CN1348533A - 伺服马达刹车 - Google Patents

Abstract

一种伺服马达96的刹车10包括一外壳28具有第一外壳部分30及第二外壳部分32,而其中输入12可藉由轴承60而旋转地装设,伺服马达96的操控器98收纳在加大凹陷40中,而轴21通过轴向开口38而藉由结合件106而固定在输入12的轴孔20中,以使刹车10与伺服马达96对齐。藉由伸入长形径向加长槽46的螺丝108而将刹车10固定在伺服马达96,藉由弹簧94在一径向表面92与第一外壳部分30之间延伸以偏压一楔形摩擦面82,以结合输入12的接口表面26与外壳28的摩擦表面部分70,在第二外壳部分32的室62内液压下藉由活塞100滑动而将摩擦面82移动到一分离位置。

Description

伺服马达刹车

本发明大致有关于控制输入相对于输出旋转的装置，且特别有关于伺服马达中使用的旋转控制装置，且尤其有关于伺服马达刹车。

伺服马达已日渐用于机器组件移动控制时的驱动器，在一些伺服马达应用中期望停止驱动中机器组件的移动，其不仅限于停车或紧急刹车而且也适用于伺服马达动力的中断。通常购自制造商的伺服马达配有一体成型的刹车组件(也可能没有)。然而需要装设刹车以作为与伺服马达分开的另一模块，特别是伺服马达使用者可购买一种标准伺服马达以用于所有的情况(假设因为购买的量大而有折扣使得单价较低)，再将刹车模块加入伺服马达以应用于需要刹车的情况，在一较佳特征中，期望此一加入的伺服马达刹车其性能超出一体成型式伺服马达及刹车，因而使整个产品大小减到极小。

满足这种需要的主要障碍是伺服马达制造业尚未采用标准规格，特别是伺服马达的驱动轴其径向尺寸并不相同，而且虽然一般在输出面上包括有操控器，而操控器面的尺寸及形状会因伺服马达制造者而不同，此外虽然通常输出面包括4个螺孔位于大于操控器的正方形的角落，以便容纳从要驱动的装置组件中伸出的螺丝，但是这种孔的直径不同且与驱动轴的径向间距不同，为了减少库存及利用大量生产的优点，而期望刹车作成模块以接到伺服马达，以便能应用在各制造商生产的伺服马达中，而且可依与其连接的特殊伺服马达而作修正。

本发明可解决旋转控制时的此需求及其它问题，方法是在一较佳实施例中提供复数个槽从外壳的圆盘外表面向内径向延伸，而各槽可收纳螺丝以接到驱动器如伺服马达，及具有一轴向延伸凹陷形成在圆盘表面以收纳伺服马达的操控器，在本发明的最佳特征中，藉由将伺服马达的驱动轴收纳在旋转控制装置输入的轴向孔中而使伺服马达与外壳对齐，而在最佳实例中利用可扩张连接而使轴孔成为标准尺寸，但是接到驱动轴的不同尺寸及形状。

在本发明的另一特征中，一楔形环状摩擦面在结合位置与分离位置之间移动，而输入及输出可以在分离位置独自旋转，而且当环状摩擦面的第一及第二表面分别与输入的接口及输出的摩擦面作接口接触时，即可共同旋转，而且接口及摩擦面在与输入的旋转轴相对且非平行的角度延伸。

因此本发明的目的是提供一种新式旋转控制装置。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置具有适于伺服马达的特别应用。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置其可容易的加入以当成不同规格驱动器的模块。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置其可修正以适应与其结合的特别驱动器。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置以使性能达到最佳而尺寸达到极小。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置具有较少的零件且可容易地制造。

本发明的又一目的是提供此一新式旋转控制装置其具有低惯性。

本发明上述的目的和优点将在以下结合附图和实施例的详细描述中体现得更加清楚。

参考附图以说明较佳实施例，其中

图1是伺服马达最佳实施例中的旋转控制装置的底视图可应用于伺服马达。

图2是沿着图1线2-2看去的图1旋转控制装置的剖面图，其中一部分且用虚线显示伺服马达及要驱动的装置组件。

附图的目的只是便于本发明的说明，熟于此技术者可藉由参考附图而了解较佳实施例中各组件的标号，位置，关系及大小，此外，熟于此技术者更可藉由参考附图而了解正确的大小，施力，重量，强度及类似规格等；

