包括弹性外壳以及密封在弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体11包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
具体地，磁流变弹性体11可以采用在弹性外壳(例如橡胶外壳)内密封磁流变液态介质的结构，磁流变液态介质包括基液以及分布在基液中的磁性颗粒。磁流变弹性体11也可以采用固体结构，即使磁性颗粒分布在固态基质(例如橡胶块)中制成磁流变固态介质，将该磁流变固态介质制成相应结构、形状的固体弹性块。
本实施例中采用在弹性外壳内密封磁流变液态介质的结构，将磁流变弹性体11整体制成与凹槽21形状相同的圆柱形。
实施例4
本发明的实施例提供了一种电机制动器，如附图图6所示，电机制动器结构上主要包括制动器定子2与制动器定子2相对设置的轮毂5，轮毂5上套设有沿轴向依次分布的制动器衔铁3、摩擦片4以及限位板6。制动器定子2内部设置有电子线圈，制动器定子2与制动器衔铁3之间设置有制动器缓冲机构。制动器衔铁3沿轴向在制动器定子2与摩擦片4之间运动，制动器缓冲机构用于缓冲制动器衔铁3的运动。
制动器缓冲机构包括缓冲单元1，缓冲单元1包括固定于制动器定子2端面的磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12，弹性缓冲件12的末端与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11位于制动器定子2内部的电磁线圈22在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，磁流变弹性体11能够根据电磁线圈22的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与制动器衔铁3运动方向相反的缓冲作用力。
具体地，基于目前的制动器的结构，噪音与振动主要是由于制动器衔铁3的运动而产生，即制动器衔铁3运动而与其他构件产生撞击导致噪音与振动的产生。其中，制动器衔铁3在电磁力的作用下朝靠近制动器定子2的方向移动而与制动器定子2产生撞击，以及在电磁力消失后制动器衔铁3朝原理制动器定子2、靠近摩擦片4的方向移动而与摩擦片4产生撞击。因此，针对制动器的噪音与振动的缓解与消除，就需要针对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
如附图图1与图2所示，本发明的缓冲机构设置在制动器衔铁3与制动器定子2之间，包括由磁流变弹性体11以及与磁流变弹性体11相连的弹性缓冲件12构成缓冲单元1，磁流变弹性体11的位置位于制动器定子2内部电磁线圈22所能够产生的磁场的范围内，其能够在磁场的作用下产生膨胀以及能够在磁场消失时由膨胀变为收缩，而这种形变能够产生相应的作用力，该作用力通过弹性缓冲件12作用到制动器衔铁3上，进而对于制动器衔铁3的运动进行缓冲。
参考附图图3，在电磁线圈22处于通电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2产生磁力吸引制动器衔铁3，制动器衔铁3即克服弹性缓冲件12的弹力朝靠近制动器定子2的方向移动。与此同时，电磁线圈22产生的磁场作用于磁流变弹性体11，使得磁流变弹性体11产生磁致效应，内部颗粒瞬间被磁化，整体产生膨胀形变，阻尼和刚度均得到提高。而膨胀形变产生的作用力可以通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的推力，所以磁流变弹性体11体积膨胀所产生的推力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对制动器定子2的冲击，并且磁流变弹性自身在磁场作用下产生的高阻尼可以快速衰减制动器衔铁3撞击制动器定子2的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
参照附图图4，在电磁线圈22处于失电状态时，由磁性材料制成的制动器定子2失去磁力，制动器衔铁3即在弹性缓冲件12的弹力作用下反向朝靠近摩擦片4的方向移动。与此同时，由于电磁线圈22失电，作用于磁流变弹性体11的磁场消失，整体产生膨胀形变的磁流变弹性体11收缩并回复初始状态。而收缩形变同样产生作用力且通过弹性缓冲件12向制动器衔铁3施加与制动器衔铁3方向相反的拉力，所以磁流变弹性体11体积收缩所产生的拉力就作为缓冲作用力作用到制动器衔铁3上，对制动器衔铁3的运动进行缓冲，减轻制动器衔铁3对摩擦片4的冲击，并且磁流变弹性自身的阻尼液可以快速衰减制动器衔铁3撞击摩擦片4的能量，进而降低撞击产生的噪音与振动。
