一种紧凑型失电制动器论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种紧凑型失电制动器，包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括外磁套、下端盖、内磁套、电磁绕组、绝缘层、第一磁轭、隔磁套、环形永磁体、第二磁轭和线缆；所述转子组件包括上端盖、弹片和摩擦盘，所述摩擦盘位于所述上端盖和所述外磁套之间，以用于与所述外磁套接触或分离，所述上端盖与所述摩擦盘之间设置有弹片，所述弹片的其中一部分固定连接在所述上端盖上并且还有一部分固定连接在所述摩擦盘上。本实用新型通过对微型制动器上的各零件进行合理的位置布局和配合，从而可以使得环形永磁体、摩擦盘和电磁绕组之间配合迅速，摩擦盘的制动和释放响应速度快，特别适合小尺寸结构产品的需要。

主设计要求

1.一种紧凑型失电制动器，其特征在于，包括定子组件和转子组件，其中，所述定子组件包括外磁套、下端盖和位于所述外磁套内的内磁套、电磁绕组、绝缘层、第一磁轭、隔磁套、环形永磁体、第二磁轭和线缆，所述外磁套的下端固定安装所述下端盖，所述内磁套与所述外磁套同轴设置，所述电磁绕组包括骨架和线圈，所述线圈缠绕在所述骨架上，所述内磁套的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述骨架、第一磁轭和隔磁套，所述线圈上固定套接所述绝缘层，所述隔磁套的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述环形永磁体和所述第二磁轭，并且所述第二磁轭固定套接在所述外磁套的内壁上，所述第一磁轭、环形永磁体、第二磁轭和端盖的侧壁沿着各自的轴向分别设置有走线通孔并且这些走线通孔同轴设置，所述线缆的一端固定连接在所述线圈上而另一端穿过这些走线通孔后伸出所述下端盖；所述转子组件位于所述外磁套的上方，该转子组件包括上端盖、弹片和摩擦盘，所述上端盖用于与伺服电机的电机轴连接，所述摩擦盘位于所述上端盖和所述外磁套之间，所述上端盖与所述摩擦盘之间设置有弹片，所述弹片的其中一部分固定连接在所述上端盖上并且还有一部分固定连接在所述摩擦盘上。

设计方案

1.一种紧凑型失电制动器，其特征在于，包括定子组件和转子组件，其中，

所述定子组件包括外磁套、下端盖和位于所述外磁套内的内磁套、电磁绕组、绝缘层、第一磁轭、隔磁套、环形永磁体、第二磁轭和线缆，所述外磁套的下端固定安装所述下端盖，所述内磁套与所述外磁套同轴设置，所述电磁绕组包括骨架和线圈，所述线圈缠绕在所述骨架上，所述内磁套的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述骨架、第一磁轭和隔磁套，所述线圈上固定套接所述绝缘层，所述隔磁套的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述环形永磁体和所述第二磁轭，并且所述第二磁轭固定套接在所述外磁套的内壁上，所述第一磁轭、环形永磁体、第二磁轭和端盖的侧壁沿着各自的轴向分别设置有走线通孔并且这些走线通孔同轴设置，所述线缆的一端固定连接在所述线圈上而另一端穿过这些走线通孔后伸出所述下端盖；

所述转子组件位于所述外磁套的上方，该转子组件包括上端盖、弹片和摩擦盘，所述上端盖用于与伺服电机的电机轴连接，所述摩擦盘位于所述上端盖和所述外磁套之间，所述上端盖与所述摩擦盘之间设置有弹片，所述弹片的其中一部分固定连接在所述上端盖上并且还有一部分固定连接在所述摩擦盘上。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述内磁套的轴向的长度与所述外磁套的轴向的长度一致并且上下两端平齐。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述绝缘层为绝缘胶纸缠绕而成。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述上端盖的正中间沿着上端盖的轴向设有一圆柱形孔，以用于穿装伺服电机的电机轴，所述上端盖具有凸台并且沿着该凸台的圆周均匀设有若干螺丝孔，以用于固定伺服电机的电机轴。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述内磁套、外磁套、第一磁轭和第二磁轭的材质相同，并且材质选自纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述环形永磁体采用平行轴向充磁的方式进行充磁。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述摩擦盘采用软磁材料进行模具压制成型获得。