图中的相同标号表示同一组件，而名词如第一，第二，内，外，上，下，高度，宽度，长度，末端，侧，水平，垂直只是从视者角度去看，以利于说明。

图中显示根据本发明较佳实施例的旋转控制装置是弹性结合式液体刹车10，该最佳实施例中的刹车10可旋转控制一输入12。输入12包括第一轴向部分14及第二轴向部分16，第一轴向部分14具有圆形剖面的外表面18及内部轴向延伸孔20以便以非旋转方式收纳电源96的轴21，在最佳实施例中，伺服马达10用于电气伺服马达96，而轴21是伺服马达96的一部分。第二轴向部分16是机器，机器人，或其它装置组件23的轴且由伺服马达96控制。在最佳实施例中，输入12更包括接在第一轴向部分14与第二轴向部分16之间的径向延伸接口24。接口24的末端是环状接口26以非平行于输入轴12的角度延伸，及以输入12轴的径向延伸，明确而言从图2的左方向右看去时是向轴的径向向外延伸，在最佳实施例中，表面26以相对于输入12轴20到25度的角度延伸，表面26与输入12轴的径向间距较短，而在最佳实施例中其与输入12轴的距离小于二倍的表面18的径向间距，在最佳实施例中，第一及第二轴向部分14，16及输入12接口24是由单一材料制造的一体成型组件。

在最佳实施例中刹车10更包括一输出(如外壳28)，而输入12可相对于轴在外壳28中旋转(最佳实施例)，外壳28包括伺服马达连接外壳部分30及气室外壳部分32，外壳部分30包括径向的圆盘34及轴向延伸的圆状形组件36从圆盘34的第一面37延伸，根据本发明的圆盘34包括轴向开口38延伸通过第一面37及圆盘34的第二相对面39，且具有的大小大于伺服马达96的轴21，而在最佳实施例中径向大小大于输入12的表面18，圆盘34更包括圆柱形凹陷40从圆盘34的第二面39延伸，且朝着第一面37但是与其隔开。凹陷40与开口38呈同心状而其径向大小大于开口38，而其径向大小至少等于或最好稍大于市售伺服马达96的最大操控器98。

圆盘34的外表面42是正方形，孔44延伸通过圆盘34的第一及第二面37，39而径向间距大于圆柱形组件36及圆柱形凹陷40，而孔44从第二面39反向钻孔，朝着第一面37但是与其隔开(在最佳实施例中)。4个相邻孔44以等距环状排列在圆盘34外表面42的正方形角落中，根据本发明的圆盘34更包括槽46环状且与孔44隔开，从圆盘34外表面42的方形的各角落径向向内延伸，图中的槽46的内部其径向稍大于圆柱形组件36的外表面。径向工具信道45从外表面42的方形的一侧垂直延伸，且径向的与轴向开口38交叉，信道45从圆盘34的面39朝着面37延伸但是与其相隔。

圆柱形组件36的内外表面具有圆的剖面(最佳实施例)，而且与输入12轴及轴向开口38呈同心状。外壳30的圆柱形组件36包括环状肩部47从其自由轴端及其外表面向内延伸。

外壳部分32包括径向环状环管48及一体成型的环50从环管48的第一面52轴向延伸，根据本发明的环管48包括轴向开口54延伸通过第一面52及相对的第二面56，具有的大小大于轴向部分16，且在最佳实施例中径向大小等于轴向部分14的表面18，肩部48伸入开口54而与表面56共同延伸，其轴向长度远小于开口54的轴向长度。

