CN113847362B - 可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，包括圆环形的制动器壳体、线圈绕组、圆弧形的制动块安装板、制动块和调节螺钉，多个线圈绕组分别安装于制动器壳体的环形壁上，多个调节螺钉分别安装于对应的壳体螺孔内，多个制动块安装板设于制动器壳体的中心通孔内，多个制动块分别穿过制动块安装板上的多个安装通孔，制动块全部或部分为永磁体，制动块大端为S极或N极，每一个制动块安装板与对应的调节螺钉固定连接。本发明通过改变多个线圈绕组的电流方向来改变制动块的径向移动方向，不再依赖于弹簧，制动和释放过程都非常迅速、可靠，并能够调节扭矩和气隙，满足了电磁制动器在电机、机器人等自动化设备中应用的较高要求。

Description

可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器

技术领域

本发明涉及一种电磁制动器，尤其涉及一种可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器。

背景技术

随着智能制造的不断推进，各行业对电机、机器人等自动化设备的需求日益增大。电机、机器人和自动化设备具有柔性生产、高稳定性等特点，对作为其中核心零部件之一的制动器提出了更高的需求，需要性能和结构具有较高的可调节自由度，以及较高MTBF（平均故障时间）的要求。另外，随着机器人（工业和协作机器人）的普及和更新，对电机减速机和制动器推出了新的结构要求，需要制动器提供更大的转轴穿过的空间；更大的转轴意味着机器人的电缆等可以从转轴内部通过，这是现在机器人（比如协作机器人、关节模组、一体化驱动等）设计的方向，因此可以穿过较大转轴的制动器是技术发展的需求方向。

电磁制动器在电机、机器人等自动化设备中应用极其广泛，电磁制动器是依靠对线圈绕组电源的控制来实现制动器的制动与释放动作的一类制动器，传统电磁制动器主要包括两类，一是弹簧加压式电磁制动器（简称为弹簧式电磁制动器），二是永磁式电磁制动器，下面分别对这两类传动电磁制动器的工作原理和缺陷进行具体说明。

弹簧加压式电磁制动器的工作原理是：线圈绕组得电产生电磁力，吸引衔铁打开抱闸，此时制动器处于释放状态，转轴可以自由旋转；线圈绕组失电其电磁力消失，衔铁在弹簧作用下压紧衔铁和盖板，关闭抱闸，此时制动器处于制动状态，转轴不能旋转。

永磁式电磁制动器的工作原理是：线圈绕组得电产生电磁力，使衔铁受到的永磁力被克服，在波形弹簧的作用下离开内外磁轭表面形成间隙，此时制动器处于释放状态，转轴可以自由旋转；线圈绕组失电其电磁力消失，衔铁在永磁力作用下与内外磁轭表面形成较大摩擦扭矩值，通过波形弹簧传递给法兰，使法兰和转轴受到较大摩擦力，此时制动器处于制动状态，转轴不能旋转。

上述两类传统电磁制动器都是在电磁力和弹簧力相互作用下完成制动功能的，其缺点在于：

1、零件多、结构复杂且安装不便。其主要零件数量多，至少7种以上，结构比较复杂，加工工艺也比较复杂，安装比较费时费力。

2、弹簧失效和制动响应时间长。弹簧（螺旋形弹簧或波形弹簧）长时间在高温下不停的反复形变，会出现弹力衰减和结构疲劳断裂的问题，因此会造成正压力变小甚至丧失，从而最终导致整个制动器的扭矩会随着使用时间增长而下降，甚至还会失效，产生不制动的现象。弹簧的应力释放需要一定的响应时间，该时间比电磁力的响应时间长得多，所以会导致制动器的制动响应时间较长，不利于快速制动。

3、无法调节气隙，制动效果逐渐变差。衔铁与其它配套部件之间的间距是生产时固定的，无法调节，也就是气隙无法调节，导致制动力固定，而且随着弹簧弹性的减弱，其制动力只会越来越差，降低了制动效果。