8.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述环形永磁体采用烧结钕铁硼永磁材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述上端盖和\/或下端盖采用铸铝的方式形成。

10.根据权利要求1所述的一种紧凑型失电制动器，其特征在于，所述弹片的一部分通过第一螺丝或第一铆钉固定连接在所述上端盖上，相应地，所述摩擦盘在对应于所述第一螺丝或第一铆钉的位置设置有第一容纳孔；

所述弹片还有一部分通过第二螺丝或第二铆钉固定连接在所述摩擦盘上，相应地，所述上端盖在对应于所述第二螺丝或第二铆钉的位置设置有第二容纳孔。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于制动器领域，更具体地，涉及一种失电制动器。

背景技术

永磁制动器是一种由永磁磁场产生制动力矩的电力驱动装置。制动器在通电状态下(默认24 VDC)，励磁线圈产生与环形永磁体方向相反的磁场，与环形永磁体磁场合成之后可呈现磁场抵消甚至磁场转向效果，在这一过程中，制动器的摩擦盘依次呈现吸合、释放、再吸合的状态。制动器能在断电条件下，摩擦盘在环形永磁体单一磁吸力的作用下处于吸合状态，制动器实现抱持、定位和紧急停止功能。因此，永磁制动器在没有外部电源支持下，能够长久保持恒定的制动力矩，是一种重要的保护装置，这种永磁制动器主要应用于伺服电机，涉及的领域包括自动化操作、精密机械手、医疗设备、日常生活、公共服务等等。随着中国制造的转型升级逐步推进，和世界范围内智能制造的风起云涌，用于低压伺服电机上的制动器需求量越来越大，这种需求不仅体现在产品质量上，而且也对产品外形、体积、成本等方面非常关注。

制动力矩是永磁制动器的一项重要技术指标，而对于市场需求量大的产品(年供货量几百万台甚至上千万台)，制造成本也变得非常敏感。基于此，要提高某一尺寸大小的永磁制动器的制动力矩，环形永磁体需要选用高性能磁材，且提供磁回路的软磁材料应该具备超高的导磁能力。然而，提供磁回路的软磁零件在一般的永磁制动器设计中结构比较复杂，通常由机加工方式得到，导致永磁制动器的整体制造成本居高不下。更重要的是，高性能的软磁材料冶炼工艺复杂，只能由专业的钢铁厂提供完整的管材、板材毛坯，无法自行熔炼铸造成复杂结构零件，即使制造厂家通过一定手段后熔炼铸造或高温挤压出来的零件也会导致材料成分、金相组织变化，从而导磁性能大大降低。因此，通过新的永磁制动器结构设计，利用专业钢铁厂生产的管材、板材，通过简单的冲压、切割、钻孔操作获得所需的软磁材料零件变得十分重要，此举将对制造低成本、高性能的永磁制动器产品大有裨益。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种紧凑型失电制动器，其通过进行合理的布局，有利于降低制动器的整体制造成本及实现超大批量生产。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种紧凑型失电制动器，其特征在于，包括定子组件和转子组件，其中，

优选地，所述内磁套的轴向的长度与所述外磁套的轴向的长度一致并且上下两端平齐。

优选地，所述绝缘层为绝缘胶纸缠绕而成。

优选地，所述上端盖的正中间沿着上端盖的轴向设有一圆柱形孔，以用于穿装伺服电机的电机轴，所述上端盖具有凸台并且沿着该凸台的圆周均匀设有若干螺丝孔，以用于固定伺服电机的电机轴。

优选地，所述内磁套、外磁套、第一磁轭和第二磁轭的材质相同，并且材质选自纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金。