输入12可藉由轴承60而旋转地装在外壳部分32，尤其是轴轴60包括收纳在轴向部分16中的内沟槽，且具有一内端紧靠着轴向部分14及接口24。轴承60更包括收纳在开口54中的外沟槽，且具有一外端紧靠着肩部48，环管48的外表面与环50的外表面共同延伸，在最佳实施例中其形状是方形而大小对应于外壳部分30的外表面42，环管48包括环状活塞室62具有一轴向延伸内表面46，其径向大小大于开口54，且具有一轴向延伸外表面66其径向大小大于表面64。

环50包括径向大小的第一轴向延伸内表面68，且与表面66共同延伸。与第二部分67共同延伸且轴向向内的第二中间内摩擦表面部分70，其以非平行于输入12轴的角度延伸，在最佳实施例中其以相对于输入12轴10度的角度延伸，在此而实施例中，表面部分70相对于输入12轴而径向向内延伸(从图2的左方向右方看去)，轴向向内且与表面部分70共同延伸的是第三轴向延伸内表面部分72其径向大小大于表面部分68，且等于外壳部分30的肩部47以收纳在其中。螺孔76轴向延伸通过外壳部分30的环50及环管48，而且与外壳部分30的孔44有一径向间距且对应着它。外壳部分30，32用螺丝78穿过孔44及螺入孔76以安装定位。外壳部分30，32藉由表面部分70的及外壳部分30的圆柱形组件36的肩部47中的外壳部分32的环50的自由端的收纳而互相安装在轴向位置，在外壳部分32中作适当的配置即可将液体压入外壳部分32的活塞室62。

根据本发明的刹车10更包括楔形的环状摩擦面82，尤其是摩擦面82包括第一径向延伸面84，其径向大小等于或稍小于表面26与表面部分70之间以收纳在之间，摩擦面82更包括一外表面86从表面84延伸出，其径向大小及形状对应于表面部分70，而且与其摩擦相结合，摩擦面82也包括内表面其包括第一表面部分88从表面84延伸，其径向大小及形状对应而且与表面26作摩擦结合。摩擦面82的内表面也包括第二表面部分90，从表面部分88轴向向内延伸。摩擦面82更包括第二径向延伸面92，在表面86及表面部分90的内端之间延伸，因此表面86及表面部分88从表面84的径向间距增加的同时也增加间距，而且从表面92之间距增加的同时也具有减少的径向间距。

根据本发明的刹车10更包括适当的配置以便在结合位置与分离位置之间移动摩擦面82，在最佳实施例中，藉由弹簧94(其在摩擦面82的表面92与外壳部分30的面37之间轴向延伸)的压缩而移动摩擦面82到一结合位置，且与圆柱形组件36的内表面相邻。

在最佳实施例中，藉由环状活塞100在活塞室62的中滑动而将摩擦面82移动到结合位置，在最佳实施例中，活塞100具有L型的径向剖面，包括一活塞体102具有内外表面分别对应表面64，64以便在其中滑动，图中在活塞体102与活塞室62之间设置适当的密封如O环。活塞100更包括环状凸缘104从本体102轴向延伸，而环状凸缘104具有的外表面与本体102的外表面102共同延伸而且与其维持相同的径向间距，而其极大径向大小等于表面部分68以便在其中滑动。凸缘104的径向大小小于本体102及小于表面26与表面部分70之间以便收纳在其中。凸缘104的自由端与摩擦面82的径向延伸面84紧靠，凸缘104使本体102在活塞室62中具有较大的剖面，以便藉由液压而产生力同时使表面26与表面部分70之间的径向间距减到极小，以及使表面84与摩擦面82之间的径向大小减到极小。藉由将液体引入室62，活塞100即可在液压下相对于外壳部分32而轴向滑动，以使摩擦面82从结合位置移动到分离位置以顶靠着弹簧94，活塞100的摩擦面82的轴向移动受限于表面92与外壳部分30的圆柱形组件36的自由端的结合。