4、线圈绕组的数量和扭矩无法调节。线圈绕组固定为一个，其电磁力是固定的，从而导致整个制动器的扭矩是固定的，一旦成品完成，便无法自由调节扭矩大小，从而导致使用有一定局限性较大。

5、能够穿过的转轴外径较小。实现制动和释放功能的衔铁及其配套部件都是整体部件，如果直径太大就会显著增加弹簧的弹性需求和电磁力需求，所以从技术上限制了转轴外径的增大，难以满足大直径转轴的制动需求。

6、永磁体容易失效。永磁体体积较大，散热比较困难，长期处于线圈绕组产生的高温环境中，容易因消磁而失效。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，包括制动器壳体、线圈绕组、制动块安装板、制动块和调节螺钉，多个所述线圈绕组分别安装于圆环形的所述制动器壳体的环形壁上并沿圆周分布，所述制动器壳体的环形壁内设有多个径向的壳体螺孔，多个所述调节螺钉分别通过外螺纹安装于对应的所述壳体螺孔内，多个圆弧形的所述制动块安装板设于所述制动器壳体的中心通孔内并沿圆周分布，所述制动块安装板上设有多个安装通孔，多个所述制动块分别穿过一一对应的多个所述安装通孔，所述制动块两端中靠近所述制动器壳体内壁的一端为制动块大端且另一端为制动块小端，所述制动块大端不能穿过所述安装通孔，所述制动块全部或部分为永磁体，所述制动块大端为S极或N极，每一个所述制动块安装板与对应的所述调节螺钉固定连接，多个所述制动块的制动块小端合围形成用于转轴穿过的圆形通孔。

上述结构中，制动器壳体为整个制动器提供安装基础；线圈绕组用于产生电磁场，与制动块的永磁体产生吸引或排斥的电磁力；制动块安装板用于为制动块提供安装基础并使制动块只能在制动器壳体的径向定向移动，同时与调节螺钉配合形成气隙调节机构，通过改变多个制动块能够合围形成的圆形通孔的最小孔径来改变制动器气隙大小，从而改变制动器的制动力大小即改变制动效果；制动块用于在线圈绕组的电流方向发生改变时发生不同方向的径向移动，达到夹紧转轴或松开转轴的目的，即实现制动或释放的功能。

作为优选，为了便于加工制动器壳体并便于安装线圈绕组，所述制动器壳体的环形壁内设有多个沿圆周均匀分布的线圈安装通孔，相邻两个所述线圈安装通孔之间形成线圈骨架，每个所述线圈绕组绕制于对应的所述线圈骨架上。

作为优选，为了便于稳定、可靠地调节制动块安装板的径向位置，所述制动块安装板的中部设有安装板连接孔，所述安装板连接孔与对应的所述调节螺钉连接，所述制动块安装板上位于所述安装板连接孔两侧的位置分别设有一个或多个所述安装通孔，多个所述安装通孔沿圆周分布。

作为优选，为了尽量保证制动过程中转轴受力的均衡性，除了靠近每一个所述安装板连接孔的两个所述安装通孔外，其它的所有所述安装通孔之间的间距相同。

作为优选，为了使制动块与转轴和制动器壳体内壁尽量贴合，所述制动块大端的外壁表面和所述制动块小端的外壁表面均为圆弧面。

作为优选，为了实现良好的制动效果并减少摩擦片的用量，所述制动块小端的外壁安装有圆弧形的摩擦片。

作为优选，为了稳定地连接调节螺钉和制动块安装板，所述调节螺钉通过铆压形成的螺钉连接端与对应的所述制动块安装板固定连接。

作为优选，为了使调节螺钉能够与扳手配合且避免外露，所述调节螺钉两端中不与所述制动块安装板连接的一端设有用于与外六角扳手配套的内六角凹槽。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设计沿轴向分布的多个制动块共同组成制动部件，形成鼓式刹车的制动方式，对转轴进行制动和释放，动作稳定可靠，并通过改变多个线圈绕组的电流方向来改变制动块的径向移动方向，不再依赖于弹簧，制动和释放过程都非常迅速、可靠，并能够调节扭矩和气隙，满足了电磁制动器在电机、机器人等自动化设备中应用的较高要求；更加具体的有益效果如下：