需要说明的是，在制动器衔铁3的以上两个方向的运动过程中，弹性缓冲件12始终处于压缩状态，因此磁流变弹性自身形变所产生的作用力以及相应的能量会进行单向不可逆的传递，冲击的能量转换为磁流变弹性体11和弹性缓冲件12的阻尼耗能，可以有效地对制动器衔铁3的运动进行缓冲。
优选地，弹性缓冲件12为非线性弹簧。
具体地，非线性弹簧的减振频带更宽，而冲击所含振动的频带也较宽，因此针对制动器的宽频冲击信号的减振，由非线性弹簧与磁流变弹性体11构成的非线性能量阱，减振效果更好。当然，实际应用时，也可以采用线性弹簧，同样能解决相应的技术问题，只不过线性弹簧的减振频带单一，减振降噪效果可能不如非线性弹簧。
可选地，非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性。
具体地，根据具体需要，非线性弹簧可以整体可以是非线性特性一致的结构，当然也可以采用多个具有不同的非线性特性的部分进行组合的弹簧结构。例如可以将非线性弹簧沿其轴向分为的多个非线性弹性段，每个非线性弹性段具有不同的非线性特性；非线性特性的不同可以由材质的不同来实现，也可以由结构、尺寸的不同来实现。
进一步地，非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，例如每种形状记忆合金制作非线性弹簧的一个非线性弹性段。非线性弹簧的刚度根据结构在相应方向上的不同振动频率和实际需要呈非线性设置，同时需要具有阻尼特性，以进行冲击能量的部分耗能。形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
进一步地，多个缓冲单元1在制动器定子2端面上均匀分布，且电磁线圈22在通电时所产生的磁场在每个缓冲单元1所在位置处的磁场强度一致。
具体地，多个缓冲单元1均匀分布于制动器定子2的端面，主要用于保证各个位置的缓冲，其中每个缓冲单元1所在位置的磁场强度相同，从而在磁场作用下，每个缓冲单元1的磁流变弹性体11所产生的形变程度相同。
本实施例中，如附图图1与图6所示，多个缓冲单元1在制动器定子2的端面上沿周向分布，且环绕设置在制动器定子2上的电磁线圈22，每个缓冲单元1到电磁线圈22的径向距离相同，从而保证磁场强度相同。
进一步地，缓冲单元1设置于构造在制动器定子2端面上的凹槽21中，磁流变弹性体11固定在凹槽21中，弹性缓冲件12通过凹槽21的槽口与制动器衔铁3连接，磁流变弹性体11在膨胀或收缩时在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
具体地，如附图图1与图6所示，缓冲单元1设置在制动器定子2端面上的凹槽21中，其中缓冲单元1的磁流变弹性体11固定在凹槽21中，且磁流变弹性体11的径向持续与凹槽21的径向尺寸匹配，这样凹槽21不仅为磁流变弹性体11的安装提供空间，而且限制磁流变弹性体11在径向上的膨胀与收缩，使得磁流变弹性体11在膨胀与收缩形变时，其形变主要表现在凹槽21的深度方向上(槽口与槽底之间连接直线的方向)，从而在凹槽21深度方向上产生缓冲作用力。
此外，本发明的技术方案的主要结构主要集中在作为不动件的制动器定子2上，仅仅在制动器定子2上进行开槽，而对于作为运动件的制动器衔铁3的本身结构没有任何改变，因此可以保证制动器衔铁3结构的稳定性，可以提高制动器的使用寿命。
进一步地，磁流变弹性体11包括弹性外壳以及密封在弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体11包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
具体地，磁流变弹性体11可以采用在弹性外壳(例如橡胶外壳)内密封磁流变液态介质的结构，磁流变液态介质包括基液以及分布在基液中的磁性颗粒。磁流变弹性体11也可以采用固体结构，即使磁性颗粒分布在固态基质(例如橡胶块)中制成磁流变固态介质，将该磁流变固态介质制成相应结构、形状的固体弹性块。
本实施例中采用在弹性外壳内密封磁流变液态介质的结构，将磁流变弹性体11整体制成与凹槽21形状相同的圆柱形。
进一步地，缓冲单元1包括多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12，多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12沿一个直线方向依次连接且磁流变弹性体11与弹性缓冲件12交替分布。