已说明根据本发明较佳实施例的刹车10的基本结构，因此可解释一较佳应用及刹车10的一些优点，尤其是伺服马达96的轴21轴向伸入且装入轴孔20中，在最佳实施例中，轴21可以是任何大小及形状，以令孔20成为标准孔以易于制造输入12，且使用可扩张结合件106以安装轴21在孔20中，尤其是结合件106包括第一及第二组件其可用螺合方式而互相轴向移动，以提供一外轴向表面以非滑动式的收纳在孔20中，及一内轴向面以非滑动式的收纳各种大小及形状的输入轴21。尤其是轴21插入结合件106其又插入孔20，而结合件106在非扩张情况。伺服马达96及刹车10可互相相对移动，操控器98收纳每凹陷40中直到外壳部分30的面39紧靠从操控器98径向向外延伸的伺服马达98的面。此时可以将扳手或类似工具插入工具信道45以便将结合件106扩张而进入其扩张位置，因而使轴21固定在轴孔20。

该了解的是藉由在孔20中收纳轴21(及最佳实施例中的结合件106)即可使刹车10与伺服马达96对齐。尤其是凹陷40不必为了对齐目的而维持紧密公差才能滑动收纳在操控器98中，事实在最佳实施例中，凹陷40一般大于特别伺服马达96的任何大小及形状的操控器98，因此根据本发明的凹陷40不必匹配或是修正以使其与任何特别伺服马达96的操控器98的特别大小及形状匹配，而是要凹陷40能使外壳部分30成为万用的标准设计，其与装有刹车10的特别伺服马达96无关。

轴21与孔20对齐后，螺丝108即插入槽46而螺入伺服马达96的表面中的孔，或是由螺帽固定在孔46中。可以将扳手或类似工具插在圆盘34的面37与环50的自由端之间以使螺丝108锁紧，依此，螺丝108可定位在槽46中，其径向位置对应伺服马达96的孔的径向位置。尤其是根据伺服马达96的特别制造商可以将伺服马达96的孔设计成与轴21的径向间距不同。因此根据本发明较佳实施例的槽46或圆盘34不必加工或是修正成匹配任何特别伺服马达96的特别孔位置，而是槽46要使外壳部分30成为万用的标准设计，其与装有刹车10的特别伺服马达96无关。

在本发明的最佳实施例中，外壳部分32的面56包括操控器110以收纳组件23，及孔112以根据本发明而收纳螺丝以固定组件23在刹车10的外壳28中。虽然输入12及外壳部分32在所有应用中都可使用是较佳的，但是也可将面56加工以包括操控器110及螺孔112以对应操控器98及特别伺服马达96的孔，以便能安装刹车10。类似的，可期望加工轴部分16以便从轴承60轴向向外，其大小及形状对应装有刹车10的特别伺服马达96的轴21的大小及形状，因此轴向部分16及面56具有相同的连接配置，而且若根据本发明而不提供刹车10则组件23可作面伺服马达96。

根据本发明的较佳实施例，摩擦面82提供输入12与外壳28之间的接口以产生楔形动作，此楔形动作产生增加扭矩的机械优点，其可传到输入12，外壳28及面82，其量与弹簧94的偏压力成正比。明确而言，若线性表面仅接在一起如习用的平板或是锥形控制装置，则此一楔形动作会产生极大的传输力。

此外，此一楔形摩擦面82产生的楔形动作可提供多项优点，第一，可以将弹簧94的力减到极小，同时提供必要的扭矩传输，在最佳实施例中它的量足以使伺服马达96暂停。而且根据本发明可以将刹车10的轴向大小减到极小，更重要的是，刹车10的轴向大小可以减到极小而且在最佳实施例中是对应伺服马达96的径向大小。此外可以使表面26径向向内定位以使接口24的径向大小减到极小，这对于使输入12的重量与旋转轴之间的距离减到极小是极为重要的，因此在伺服马达96上产生惯性，此外根据本发明最佳实施例的一体成型输入12对于减少整体重量占有重要地位，其可藉由伺服马达96而旋转，因而使伺服马达96的惯性减到极小，因为惯性力与旋转的重量及重量与旋转轴的距离无关，所以根据本发明较佳实施例的刹车10可以使惯性力减到极小，其在正常操作时对于伺服马达96的激活及停止是重要的。除了减少惯性力以外，一体成型的输入12较简单且便宜，因此若输入12是从多个组件制造的则可产生更坚硬的组件。