1、本制动器主要由制动器壳体、线圈绕组、制动块安装板、制动块和调节螺钉组成，部件种类少，故障率低，安装更为方便；

2、本制动器通过电磁力和永磁体相互作用，改变电磁力的方向，便可以实现制动器的制动和释放功能，不需要弹簧类零件，结构更简单，故障率更低，寿命更长；

3、本制动器通过制动块安装板安装制动块，通过与调节螺钉配合实现气隙调节功能；

4、本制动器产生电磁力的线圈绕组为多个且周向分布，因此可以控制多个线圈绕组的通断电和电流大小，从而定量控制电磁力的大小，实现扭矩调节功能；

5、本制动器采用多个制动块形成鼓式刹车的方式，去掉了传统制动器的方形毂或法兰等部件，在增加稳定性的同时也增加了穿过主轴的最大直径，满足应用需求；

6、本制动器的制动块上的永磁体为多个且分散布置，散热效率更高，寿命更长，同时只在制动块小端设置摩擦片，摩擦片用量更少、成本更低。

附图说明

图1是本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器的主视图；

图2是图1中的“A-A”剖视图；

图3是本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器的制动器壳体的立体图；

图4是本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器的制动块安装板的立体图；

图5是本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器的气隙调节示意的局部放大图；

图6是本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器的工作原理示意的简易主视图。

图中，1-制动器壳体，2-线圈骨架，3-线圈安装通孔，4-线圈绕组，5-调节螺钉，6-制动块安装板，61-安装通孔，62-安装板连接孔，7-制动块，8-摩擦片，9-转轴，10-壳体螺孔，11-内六角凹槽，12-螺钉连接端，13-中心通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器包括制动器壳体1、线圈绕组4、制动块安装板6、制动块7和调节螺钉5，多个线圈绕组4分别安装于圆环形的制动器壳体1的环形壁上并沿圆周分布，制动器壳体1的环形壁内设有多个径向的壳体螺孔10，多个调节螺钉5分别通过外螺纹安装于对应的壳体螺孔10内，多个圆弧形的制动块安装板6设于制动器壳体1的中心通孔13内并沿圆周分布，制动块安装板6上设有多个安装通孔61，多个制动块7分别穿过一一对应的多个安装通孔61，制动块7两端中靠近制动器壳体1的内壁的一端为制动块大端且另一端为制动块小端，所述制动块大端不能穿过安装通孔61，制动块7全部或部分为永磁体，所述制动块大端为S极或N极，每一个制动块安装板6与对应的调节螺钉5固定连接，多个制动块7的制动块小端合围形成用于转轴9穿过的圆形通孔。

如图1-图4所示，本发明还公开了以下多种更加优化的具体结构，根据实际需要可以将上述结构与下述一种或多种具体结构进行叠加组合形成更加优化的技术方案。

为了便于加工制动器壳体1并便于安装线圈绕组4，制动器壳体1的环形壁内设有多个沿圆周均匀分布的线圈安装通孔3，相邻两个线圈安装通孔3之间形成线圈骨架2，每个线圈绕组4绕制于对应的线圈骨架2上。

为了便于稳定、可靠地调节制动块安装板6的径向位置，制动块安装板6的中部设有安装板连接孔62，安装板连接孔62与对应的调节螺钉5连接，制动块安装板6上位于安装板连接孔62两侧的位置分别设有一个或多个安装通孔61，多个安装通孔61沿圆周分布。

