TW413977B - Electric motor with internal brake - Google Patents

Description

413977 i五、發明說明（1) 〜 ! | 發明背景 I 1 .發明範圍 達。 : 本發明概有關具有制動器之電動馬 2.相關技藝說明 在許多需要電動馬達之應用中亦需要制動器，因此已有 笨多結合此兩種技術之發明，尤其是電馬達作動之輪轂應 |用常需要~'種使輪件減速或使輪件靜止之機構。 | 在一紅例中’發證予古徹等之美國專利號碼5 4 3 8 2 2 8中 I揭示一電馬達作動輪總成，其中該電動馬達具有一外轉子 丨構造’而~~機械制動器總成包括一碟，該碟位置與起動养 i相鄰並具有一小於轉子内徑之直徑。 ； 另一範例中，發證予楊恩之美國專利號碼5465802中揭 示一位於輪内之電動馬達，其具有用以使該馬達脫離輪輪 之裝置。尤其是，一轉子固定於一輪框内，而一定子位於 該轉子内並附接至一軸，一制動元件在作動時將定子對該 軸固定，使定子與軸一起旋轉，當制動器未作動，未有電 i流供給至馬達時’該定子隨該輪沿轴自由旋轉，該制動器 丨並未對馬達之輸出作出制動，而是使馬達對輪軸接合與脫 丨離，因而在未有電流供給至馬達時使輪得以自由旋轉 發證予尼裘勒斯柯之美國專利號碼3 6 2 6 2 2 〇、發證予韓 森之美國專利號碼4 〇 2 2 3 0 1、發證予哥洛科能等之美國專 利號碼4 1 037 63、發證予柏提之美國專利號碼44 940 58、發 I噔予維柏之為國專利號碼4910423、發證予撒瓦多之美國 :專利號碼5050711、發證予歐達考斯基之美國專利號碼

413977 五、發明說明（2) 5 1 2 1 0 1 8、及發證予菲樂之美國專利號碼5 3 0 6 9 8 9和 5406180中描述多種不同電動馬達，其各具有一内轉子構 造及一制動器機構，該制動器機構比該馬達轉子具有較大 之直徑。 此種馬達及制動器組合可能具有較大體積，這對於某些 應用可能未達最佳標準，譬如輪傳動，其t需盡量減少制 動組件及電動馬達之一軸長。 另外，可以一受控制方式將電流供至馬達，以於轉子與 定子間產生力量，而維持轉子相對於定子之位置，並因此 使輪保持靜止，若該輪移動，可控制電流，以於轉子與定 子間產生一使轉子相對於定子速度降低之力量，因此使輪 之速度減慢。 然而，可能需要消耗電能以使輪件停駐並靜止，此外， 比起藉由選擇性施加電力予馬達而產生制動力量之電動馬 達系統，機械制動器通常較為簡單、便宜、可靠、且較不 耗電（若為用電情形下）。 發明目的與總結 因此，存在對於小型整體體積與軸長之馬達與制動組合 之需求。 本發明之一實施例提供一具有内轉子構造及一位於轉子 轂内的中空空間之電動馬達總成，而滿足了此需求，該中 空空間至少罩住部分之制動器，以於該電動馬達其一轉子 與一起動器之間提供制動力量，該制動器之構造使其當未 有電力流往該電動馬達時，提供一制動力量，且該制動器 413977 ,.....----------- --------------------------------------- — -------------------- ·............— -； 五、發明說明（3) |之構造使其當電動馬達之轉速低於預定低限時，提供一制I |動力量。 ! : 將由下列較佳實施例說明連同圖式，而得知本發明之額 外特徵及優點該等圖式以範例顯示本發明之原理。 圖式簡單說明 圖1係為根據本發明第一較佳實施例之馬達總成之一透 視圖。 圖2係為圖1之馬達總成位於轉子軸1 1 4上方之一橫剖視 j 圖，其中一制動器總成位於一接合位置中。 ! I ; 圖3係為圖1及2所示制動器總成位於脫離位置之一橫剖 視圖。 丨 圖4係為部分制動器總成其沿圖2之線4-4之軸面圖。 | j 丨 圖5係為圖1所示制動器總成之另一實施方式其中部分之 丨軸面圖。 I 圖6係為沿圖5之線6-6之制動器總成之一橫剖視圖。 ! 圖7係為根據本發明第二實施例之一馬達總成其一透視 j 圖。 圖8係為圖7之馬達總成位於轉子軸1 1 4上方之一橫剖視 圖，其中一制動器總成位於一接合位置中。 圖9係為圖7及8之制動器總成位於脫離位置之一細部圖 I示。 | 圖1 〇係為根據本發明第三實施例之一馬達總成其一橫剖 視圖。 圖1 1係為根據本發明第四實施例之一馬達總成其一橫剖 413977 五、發明說明（4) 視圖。 圖1 2係為根據本發明其一示範實施例位於控制器、電源 供應器、制動器、馬達其間接點之一示意圖° 較佳實施例之詳細說明 本發明之一示範實施例中，使用一無刷永久磁鐵（BP Μ ) 丨馬達，因為無刷永久磁鐵馬達之構造可具有一中空内部，| !特別需要具有下列特徵之無刷永久磁鐵馬達：a)大的直 | 丨徑；b)高的極數；c) 一徑向間隙；d) —内轉子構造；及e)丨 i安裝於轉子之一外周邊表面上之磁鐵。安裝於轉子上之各 |磁鐵形成一極，一高極數馬達比低極數馬達具有較多之極 I或磁鐵，因此，若直徑相同，由轉子轉軸徑向觀察時，高 極數馬達中之極或磁鐵比起低極數馬達中之極或磁鐵更 ；窄，易言之，高極數馬達中之各極或磁鐵比起低極數馬達 ：中之各極或磁鐵覆蓋了更小的徑向角度，高極數馬達中的 這個窄極寬度可有一薄回復軌跡，亦即，對繞件之磁鐵其 相對侧上的磁鐵下方所需之鐵厚度可為較小。當相較於一 低極數馬達時，高極數馬達因而具有較為”殼狀π之幾何結 構，其中該馬達内部係為中空。 , 高極數馬達構造亦特別適合高扭矩應用，因為產生一已 知扭矩值所需每極之力量值隨極數增加而減低，在譬如電 動載具-如電馬達作動輪椅、叉架搬運車之類的輪轂馬達. 等應用中，高扭矩馬達可為特別有利。 圖1顯示根據本發明第一較佳實施例之一無刷永久磁鐵 !馬達總成之此一透視圖，其中包括一制動器總成並包圍於