优选地，所述环形永磁体采用平行轴向充磁的方式进行充磁。

优选地，所述摩擦盘采用软磁材料进行模具压制成型获得。

优选地，所述环形永磁体采用烧结钕铁硼永磁材料制成。

优选地，所述上端盖和\/或下端盖采用铸铝的方式形成。

优选地，所述弹片的一部分通过第一螺丝或第一铆钉固定连接在所述上端盖上，相应地，所述摩擦盘在对应于所述第一螺丝或第一铆钉的位置设置有第一容纳孔；

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本实用新型通过对微型制动器上的各零件进行合理的位置布局和配合，可以使环形永磁体、摩擦盘和电磁绕组之间配合迅速，摩擦盘的制动和释放响应速度快，特别适合小尺寸结构产品的需要(但不限于小尺寸结构)，制动器整体的最小外径(也即外磁套的最小外径)可以做到13.5毫米甚至更小，相比于目前市面上动则30毫米或40毫米外径以上的产品，本实用新型的设计的永磁制动器适合于紧凑型产品领域使用，此外，该产品与小型低压伺服电机配套，可满足精细自动化操作、精密机械手肢体末端等领域的使用。另外，可以使得制动器各零件采用成本较低及易于制造的软磁材料，有利于实现快速制造和成本的控制。

2)本实用新型的环形永磁体采用磁性能强劲的烧结钕铁硼永磁材料，相比一般分布式布置若干弧形环形永磁体结构，本实用新型选用整体式环形永磁体，用量足，环形永磁体提供的磁动势更充足，因而可以产生较大的制动力矩。

3)本实用新型的提供磁回路的软磁零件(包括内磁套、外磁套、摩擦盘、第一磁轭和第二磁轭)采用电工纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金，使得制动器的磁阻损耗极低，最大限度将环形永磁体产生的磁场转化成对制动器摩擦盘的吸力，获得较大的制动力矩。

4)本实用新型的摩擦盘不仅高效地提供磁回路，更能保证较长的使用寿命。该材料无贵重金属成分，可通过模具压制成需要的零件形状，因而成本较低。

5)本实用新型设计的永磁制动器，提供磁回路的软磁零件均可以通过管材、板材的冲压、切割、钻孔等简单工艺制成零件，或开模压制成型，使得加工成本大大降低，有利于超大批量生产成本降低和市场供货效率的提高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型中环形永磁体发出的磁力线的路径示意图；

图4是本实用新型中弹性销钉的安装示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图4所示，一种紧凑型失电制动器，包括定子组件1和转子组件2，其中，