具体地，为了提高缓冲效果，可以增加缓冲单元1中的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12的数量。如附图图5所示，缓冲单元1由多个交替分布的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12构成，相邻的磁流变弹性体11与弹性缓冲件12彼此连接，且每个缓冲单元1的磁流变弹性体11的数量相同、弹性缓冲件12的数量相同。这样多个磁流变弹性体11与多个弹性缓冲件12可以进一步快速消耗冲击能量，提高缓冲效果。
此外，基于制动器定子2的凹槽21结构，所有的磁流变弹性体11均始终位于凹槽21中，最靠近槽底的位置设置与凹槽21固定的磁流变弹性体11，其他磁流变弹性体11限位在凹槽21中，可以沿凹槽21的深度方向移动。
实施例5
本发明的实施例提供了一种电机，包括实施例3或实施例4的电机制动器，进而具备其所具备的全部技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种制动器缓冲机构，其特征在于，包括缓冲单元，所述缓冲单元包括固定于制动器定子端面的磁流变弹性体以及与所述磁流变弹性体相连的弹性缓冲件，所述弹性缓冲件的末端与制动器衔铁连接，所述磁流变弹性体位于所述制动器定子内部的电磁线圈在通电时所产生的磁场的范围内；
其中，所述磁流变弹性体能够根据所述电磁线圈的通电与否产生膨胀或收缩，以产生与所述制动器衔铁运动方向相反的缓冲作用力。
2.根据权利要求1所述的制动器缓冲机构，其特征在于，多个所述缓冲单元在所述制动器定子端面上均匀分布，且所述电磁线圈在通电时所产生的磁场在每个所述缓冲单元所在位置处的磁场强度一致。
3.根据权利要求1或2所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述缓冲单元包括多个所述磁流变弹性体与多个所述弹性缓冲件，多个所述磁流变弹性体与多个所述弹性缓冲件沿一个直线方向依次连接且所述磁流变弹性体与所述弹性缓冲件交替分布。
4.根据权利要求1所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述缓冲单元设置于构造在所述制动器定子端面上的凹槽中，所述磁流变弹性体固定在所述凹槽中，所述弹性缓冲件通过所述凹槽的槽口与所述制动器衔铁连接，所述磁流变弹性体在膨胀或收缩时在所述凹槽深度方向上产生所述缓冲作用力。
5.根据权利要求1所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述磁流变弹性体包括弹性外壳以及密封在所述弹性外壳内的磁流变液态介质，或磁流变弹性体包括由磁流变固态介质制成的固体弹性块。
6.根据权利要求1所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述弹性缓冲件为非线性弹簧。
7.根据权利要求6所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述非线性弹簧包括沿其轴向分布的多个非线性弹性段，每个所述非线性弹性段具有不同的非线性特性。
8.根据权利要求6或7所述的制动器缓冲机构，其特征在于，所述非线性弹簧采用同一种或多种形状记忆合金制成，所述形状记忆合金包括镍钛合金、铜镍合金、铜铝合金、铜锌合金以及铁合金。
9.一种电机制动器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的制动器缓冲机构。
10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求9所述的电机制动器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311125541.2A CN117155058A (zh) | 2023-09-01 | 2023-09-01 | 制动器缓冲机构、电机制动器及电机 |
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Publications (1)
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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