第7頁 413977 —一 ... — ♦ 一. - — *— — ____ 五，發明說明（5) 一殼116之内，馬達總成丨〇〇之組件包括：一定子核心 i i 102、一附接至一轉子轂118之永久磁鐵120，該轉子轂118 ： | 丨附接至一轉子軸114，轉子軸114係以馬達轴承H7支撐。 ： 制動器總成係以一制動核心總成106、一制動作動板 i 108、一制動碟11G、及一附接至該制動核心總成1〇6之制 :動包圍部112所構成。該碟11〇具有如圖5所示之栓槽302， i i 其在轉子軸114中與對應栓槽303互鎖，拴槽302與303確使! 轉子軸1 1 4與碟1 1 0 —起旋轉而無彼此之相對轉動，熟悉本： !技藝者暸解：碟110可以不同方式相對於轉子軸114為轉動： |式固定。譬如，若不用栓槽’轉子軸114可具有六角型構 丨 丨造，且碟110可有對應之六角型構造。 丨 i ； 圖2顯示圖1馬達總成位於轉子轴114之轉轴115上方之一 橫剖視圖，其中該制動器總成位於一接合位置中，除了圖 1所示元件之外，圖2亦顯示一制動活塞丨〇 9，其將制動作 |動板1 0 8自制動碟1 1 〇拉開’而制動簧η 1將制動作動板1 〇 8 丨驅往制動碟1 1 0。 ； 該制動器係具有”故障時仍安全"之構造’其中當制動器 丨作動時，活塞109克服了簧ill所施力量，並將制動作動板丨 ,108自制動碟110拉開，因而釋放了該制動器，當制動器未| 丨作動器時，簧111將制動作動板丨〇8壓向甸動碟丨1〇，於板| | 與良圍部；[12間擠壓制動碟u〇，以接合該制動器並產