所述定子组件1包括外磁套11、下端盖12和位于所述外磁套11内的内磁套13、电磁绕组14、绝缘层15、第一磁轭16、隔磁套17、环形永磁体18、第二磁轭19、弹性销钉110和线缆111，所述外磁套11的下端固定安装所述下端盖12，下端盖12优选通过锁附螺丝112固定安装，所述内磁套13与所述外磁套11同轴设置，所述电磁绕组14包括骨架141和线圈142，所述内磁套13的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述骨架141、第一磁轭16和隔磁套17，所述线圈142上固定套接所述绝缘层15，并且所述绝缘层15沿轴向的长度与所述线圈142沿轴向的长度一致，以用于完全覆盖所述线圈142；所述隔磁套17的外壁按从上至下的顺序依次固定套接所述环形永磁体18和所述第二磁轭19，并且所述第二磁轭19固定套装在所述外磁套11的内壁上，第二磁轭19与外磁套11的内壁的配合优选间隙配合+粘结剂的形式；所述弹性销钉110沿着所述外磁套11的径向依次穿过所述外磁套11、第二磁轭19和隔磁套17后伸入所述内磁套13内，从而将外磁套11、第二磁轭19、隔磁套17和内磁套13固定连接在一起，为了使定子组件1的结构连接强度足够可靠，将外磁套11、第二磁轭19、隔磁套17、内磁套13装配一体后，在外磁套11合适的位置钻孔，依次穿过外磁套11、第二磁轭19、隔磁套17、内磁套13，钻孔数量不少于2个，钻孔完成后，将弹性销钉110压入钻孔的孔位中。最后将该装配体进行整体电镀处理，起到防锈保护的效果；所述第一磁轭16、环形永磁体18、第二磁轭19和端盖的侧壁沿着各自的轴向分别设置有走线通孔并且这些走线通孔同轴设置，所述线缆111的一端固定连接在所述电磁绕组14上而另一端穿过这些走线通孔后伸出所述下端盖12从而使得这一端外露于所述定子组件1；本实用新型的线缆出现方式可以满足市场上部分客户对于产品需要将制动器线缆与伺服电机线缆汇合后出线的需求。其中，定子组件1中的上述固定套接的零件之间的配合方式均为间隙配合+粘结剂。骨架141的下端与第一磁轭16的上端抵接，第一磁轭16的下端与隔磁套17的上端抵接，第一磁轭16的下端与环形永磁体18的上端也抵接，环形永磁体18的下端与第二磁轭19的上端也抵接，内磁套13、隔磁套17、第二磁轭19的下端与下端盖12的上端也抵接。外磁套11靠近摩擦盘23的一侧的外圆周需要加工成台阶结构，有利于提高摩擦盘23的响应速度，使制动器的制动和释放更快捷，此结构只需简单的加工可以得到，对加工成本的提升并不明显。

所述转子组件2位于所述定子组件1的上方，该转子组件2包括上端盖21、弹片22和摩擦盘23，所述上端盖21用于与伺服电机的电机轴连接，所述摩擦盘23位于所述上端盖21和所述外磁套11之间，以用于与所述外磁套11接触或分离，接触时可以实现制动，分离时可以解除制动，所述上端盖21与所述摩擦盘23之间设置有弹片22，所述弹片22的其中一部分固定连接在所述上端盖21上并且还有一部分固定连接在所述摩擦盘23上。

进一步，所述内磁套13的轴向的长度与所述外磁套11的轴向的长度一致并且上下两端平齐，这样摩擦盘23可以同时与外磁套11和内磁套13接触，从而使得接触面积大，能够快速实现制动。

进一步，所述绝缘层15为耐高温的绝缘胶纸缠绕而成。

进一步，所述上端盖21的正中间沿着上端盖21的轴向设有一圆柱形孔，以用于穿装伺服电机的电机轴，所述上端盖21具有凸台并且沿着该凸台的圆周均匀设有若干螺丝孔，以用于固定伺服电机的电机轴。

进一步，所述内磁套13、外磁套11、第一磁轭16和第二磁轭19的材质相同，并且材质选自纯铁、坡莫合金或铁硅铝合金，从而使得制动器的磁阻损耗极低，最大限度将环形永磁体18产生的磁场转化成对制动器摩擦盘23的吸力，获得较大的制动力矩。内磁套13、外磁套11、第一磁轭16、第二磁轭19优选采用纯铁管材切割获得，切割面边缘简单的工艺去除毛刺、披锋，以便于后续装配。

进一步，所述环形永磁体18采用平行轴向充磁的方式进行充磁，并且所述环形永磁体18采用烧结钕铁硼永磁材料制成。本实用新型的环形永磁体18采用磁性能强劲的烧结钕铁硼永磁材料，相比一般分布式布置若干弧形环形永磁体结构，本实用新型选用整体式环形永磁体18，用量足，环形永磁体18提供的磁动势更充足，因而可以产生较大的制动力矩

进一步，所述摩擦盘23采用软磁材料进行模具压制成型获得。摩擦盘23材料考虑到磨损和导磁的要求，采用硬度较高的软磁材料，不仅高效地提供磁回路，更能保证较长的使用寿命。该摩擦盘23采用的材料无贵重金属成分，孔位比较多，采用模具压制成型显然更方便，对降低成本有利，因而成本较低。