该了解的是根据本发明的较佳实施例由于摩擦面82提供的楔形动作，使得摩擦面82会在正常操作时受到大量磨损，因此根据本发明的较佳实施例，刹车10藉由伺服马达96正常操作时室62中的液压的引入而维持在分离位置，而且仅在静止情况下如停车移动组件或紧急情况下才移动到结合位置，以使摩擦面82的磨损减到极小。

已说明本发明的基本教示，熟于此技术者可以作许多延伸及变化，例如根据本发明最佳实施例的刹车10可装设数个唯一特征，且相信这些装设可产生合作结果，然而可了解的是根据本发明这些特征是可以分开使用或使用在各种其它合并中，例如外壳28包括一种万用标准设计的圆盘34(其与要固定外壳28的特别伺服马达96无关)可用于它种旋转控制装置，其可包括(但不仅限于此)根据本发明较佳实施例的线性表面接口型式。

同理，在最佳实施例中，刹车10是以液体分离，然而根据本发明的刹车10也可以用它种方式(包括但不限于电气)激活，依此，因为产生期望传输力  需的弹簧94力因本发明较佳实施例中产生的楔形动作而减到极小，因此易于将刹车10制造成它种动作形式，包括产生较小的动作力。

此外，虽然最佳实施例中显示输入12停止旋转，根据本发明也可设计它种形式的装置10用以控制旋转。

此外可期望提供配置以提供电气信号，其提供摩擦面82的位置指示，明确而言，尤其是在停车或紧急情况下，根据本发明此一电气信号可以使指示灯发光以提供视觉指示及/或使喇叭发出声响，以便能听到刹车10情况。

在不违反本发明精神或其一般特征下，本发明也可以它种特定形式实施，而上述各实例只是说明性，本发明的真实范围应由后附申请专利范围来界定，而不是上述说明，而且本发明包括有符合权利要求作的变化。

Claims (20)

1.一种旋转控制装置，共包括：一输入；一输出，输入可绕着轴相对于输出而旋转，输入包括：一环状接口在相对于轴的第一预设非平行角度延伸且朝着轴向内延伸，而输出具有一环状摩擦面在相对于轴的第二非平行角度从轴向外延伸；一楔形的环状摩擦面，包括一第一表面与接口成接口关系，及一第二表面与摩擦面成接口关系；及在一结合位置与一分离位置间移动摩擦面的装置，而摩擦面的第一及第二面与接口表面结合，而摩擦面可相对于输入，输出及摩擦面在结合位置旋转，且输入及输出可以在与分离位置无关的下旋转。

2.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中移动装置包括使摩擦面从分离位置移动到结合位置的偏压装置。

3.如权利要求2所述的旋转控制装置，其中移动装置更共包括：一活塞在液压下相对于输出而滑动，而活塞使摩擦面从结合位置移动到分离位置以顶靠该偏压装置。

4.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中输入共包括：一第一轴向部分；一第二轴向部分，而第一轴向部分包括一轴孔可收纳一输入轴，而第二轴向部分是轴形式以连接一组件；及一接口包括接口表面，而第一及第二轴向部分与接口是从单一材料一体成型制造。

5.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中输出是外壳形式，而外壳共包括：一第一外壳部分包括一圆盘具有第一及第二面；一轴向开口在圆盘的第一与第二面之间延伸；复数个槽在环状间距位置向内径向延伸，而各槽可收纳螺丝以接到一驱动器；及一轴向凹陷从第二面延伸但是与第一面隔开，而且与轴孔是同心圆以收纳驱动器的操控器。

6.如权利要求5所述的旋转控制装置，其中外壳更共包括：一第二外壳部分；复数个孔在圆盘的第一与第二面之间延伸；及复数个螺丝可伸入复数个孔以使第一及第二外壳部分固定在一起，而复数个孔相对于复数个槽是环状隔开，且在轴向延伸凹陷的向外径向位置。