i生了制>動力量，圖2顯示該制動器位於一接合位置中，而 :圖3顯示該制動器位於一脫離位置中D !轉子軸114與制動碟110之栓槽302及303之構造可使碟 413977 -----------------〜 五、發明說明（6) ~~~~~ — ---------------------------- "—----- ·· 1 1 (M于以/。轉子軸i i 4軸向移動，以 包圍部112施加在制動碟u〇上的力 動板108與 當制動器接合時位於 ^平衝，並確保 觸。 助之制動表面逐漸完全接 圖2及3所示之制動作動板1〇8及制動活 於制動核心綸忐1 n r向加 _ 〇 9車父佳以一位 %成106内部之電磁鐵（未圖示於 動，此種或其他實施例中亦較佳、· 3中）驅 理器等之控制器（譬如12圖所示），:…器或微處 斷開電磁鐵及馬達之運作’來使制動；；：：當作動及 調。 奶勒為兴馬達功能相協 如’吊用返饋制動來制動一轉動電 到該轉速低到足以使返饋制動不再：達=軸，直 磨擦制動以進一步降低速;者她加一 加至電動馬達、且爷广；制動代表其中電壓未施 導致該馬達產生電;;=為： "·、使馬達抽的轉動 充電，另夕卜譬如可利用此電流再對電池 等 反向電流施加至兮爵洁 }. 降低馬達轉速。 α馬達，以在開始時 因此，在圖2如上述之”故㈣仍# 電壓與電流施加至馬達之前，藉由以菩u二：方 動作動板1 0 8自制動碟丨1 〇赴門， 〇將制 私哭，栌m 作動該電糍鐵以脫離制 :·防止馬達與制動器衝突。此外，連同圖 卜’控制11可控制一返鎖制動程序或 …μ a a . 田馬達轴轉逮夠低、並因而使簧 413977 五、發明說明（7) 時，斷開該電磁鐵。 熟悉本技藝者瞭解亦可包括感應器，以對控制器提供適 當資訊，譬如：用以指示施加至馬達的電流量及方向之— 感應器、及一用以指示轉子及馬達之旋轉方向及或速度之 感應器，熟悉本技藝者暸解控制器與相關感應器及控制連 接之細節或實施方式，不需於此文件中進一步討論。 圖4顯示一沿圖2線4-4之部分制動器總成之軸面圖，尤 其是，圖4顯示數件沿制動活塞丨〇 9周圍對稱聚集之制動簧 1 ! 1 ’此對稱聚集導致制動簧丨n施加之力量沿制動作動板 1 〇 8與制動碟1 1 〇間之一接觸表面平均分布，因此加強了制 動器之運作’熟悉本技藝者亦暸解：此種及立他實施例中 之制Ϊ Ϊ I ί ΐ寸：強度、數目、構造、及制動器内之相 對位媒供^k §變化，以根據實施及採用本發明之特定 以，可使用多重之：：二譬如’為了產生-已知制動力 件已知強度之簧，^碟110，且可用數件制動碟取代數 ^ ^ ^ ^ ^ 易3之，為了產生一已知告I動力量，當 提供有杈多之制動碟時 已“!動：重 圖5及6顯示圖卜4 而要較ν之頁，反之亦然。 其是 > 圖5係為該另:制動器總成其另一實施方式，尤 :圖5線6-6制動器绝實施方式部分之軸面圖，而圖6係： 1 1 il S ^ 〜成之一橫剖視圖’圖5及6顯示制動作 勒作動板108'及制動之軸線115壤狀延伸並分別附接至φ :U磨擦表面動包:：112,以提供-用— 磲 制動核心202亦沿轉子軸之軸線1

第10頁 413977 :五、發明說明（8) 丨 環狀延伸，位置沿轉子軸之軸線丨丨5對稱之包圍螺栓2 〇 6 ’ ： ；使包圍部112固定在相對於制動核心202之適當位置中，雖 |然圖6僅顯示一件制動簧1 1 1 ,制動核心2 〇 2中沿轉子軸之 軸線1 1 5提供有多數對稱之制動篑i i 1。 丨一裱形繞件2 0 4作為一電磁鐵，對該環形繞件2 〇 4充電 I I ’產生對抗制動簧1 1 1所施壓力而將作動板1 〇 8，與碟1 1 0 |拉開之磁力，因此使制動器脫離’並使碟丨丨〇與轉子軸1工4 I得以相對於定子核心1〇2與另一馬達殼116自由旋轉，當解 i除對該環形繞件20 4所充電能後1制動簧U1緊壓作動板 1 〇 8 ’離開制動核心2 0 2往碟1丨〇方向，因為碟丨丨〇受困於附| 接至作動板108之墊208與包圍部丨12之間，箬丨丨！所施力量 i驅動墊2 08接觸碟110 ’並在碟11〇上產生制動力量。 圖7顯示一根據本發明第二較佳實施例之無刷永久磁鐵i 馬達總成700，泫馬達總成7〇〇大致類似圖]之馬達總成 i =〇，其差異處在於：其具有一鼓型制動器而非碟型制動i 器。圖8及9係為圖7之馬達總成位於轉子軸n4上方之橫剖丨 |視圖，圖8顯示該制動器位於一接合位置中，而圖9顯示該j i制動器位於一脫離位置中。 當該制動核心總成1 〇 6於離開轉子轴11 4旋轉軸線之徑向 |中，緊壓該作動板108，產生了制動力量，故作動板108施 !加壓力於轉子轂118之一内側表面7〇2上。因此，轉子轂 1 1 8對於該制動器作為一鼓件，而轉子穀11 $之一内侧表面' i 7 0 2作為一用於產生磨擦並因此生成制動力量之制動表 |面，制動墊或蹄塊（未圖示）可於作動板1〇8與内侧表面7〇2