进一步，所述上端盖21和\/或下端盖12采用铸铝的方式形成。由于下端盖12和上端盖21由于不用提供磁回路，可通过铸铝获得。

所述弹片22的一部分通过第一螺丝24或第一铆钉固定连接在所述上端盖21上，相应地，所述摩擦盘23在对应于所述第一螺丝24或第一铆钉的位置设置有第一容纳孔；

所述弹片22还有一部分通过第二螺丝或第二铆钉固定连接在所述摩擦盘23上，相应地，所述上端盖21在对应于所述第二螺丝或第二铆钉的位置设置有第二容纳孔。

线圈142不通电时，制动盘在受到环形永磁体18的吸力时会与外磁套11和内磁套13接触从而实现制动，弹片22由于一部分与摩擦盘23连接并有一部分与上端盖21连接，因此在摩擦盘23被释放时能够在回位时通过弹力向上拉回摩擦盘23，使摩擦盘23与外磁套11和内磁套13分离。

由于上端盖21和下端盖12上的螺丝孔位能够快速获得，因此零件的成本较低。下端盖12端面若干螺丝孔位用于将下端盖12锁附于第二磁轭19上，外侧圆周均匀设置的若干螺丝孔位，用于客户安装、锁附使用。

本实用新型的微型制动器处理制动状态时(摩擦盘23与外磁套11和内磁套13接触)，环形永磁体18的磁力线181的路径如下：从N极发出进入与之相邻的第一磁轭16，第一磁轭16内圈与内磁套13圆周配合，磁力线能够从第一磁轭16进入内磁套13内部，在内磁套13内向靠近摩擦盘23一端沿轴向以最小磁阻路径穿过内磁套13。由于此时制动器为制动状态，理论上摩擦盘23与外磁套11及内磁套13之间不存在制动间隙3，因此，环形永磁体18的磁力线181能够顺利进入摩擦盘23内，在摩擦盘23内沿摩擦盘23径向方向以最小磁阻路径向摩擦盘23外延伸，在外磁套11与摩擦盘23的接触区域，环形永磁体18的磁力线181能够顺利进入外磁套11内部并沿外磁套11轴向以最小磁阻路径穿过外磁套11，在外磁套11与第二磁轭19的接触区域环形永磁体18的磁力线181顺利进入第二磁轭19内部，穿过第二磁轭19后最终回到环形永磁体S极，环形永磁体18的磁力线181在环形永磁体18内部汇合，形成闭合回路。当线圈142中通电时，线圈142产生的磁力线的路径与环形永磁体18的磁力线181的路径的形状一致，只是方向完全相反，以抵消、排斥环形永磁体18的磁场。当线圈142产生的磁场能够抵消环形永磁体18的磁场对摩擦盘23的吸引力时，摩擦盘23可以在弹片22的弹力作用下被向上拉回，从而使得摩擦盘23与外磁套11和内磁套13的端面分离，即摩擦盘23被释放，制动力矩消失，此时，永磁制动器的转子组件2能够在伺服电机的电机轴的带动下保持同步旋转。本实用新型通过对定子组件中的外磁套11、内磁套13、绝缘层15、第一磁轭16、隔磁套17、环形永磁体18、第二磁轭19等结构进行合理布局，从而使得环形永磁体18的磁力线181能够在定子组件的各零件间穿行形成合理的路径(线圈142的磁力线与环形永磁体18的磁力线181方向相反，当然也能合理穿行)，从而可以使环形永磁体18提供较大的磁动势，从而使得环形永磁体18以比较小的体积就能提供较大的制动力矩，有助于降低制动器中其他零件的体积，有助于实现制动器的紧凑化；而且还使得对于其他零件的材料的选择和制造不用太严格，选用成本较低的软磁材料即可，有助于降低制动器的整体成本，可以使得制造成本相对于现有的制动器，成本可降低60％～80％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种紧凑型失电制动器论文和设计

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