为了尽量保证制动过程中转轴9受力的均衡性，除了靠近每一个安装板连接孔62的两个安装通孔61外，其它的所有安装通孔61之间的间距相同。

为了使制动块7与转轴9和制动器壳体1的内壁尽量贴合，所述制动块大端的外壁表面和所述制动块小端的外壁表面均为圆弧面。

为了实现良好的制动效果并减少摩擦片8的用量，所述制动块小端的外壁安装有圆弧形的摩擦片8。

为了稳定地连接调节螺钉5和制动块安装板6，调节螺钉5通过铆压形成的螺钉连接端12与对应的制动块安装板6固定连接。

为了使调节螺钉5能够与扳手配合且避免外露，调节螺钉5两端中不与制动块安装板6连接的一端设有用于与外六角扳手配套的内六角凹槽11。

如图5所示，本制动器调节气隙的方法是：将外六角扳手（图中未示）插入调节螺钉5的内六角凹槽11内，旋转外六角扳手，带动调节螺钉5在制动器壳体1的径向移动，从而带动制动块安装板6和制动块7在制动器壳体1的径向即调节螺钉5的轴向移动，从而实现气隙（制动块7向靠近转轴9的方向移动至不能再移动时其与转轴9之间的间隙大小即为气隙）调节目的。

图6以简易图方式示出了本制动器的基本工作原理，其以制动块7上的制动块大端为N极（也可以为S极，原理类似）为例，同时以两个相对的线圈绕组4串联连接为例，图6中仅示出了六个线圈绕组4，实际产品远多于六个线圈绕组4。结合图1-图6，当所有的线圈绕组4通电且其形成的电磁场的磁极为N极时，电磁力推动制动块7向内侧移动并压紧转轴9，则此时转轴9不能旋转，制动器处于制动状态；反之，当所有的线圈绕组4的电流方向相反，其形成的电磁场的磁极为S极时，电磁力吸住制动块7向外侧移动并松开转轴9，则此时转轴9能够自由旋转，制动器处于释放状态。制动器的制动和释放动作都采用电磁力实现，相比传统弹簧机构具有快速响应的特点。

说明：如果使用过程中发现调节螺钉5的稳定性不够，还可以在壳体螺孔10内安装锁紧螺钉，即将锁紧螺钉通过其外螺纹安装在壳体螺孔10内并由外而内抵紧调节螺钉5，这样就可以防止调节螺钉5和制动块安装板6在制动过程中产生位移，以实现更好的制动效果。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：包括圆环形的制动器壳体、线圈绕组、圆弧形的制动块安装板、制动块和调节螺钉，多个所述线圈绕组分别安装于所述制动器壳体的环形壁内并沿圆周分布，所述制动器壳体的环形壁内设有多个径向的壳体螺孔，多个所述调节螺钉分别通过外螺纹安装于对应的所述壳体螺孔内，多个所述制动块安装板设于所述制动器壳体的中心通孔内并沿圆周分布，所述制动块安装板上设有多个安装通孔，多个所述制动块分别穿过一一对应的多个所述安装通孔，所述制动块上靠近所述制动器壳体内壁的一端为制动块大端且另一端为制动块小端，所述制动块大端不能穿过所述安装通孔，所述制动块全部或部分为永磁体，所述制动块大端为S极或N极，每一个所述制动块安装板与对应的所述调节螺钉固定连接，多个所述制动块的制动块小端合围形成用于转轴穿过的圆形通孔；所述制动器壳体的环形壁内设有多个沿圆周均匀分布的线圈安装通孔，相邻两个所述线圈安装通孔之间形成线圈骨架，每个所述线圈绕组绕制于对应的所述线圈骨架上。

2.根据权利要求1所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：所述制动块安装板的中部设有安装板连接孔，所述安装板连接孔与对应的所述调节螺钉连接，所述制动块安装板上位于所述安装板连接孔两侧的位置分别设有一个或多个所述安装通孔，多个所述安装通孔沿圆周分布。

3.根据权利要求2所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：除了靠近每一个所述安装板连接孔的两个所述安装通孔外，其它的所有所述安装通孔之间的间距相同。

4.根据权利要求1所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：所述制动块大端的外壁表面和所述制动块小端的外壁表面均为圆弧面。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：所述制动块小端设有圆弧形的摩擦片。

6.根据权利要求1-4中任何一项所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：所述调节螺钉通过铆压形成的螺钉连接端与对应的所述制动块安装板固定连接。

7.根据权利要求1-4中任何一项所述的可调节扭矩和气隙的环式电磁制动器，其特征在于：所述调节螺钉上不与所述制动块安装板连接的一端设有用于与外六角扳手配套的内六角凹槽。

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