第11頁 413977 -------s、·〜 五、發明說明（9)— -- .. 之間附掊5 /Λτ 4 供有多 動板〗0 8，沿轉子軸之軸線1 1 5對稱位置可提 至整個4ϊ之制動核心總成1 〇 6，以確保制動力量平均施加 如表面，並確保轉子觀上之力量受到平衡。 排列成"：較佳實施例中’馬達總成7 0 0内部之制動器 有簧1丨丨早捋仍女全之構造，制動核心總成1 〇 6，内部具 而接人卞I以藉由將作動板1 08驅往轉子轂i丨8之内表面702 以使；；Ϊ脫：動=成1〇6,中具有-電磁鐵(未圖禾) 二/二1内表！ 7 0 2，因而使制動器脫離。 圖，二=本弟三實施例之馬達總成其-橫到祝 i i 5之方Λ 活基1及制動作動板1 0 8於平行轉子軸線 表二。2 Λ動’並緊壓制動㈣8接觸轉子⑴之，内 該制動作動板Η8，内表面1〇〇2二'動墊2 08較佳固疋/， 圖1。亦顯示-制動簧⑴，其使轉子轴線115盡：子 118之内表面1 0 0 2 ’使該制動=動作動板1。8驅往轉子 示制動器大致相同方式作用的” ：ρ，上述圖Η及" 雖然圖1〇中僅顯示一件簧〗丨工’二了仍安全”情形中' 確保制動力量平均施加至整個制動提供有多數之簧’：上 的力量受到平衡。另外，可提供—面，並確保轉子釦 直徑並與活塞1 〇 9共用一縱軸繞、件具有比活塞1 0 9更= m可沿馬達轴之軸線η 5周圍擇/ *，此外，該制動勢 軸線115對稱位置提供多數之制動：伸，或可沿轉子神之 圖11係為根據本發明“較佳實心之一橫剖視圖，圖

413977 五、發明說明（10) | 丨1 1所示制動器類似圖2、5、及6所示制動器，並以類似方 !式操作’其差異處在於：提供了多數之制動碟1 1 0及一制 動墊支撐構件1 1 0 2，該制動碟丨1 〇嵌於制動作動板丨〇 8、制 動墊支撐構件11 0 2、與制動包圍部1 1 2之間，因此，當制 丨動器如圖Π所示接合時，制動碟1 1 〇於附接至制動作動板 1 〇 8之制動墊2 0 8、制動墊支撐構件1 1 〇 2、與制動包圍部 U 2之間受到擠壓’該制動器之構造較佳使該碟丨丨〇及制動 塾支撐構件1 1 0 2得以在與轉子1 1 4旋轉軸線相平行之方向| 中自由滑移’這確保了制動作動板丨〇 8、包圍部1丨2、及制 動墊支撐構件1 1 0 2在制動碟π 〇上所施力量相等或平衡。 | 圖12係為根據本發明其一示範實施例之一馬達、制動 器、電源供應器、及控制器其間接點之示意圖，尤其是， i圖12顯示磨擦制動器1210、控制器1212、馬達1216、及一 | I電源供應器1214。該控制器可為一微處理器、微控制器、 或其他適當控制裝置、且可為數位式或類比式。電源供應 器1 2 1 4藉由接點1 2 1 8 - 1 2 2 2提供電力予該磨擦制動器 丨1210、控制器1212、馬達1216，控制器藉由接點 1 224- 1 228提供控制訊號予該磨擦制動器1 2 1 〇、電源供應 器1 21 4、馬達1 2 1 6，相對於上述實施例可適用圖1 2所示之： 構造。 丨 雖然僅已參照目前較佳實施例詳加說明本發明，熟悉本 技藝者瞭解可有多種不同修正，而不背離本發明，譬如， 該制動器可為一並非”故障時仍安全”之構造，其中該制動 器a)預設為脫離，在作動時則接合，或b )當作動時，肘節