7.如权利要求6所述的旋转控制装置，其中第一外壳部分包括一圆柱形组件从圆盘的第一面一体成型轴向延伸，而圆柱形组件包括一自由端及一外表面，而环状肩部形成在自由端及圆柱形组件的外表面上；而其中第二外壳部分包括一环状表面部分，其大小及形状可滑动收纳圆柱形组件的环状肩部。

8.如权利要求7所述的旋转控制装置，更共包括：一操控器形成在与第一外壳部分相对的第二外壳部分上。

9.如权利要求8所述的旋转控制装置，其中输入共包括：一第一轴向部分；一第二轴向部分，而第一轴向部分包括一轴孔可收纳一输入轴，而第二轴向部分是轴形式以连接一组件；及一接口包括接口表面，而第一及第二轴向部分与接口是从单一材料一体成型制造。

10.如权利要求9所述的旋转控制装置，其中第二外壳部分包括一轴向开口；而其中输入可藉由一轴承而旋转装设在第二外壳部分中，该轴承收纳在第二外壳部分的轴向开口中而且在输入的第二轴向部分上。

11.如权利要求3所述的旋转控制装置，其中环状摩擦圆盘更包括一第三表面及一第四表面，而第三及第四表面是径向排列，而第一及第二表面随着与第三表面之间距增加而增加间距，及随着与第四表面之间距增加而减少间距，而活塞顶靠第三表面而偏压装置顶靠第四表面。

12.如权利要求11所述的旋转控制装置，其中活塞包括一轴向延伸凸缘具有一自由端以顶靠环状摩擦圆盘的第三表面。

13.如权利要求11所述的旋转控制装置，其中圆柱形组件的自由端具有一径向长度以顶靠环状摩擦圆盘的第四表面。

14.如权利要求4所述的旋转控制装置，更共包括：一可扩张结合件具有：一外轴向表面以收纳在第一轴向部分的轴孔中，及一内轴向表面可收纳不同大小的输入轴。

15.一种旋转控制装置，共包括：一输入；一输出，输入可旋转地收纳在外壳中；而输入可旋转地接到一输入轴；而外壳共包括：一第一外壳部分包括一圆盘具有：第一面，第二面及一径向外表面；一轴孔在圆盘的第一面与第二面之间延伸以旋转地收纳输入轴；及复数个槽在环状隔开位置从圆盘外表面向内径向延伸，而各槽可收纳一螺丝以连接包括输入轴的驱动器；及一轴向延伸凹陷从第二面延伸但是与第一面隔开，而且与轴孔是同心圆以收纳驱动器的操控器。

16.如权利要求15所述的旋转控制装置，其中外壳更共包括：一第二外壳部分；复数个孔在圆盘的第一与第二面之间延伸；及复数个螺丝可伸入复数个孔以使第一及第二外壳部分固定在一起，而复数个孔相对于复数个槽是环状隔开，且在轴向延伸凹陷的向外径向位置。

17.如权利要求16所述的旋转控制装置，其中第一外壳部分包括一圆柱形组件从圆盘的第一面一体成型轴向延伸，而圆柱形组件包括一自由端及一外表面，而环状肩部形成在自由端及圆柱形组件的外表面上；而其中第二外壳部分包括一环状表面部分，其大小及形状可滑动收纳圆柱形组件的环状肩部。

18.如权利要求17所述的旋转控制装置，更共包括：一操控器形成在与第一外壳部分相对的第二外壳部分上。

19.如权利要求18所述的旋转控制装置，其中输入共包括：一第一轴向部分；一第二轴向部分，而第一轴向部分包括一轴孔可收纳一输入轴，而第二轴向部分是轴形式以连接一组件；及一接口包括接口表面，而第一及第二轴向部分与接口是从单一材料一体成型制造。

20.如权利要求19所述的旋转控制装置，其中第二外壳部分包括一轴向开口；而其中输入可藉由一轴承而旋转装设在第二外壳部分中，该轴承收纳在第二外壳部分的轴向开口中而且在输入的第二轴向部分上。