CN215409874U - 制动器和电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种制动器和电机。该制动器包括转动轮毂(1)和动子铁芯(2)，转动轮毂(1)朝向动子铁芯(2)的一端设置有环形凸起(3)，环形凸起(3)的内周壁上设置有键槽(4)，动子铁芯(2)朝向转动轮毂(1)的一端设置有凹槽(5)，环形凸起(3)安装入凹槽(5)内。根据本申请的制动器，能够缩小制动器尺寸，提高电机功率密度。

Description

制动器和电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种制动器和电机。

背景技术

随着机器人的小型化发展，市场对电机的小型化要求越来越高。各大电机厂家都在努力实现自身产品小型化，争取将电机功率密度做到最大。制动器是电机重要组成部件，所以如何缩小制动器尺寸进而提高电机功率密度是整个机器人行业力求解决的问题。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种制动器和电机，能够缩小制动器尺寸，提高电机功率密度。

为了解决上述问题，本申请提供一种制动器，包括转动轮毂和动子铁芯，转动轮毂朝向动子铁芯的一端设置有环形凸起，环形凸起的内周壁上设置有键槽，动子铁芯朝向转动轮毂的一端设置有凹槽，环形凸起安装入凹槽内。

优选地，环形凸起的外径为e，凹槽为圆槽，凹槽的直径为a，e＜a。

优选地，制动器还包括定子铁芯，定子铁芯上设置有线槽，线槽的内径为c，凹槽为圆槽，凹槽的直径为a，a≤c。

优选地，制动器还包括定子铁芯，定子铁芯上设置有线槽，动子铁芯的轴向长度为g，凹槽的轴向深度为f，线槽的底壁轴向长度为k，(g-f)/k≥0.7。

优选地，制动器还包括摩擦片，摩擦片套设在环形凸起外。

优选地，键槽沿轴向贯穿转动轮毂。

优选地，制动器还包括安装轴，转动轮毂安装在安装轴上，并与安装轴之间通过连接键连接。

优选地，制动器还包括定子铁芯，定子铁芯上设置有线槽，线槽内设置有定子绕组，定子铁芯与动子铁芯之间安装有制动弹簧。

优选地，定子铁芯朝向动子铁芯的一端设置有导柱，动子铁芯上设置有导槽，导柱能够滑动地设置在导槽内。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括制动器，该制动器为上述的制动器。

本申请提供的制动器，包括转动轮毂和动子铁芯，转动轮毂朝向动子铁芯的一端设置有环形凸起，环形凸起的内周壁上设置有键槽，动子铁芯朝向转动轮毂的一端设置有凹槽，环形凸起安装入凹槽内。该制动器利用动子铁芯上磁场利用率较低的部位来形成凹槽作为避让空间，在减小对制动器磁场密度的影响的同时，能够使得转动轮毂设置键槽的轴向长度增加，而这一部分增加的轴向长度以环形凸起的形式被容纳在动子铁芯的凹槽内，在降低转动轮毂和动子铁芯的总的轴向长度的基础上，能够保证键槽的长度，进而保证连接键具有足够的连接长度，保证连接键的连接可靠性，因此能够有效减小制动器的体积，减小电机的体积，提高电机的功率密度。

附图说明

图1为本申请一个实施例的制动器的分解结构示意图；

图2为本申请一个实施例的制动器的分解结构示意图；

图3为本申请一个实施例的制动器的尺寸结构图；

图4为本申请一个实施例的制动器的转动轮毂的立体结构示意图；

图5为本申请一个实施例的制动器的转动轮毂的立体结构示意图；

图6为本申请一个实施例的制动器的动子铁芯的立体结构示意图；

图7为本申请一个实施例的制动器的动子铁芯的立体结构示意图；

图8为本申请一个实施例的制动器的剖视结构示意图；

图9为本申请一个实施例的制动器的输出转矩T与a/c的关系；

图10为本申请一个实施例的制动器的输出转矩T与(g-f)/k的关系；

图11为相关技术中的制动器的分解结构示意图；

图12为相关技术中的制动器的结构示意图；

图13为相关技术中的制动器的剖视结构示意图；

图14为相关技术中的制动器的磁路走向图；

图15为相关技术中的制动器的磁场磁密分布图。

附图标记表示为：

1、转动轮毂；2、动子铁芯；3、环形凸起；4、键槽；5、凹槽；6、定子铁芯；7、线槽；8、摩擦片；9、安装轴；10、定子绕组；11、连接键；12、制动弹簧；13、导柱；14、导槽。

具体实施方式

结合参见图11至图15所示，在相关技术中，电机结构包括轴承、端盖、机壳、定子、转子、轴承、端盖、制动器、轴、编码器、端盖等。

制动器包括转动轮毂1、动子铁芯2、定子铁芯6以及连接键11等，转动轮毂1与摩擦片粘接在一起后，通过连接键11与安装轴9固定在一起，形成旋转体，定子铁芯6与电机端盖固定在一起。