第13頁 413977 五 '發明說明（11) i 活動於接合或脫離之間°譬如，簧1 11之構造可驅使制動 i器脫離接合而非進入接合，此外，制動墊可附接至該制動 !器之制動碟或鼓、而非作動板，或可另外附接至制動器中 之所有制動表面，熟悉本技藝者亦瞭解本發明可適用多種 不同設計之制動器，且可以不同方式加以作動，譬如，可 藉由機械、電機、液壓、或其他機構，來作動本發明範圍 内之一制動器，因此，僅由下列計畫接受所有相等物之申 |請專利範圍加以界定本發明。

第14頁

Claims (1)

1. 413977 871 21 六、申請專利範圍 j 1, 一種馬達，其包含： 丨一定子； | 一轉子，其位於該定子内並包括一中空部；及 :一制動器，其至少部分位於該轉子中空部之内° i I 2.如申請專利範圍第1項之馬達，其中該制動器係為一 J 故障時仍安全之電磁制動器。 I 3.如申請專利範圍第2項之馬達，其尚包括至少一件將 i !該制動器驅入接合之簧。 丨 4.如申請專利範圍第1項之馬達，其中該制動器包含至 I 少一件固定連接至該轉子之制動碟。 5.如申請專利範圍第1項之馬達，其中該制動器包含一 ! 固定連接至該轉子之鼓。 ; 6.如申請專利範圍第1項之馬達，其中該轉子包含一 j I鼓，而該轉子之一内徑係為1該鼓之一制動表面。 | ! 7.如申請專利範圍第1項之馬達，其中該制動器具有一 小於該轉子内徑之直徑。 8. —種無刷永久磁鐵馬達，其包含： 一定子； 一轉子，其位於該定子内，並具有由該轉子之一内徑界定 之一内部；及 一制動器，其至少部分位於該轉子内部之内° 9. 如申請專利範圍第8項之馬達，其中該制動器係為一 故障時仍安全之電磁制動器。 1 0.如申請專利範圍第8項之馬達，其中該制動器包含至

   第15頁 413977 .六、申請專利範圍 !少一件固定連接至該轉子之制動碟。 ； ； ： Π.如申請專利範圍第8項之馬達，其中該制動器包含一 固定連接至該轉子之鼓。 1 2.如申請專利範圍第8項之馬達，其中該囀子之至少部 I | 分内徑係為一制動表面11 j 13.如申請專利範圍第8項之馬達，其中該制動器具有一 1小於該轉子内徑之直徑。 1 4,如申請專利範圍第8項之馬達，其尚包含一相對於該丨 定子位置固定之制動核心總成，用以移動一制動活塞及一 連接至該制動活塞之制動作動板° 1 5.如申請專利範圍第1 4項之馬達，其中該制動活塞於 一與該轉子的旋轉軸線相平行之方向中移動。 | ； I ! 1 6.如申請專利範圍第1 4項之馬達，其中該制動活塞於 ! I 一與該轉子的旋轉軸線大致垂直之方向中移動。 I 17.如申請專利範圍第14項之馬達，其中該制動活塞於 I | 一相對於該轉子的旋轉軸線之徑向中移動= 1 8.如申請專利範圍第1 4項之馬達，其尚包含至少一 簀，用以沿該制動作動板及該制動活塞之一移動軸線施加 I,力 S。 1 9.如申請專利範圍第1 4項之馬達，尚包含一可相對於 I 該轉子旋轉式固定並可沿該轉子之一旋轉軸線移動之第一丨 制動表面，及一可相對於該定子旋轉式固定並相對於該制 j動作動板位置固定之第二制動表面。 ； 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之馬達，其尚包含一相對於

   第16頁 4isa77 i六、申請專利範圍 !該制動核心總成位置固定之第三制動表面。 - I 2 1.—種無刷永久磁鐵馬達，其包含： 丨 一定子，· i 一轉子，其位於該定子内； 一制動器，其至少部分位於該轉子内，該制動器包含： 一第一制動表面，其可相對於該轉子旋轉式固定且定位於 該轉子内、一第二制動表面，其可相對於該定子旋轉式固丨 定、至少一簧，用以沿該轉子之一旋轉轴線移動該第一及 第二制動表面其中一者，並使其漸接觸該第一及第二制動 表面其中另一者、一電磁鐵，用以對抗至少一件該簧而使 ： i 該第一及第二制動表面彼此脫離接觸：及 | 一控制器，用以使對該定子及該轉子往返之電力流動、與 朝向該制動器中之電磁鐵之電力流動相協調。