制动器与安装轴9的平面安装示意图如图12所示。由于转动轮毂1与安装轴9间的传动力通过连接键传递，所以当制动器的输出转矩一定时，连接键11的长度W必须满足结构强度要求，长度W不满足要求时会引起制动器与安装轴9的连接可靠性问题。因此，为了保证连接键具有足够的长度W，也需要转动轮毂1具有足够的轴向长度来满足连接键11的安装需求。

定子绕组不通电时，制动器通过弹簧力F1将动子铁芯2推至与摩擦片接触，摩擦片与动子铁芯2间的挤压力等于制动器弹簧力F1，挤压力与摩擦片和动子铁芯2间的摩擦系数共同作用产生制动转矩，制动转矩作用在旋转体上最终实现电机制动。定子绕组通电时，电流产生电磁场，涉及电磁场的制动器结构是定子铁芯6和动子铁芯2，磁路走向如图14所示。产生的电磁力F2克服弹簧力F1，最终将动子铁芯2拉至与定子铁芯6贴合，最终实现动子铁芯2与制动器的摩擦片的分离，旋转体不再受到制动作用，安装轴9实现自由旋转。

申请人在研究过程中发现，制动器的磁场分布与制动器的定子铁芯6和制动器的动子铁芯2构成的磁路系统结构有关，制动器磁场磁密分布如图15所示，图中制动器的动子铁芯2上靠近转动轮毂1且靠近轴孔的位置磁场密度低，该位置磁场利用率低。

而动子铁芯2上磁场利用率较低的部位与转动轮毂1安装连接键11的部位衔接，因此，可以根据动子铁芯2上的磁场利用率较低的部位对转动轮毂1和动子铁芯2进行进一步的改善设计，从而达到减小制动器轴承长度，进而减小制动器体积的目的。

结合参见图1至图10所示，根据本申请的实施例，制动器包括转动轮毂1和动子铁芯2，转动轮毂1朝向动子铁芯2的一端设置有环形凸起3，环形凸起3的内周壁上设置有键槽4，动子铁芯2朝向转动轮毂1的一端设置有凹槽5，环形凸起3安装入凹槽5内。

通过上述的结构分析可知，动子铁芯2上磁场利用率较低的部位正好对应于转动轮毂1上设置键槽4的部位，由于动子铁芯2上的该部分区域对于磁场利用率的影响较小，因此即使将这一部分切除掉，也不会影响动子铁芯2上的整体磁场利用率，而切除掉这一部分后所形成的凹槽5，正好可以用来增加转动轮毂1上用来设置键槽4的轴向长度，增加的这一部分轴向长度可以通过采用环形凸起3的方式容纳在凹槽5内，在保证连接键11有足够轴向长度的情况下，转动轮毂1和动子铁芯2的轴向总长度可以得到有效缩短，进而达到缩短制动器的长度的目的，本申请正是基于这一思想进行的改进。

本申请实施例的制动器，利用动子铁芯2上磁场利用率较低的部位来形成凹槽5作为避让空间，在减小对制动器磁场密度的影响的同时，能够使得转动轮毂1设置键槽4的轴向长度增加，而这一部分增加的轴向长度以环形凸起3的形式被容纳在动子铁芯2的凹槽5内，在降低转动轮毂1和动子铁芯2的总的轴向长度的基础上，能够保证键槽4的长度，进而保证连接键11具有足够的连接长度，保证连接键11的连接可靠性，因此能够有效减小制动器的体积，减小电机的体积，提高电机的功率密度。

在一个实施例中，环形凸起3的外径为e，凹槽5为圆槽，凹槽5的直径为a，e＜a，从而保证环形凸起3能够深入到制动器的动子铁芯2的凹槽5内，且可以使得凹槽5与环形凸起3之间的设计间隙能够保证旋转的转动轮毂1与制动器的动子铁芯2之间不会发生干涉，保证转动轮毂1的正常有效运行。上述的环形凸起3可以为圆环形，也可以为椭圆环形，或者是其它的形状，凹槽5的形状与环形凸起3的形状适配，可以根据环形凸起3的形状进行适应性的调整。

对于制动器而言，制动器的动子铁芯2无凹槽5时制动器输出转矩为T0，有凹槽5时输出转矩为T。制动器的动子铁芯2的凹槽5对制动器输出转矩的影响与整个磁路系统结构有关，制动器的定子铁芯6和制动器的动子铁芯2的结构尺寸均会影响磁场密度分布，在凹槽尺寸一定时，不同的制动器的定子铁芯6和制动器的动子铁芯2的结构对应的制动器输出转矩会有很大波动。

在一个实施例中，制动器还包括定子铁芯6，定子铁芯6上设置有线槽7，线槽7的内径为c，凹槽5为圆槽，凹槽5的直径为a，a≤c。制动器动子铁芯磁场有2个集中区域，分别为集中区域1和集中区域2，分布如图15所示。基于制动器磁场路径分析，制动器的定子铁芯6的绕组嵌入线槽内径c的轮廓处于制动器的动子铁芯2的磁场集中区域对应的轴向空间范围内。也就是说，制动器的定子铁芯6的绕组嵌入槽内径c越大，制动器的动子铁芯2的磁场集中区域1的分布直径越大，也就是制动器的动子铁芯2的磁场集中区域位置跟随制动器的定子铁芯6的绕组嵌入槽内径c的大小变化。根据电磁场与电磁力的关系，制动器的动子铁芯2的凹槽5不能处于磁场集中区域1，若凹槽5的位置处于磁场集中区域1，制动器的输出力矩就会受到影响。制动器输出转矩T与a/c的关系如图9所示，从图中可以看出，当a≤c时凹槽结构对制动器输出转矩基本无影响，当a＞c时制动器输出转矩显著降低。

在一个实施例中，制动器还包括定子铁芯6，定子铁芯6上设置有线槽7，动子铁芯2的轴向长度为g，凹槽5的轴向深度为f，线槽7的底壁轴向长度为k，(g-f)/k≥0.7。

制动器的定子铁芯6和制动器的动子铁芯2共同组成制动器磁场的磁通路径，制动器的定子铁芯6和制动器的动子铁芯2的磁场走向如图14所示，制动器的定子底部和制动器的动子磁场方向为径向，且制动器的定子底部和制动器的动子磁场方向相反。从制动器原理及磁场与电磁力对应关系分析可知，制动器在动子铁芯2无凹槽5的情况下，当制动器定子的线槽7的底部厚度k与制动器动子厚度大小基本一致时，制动器动子与制动器定子磁场分布最均匀，输出转矩最大。

当制动器的动子铁芯2开设凹槽5时，g-f代表制动器的动子铁芯2的凹槽5底部对应的制动器动子厚度，

代表制动器的动子铁芯2的凹槽5底部对应的制动器动子厚度与制动器定子底部厚度占比，

数值小时，代表制动器的动子铁芯2的凹槽5底部对应的制动器动子厚度比制动器定子底部厚度小，会导致制动器定子磁场与制动器动子磁场分布不均匀，进一步导致制动器输出转矩下降。经过理论分析，制动器输出转矩T与

的关系如图10所示，从图中可以看出，当

时凹槽结构对制动器输出转矩基本无影响，当

时制动器输出转矩显著降低。

在一个实施例中，制动器还包括摩擦片8，摩擦片8套设在环形凸起3外。

在一个实施例中，键槽4沿轴向贯穿转动轮毂1，从而保证连接键11能够具有最大长度，更加有效地保证转动轮毂1与安装轴9之间的连接强度和连接可靠性。

在一个实施例中，制动器还包括安装轴9，转动轮毂1安装在安装轴9上，并与安装轴9之间通过连接键11连接。

在一个实施例中，制动器还包括定子铁芯6，定子铁芯6上设置有线槽7，线槽7内设置有定子绕组10，定子铁芯6与动子铁芯2之间安装有制动弹簧12。

在一个实施例中，定子铁芯6朝向动子铁芯2的一端设置有导柱13，动子铁芯2上设置有导槽14，导柱13能够滑动地设置在导槽14内。

根据本申请的实施例，电机包括制动器，该制动器为上述的制动器。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种制动器，其特征在于，包括转动轮毂(1)和动子铁芯(2)，所述转动轮毂(1)朝向所述动子铁芯(2)的一端设置有环形凸起(3)，所述环形凸起(3)的内周壁上设置有键槽(4)，所述动子铁芯(2)朝向所述转动轮毂(1)的一端设置有凹槽(5)，所述环形凸起(3)安装入所述凹槽(5)内。

2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述环形凸起(3)的外径为e，所述凹槽(5)为圆槽，所述凹槽(5)的直径为a，e＜a。

3.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述制动器还包括定子铁芯(6)，所述定子铁芯(6)上设置有线槽(7)，所述线槽(7)的内径为c，所述凹槽(5)为圆槽，所述凹槽(5)的直径为a，a≤c。

4.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述制动器还包括定子铁芯(6)，所述定子铁芯(6)上设置有线槽(7)，所述动子铁芯(2)的轴向长度为g，所述凹槽(5)的轴向深度为f，所述线槽(7)的底壁轴向长度为k，(g-f)/k≥0.7。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制动器，其特征在于，所述制动器还包括摩擦片(8)，所述摩擦片(8)套设在所述环形凸起(3)外。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的制动器，其特征在于，所述键槽(4)沿轴向贯穿所述转动轮毂(1)。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的制动器，其特征在于，所述制动器还包括安装轴(9)，所述转动轮毂(1)安装在所述安装轴(9)上，并与所述安装轴(9)之间通过连接键(11)连接。

8.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述制动器还包括定子铁芯(6)，所述定子铁芯(6)上设置有线槽(7)，所述线槽(7)内设置有定子绕组(10)，所述定子铁芯(6)与所述动子铁芯(2)之间安装有制动弹簧(12)。

9.根据权利要求8所述的制动器，其特征在于，所述定子铁芯(6)朝向所述动子铁芯(2)的一端设置有导柱(13)，所述动子铁芯(2)上设置有导槽(14)，所述导柱(13)能够滑动地设置在所述导槽(14)内。

10.一种电机，包括制动器，其特征在于，所述制动器为权利要求1至9中任一项所述的制动器。

Images