电磁失电制动器、电机、机器人的制作方法

1.本发明属于电磁制动器设计技术领域，具体涉及一种电磁失电制动器、电机、机器人。


背景技术：

2.随着目前工业智能产品的逐步发展，其对旋转、进击等机械运动部件出现异常需紧急停机的安全性要求日益提升，即，小型、轻量、便宜的电磁失电式制动器被广泛的应用于机床、工业机器人、伺服电机等工业产品中。现有技术中，电磁失电制动器工作分为启动与制动过程，启动工作原理为：电磁失电制动器中的定子线圈通电，产生磁场，对衔铁产生吸引力，衔铁受电磁力且克服定子铁芯内弹簧的弹力，向定子方向运动并贴合定子，释放摩擦片，转轴即可启动运转；制动工作原理为：电磁失电制动器中的定子线圈断电，衔铁失去电磁力，受定子铁芯内弹簧的弹力，立即向摩擦片方向运行并快速贴合摩擦片，转轴停止运转，实现制动。
3.然而对于现在复杂的机械运转情况，涉及多自由度的启动与制动，例如：目前工业应用较为广泛的四、六轴工业机器人，一台六轴机器人需使用六台伺服电机，即包括六个电磁失电制动器同时开启与制动。在电磁失电制动器开启与制动时，会分别撞击定子铁芯和摩擦片，产生较大的撞击噪声，特别在六个制动器同时开启与制动时，由于同步或不同步的撞击噪声，使得电磁失电制动器不适用于一些对噪声要求较高的场合，且较大的冲击产生会直接影响电磁失电制动器的可靠性与寿命。也即，现有技术中电磁失电制动器在多关节应用场合同时开启时衔铁撞击定子组件、制动时衔铁撞击摩擦片，产生较大的冲击噪声，而电磁失电制动器由衔铁与摩擦片贴合产生制动，长时间多次制动会引起摩擦片的磨损，衔铁一直保持与摩擦片高强度的撞击效应，很容易引起摩擦片的碎裂，减小摩擦片使用寿命及电磁失电制动器的可靠性；另外，当前衔铁被吸引或制动时的撞击噪声，较多的使用橡胶垫、弹性垫等阻尼较大材料来减缓降低，但在衔铁、定子、摩擦片等部件贴合处增设孔位、凹槽等，会影响电磁失电制动器的制动效果及可靠性，且材料本身易老化，性能寿命周期较短，同时其阻尼无法调节，衰减冲击带来的振动辐射效果较差。


技术实现要素：

4.因此，本发明提供一种电磁失电制动器、电机、机器人，能够克服相关技术中电磁失电制动器在制动时的制动噪音采用橡胶圈、弹性垫容易老化、制动效果不佳等不足。
5.为了解决上述问题，本发明提供一种电磁失电制动器，包括磁力控制部件、衔铁、与轮毂连接的摩擦片，所述衔铁能够在所述磁力控制部件失电时与所述摩擦片接触实现所述轮毂的制动，所述衔铁与所述磁力控制部件之间设有第一磁流变弹性体及相应的第一磁力发生部件，当所述轮毂解除制动时，所述第一磁流变弹性体能够在所述第一磁力发生部件的作用下产生膨胀形变。
6.在一些实施方式中，所述第一磁流变弹性体为环形，所述衔铁朝向所述磁力控制
部件的一侧构造有第一环槽，所述第一磁流变弹性体装设于所述第一环槽内。
7.在一些实施方式中，所述第一磁力发生部件包括第一线圈，所述第一线圈套装于所述第一磁流变弹性体的外侧，所述第一线圈装设于所述第一环槽内。
8.在一些实施方式中，所述第一磁流变弹性体沿其周向上依次交替具有第一弧段、第二弧段、第一弧段及第二弧段，其中第一弧段的截面面积小于所述第二弧段的截面面积，所述第一线圈具有两个，两个所述第一线圈分别一一对应地套装于两个所述第一弧段的外侧。
9.在一些实施方式中，所述摩擦片与所述轮毂之间设有第二磁流变弹性体及相应的第二磁力发生部件，当所述轮毂制动时，所述第二磁流变弹性体能够在所述第二磁力发生部件的作用下产生膨胀形变。
10.在一些实施方式中，所述第二磁流变弹性体为环形，所述轮毂朝向所述摩擦片的一侧构造有第二环槽，所述第二磁流变弹性体装设于所述第二环槽内。
11.在一些实施方式中，所述第二磁力发生部件包括第二线圈，所述第二线圈套装于所述第二磁流变弹性体的外侧，所述第二线圈装设于所述第二环槽内。
12.在一些实施方式中，所述第一磁流变弹性体的外表面上设有消音孔；和/或，所述第二磁流变弹性体的外表面上设有消音孔。
13.本发明还提供一种电机，包括上述的电磁失电制动器。
14.本发明还提供一种机器人，包括上述的电机。
15.本发明提供的一种电磁失电制动器、电机、机器人，利用所述第一磁流变弹性体作为减缓冲击、衰减振动的介质，其响应快、充分节能，能够衰减多种振动信号，实现电磁失电制动器在启动、制动时，减缓所述衔铁对所述定子铁芯的冲击，增加电磁失电制动器使用寿命及可靠性，采用所述第一磁流变弹性体替代相关技术中使用较多的橡胶圈、弹性垫作用，消除橡胶圈、弹性垫易老化，影响电磁失电制动器制动效果等不利影响。
附图说明
16.图1为本发明实施例的电磁失电制动器的一个视角下的内部结构示意图；
17.图2为本发明实施例的电磁失电制动器的另一个视角下的内部结构示意图；
18.图3为本发明实施例的电磁失电制动器的拆解结构示意图；
19.图4为图1中衔铁与第一磁流变弹性体的组装结构局部示意图；
20.图5为图1中轮毂与第二磁流变弹性体的组装结构局部示意图。
21.附图标记表示为：
22.1、衔铁；11、第一环槽；2、轮毂；21、第二环槽；3、摩擦片；4、第一磁流变弹性体；41、第一线圈；5、第二磁流变弹性体；51、第二线圈；6、消音孔；71、定子铁芯；72、定子线圈；73、定子骨架；74、圆柱定位销；75、弹性件。
具体实施方式
23.结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种电磁失电制动器，包括磁力控制部件、衔铁1、与轮毂2连接的摩擦片3，所述衔铁1能够在所述磁力控制部件失电时与所述摩擦片3接触实现所述轮毂2的制动，所述衔铁1与所述磁力控制部件之间设有第一磁
流变弹性体4及相应的第一磁力发生部件，当所述轮毂2解除制动时，所述第一磁流变弹性体4能够在所述第一磁力发生部件的作用下产生膨胀形变，所述磁力控制部件具体包括定子铁芯71，所述定子铁芯71上具有定子线圈72，所述衔铁1与所述定子铁芯71之间设有弹性件75(具体例如为弹簧)，当所述定子线圈72通电时所述定子铁芯71将产生吸力对所述衔铁1形成吸引从而实现对所述轮毂2的解除制动，当所述定子铁芯71断电时，所述定子铁芯71不具备磁力，此时所述弹簧将推动所述衔铁1朝向所述摩擦片3运动并与所述摩擦片3接触实现对所述轮毂2的制动。该技术方案中，利用所述第一磁流变弹性体4作为减缓冲击、衰减振动的介质，其响应快、充分节能，能够衰减多种振动信号，实现电磁失电制动器在启动、制动时，减缓所述衔铁1对所述定子铁芯71的冲击，增加电磁失电制动器使用寿命及可靠性，采用所述第一磁流变弹性体4替代相关技术中使用较多的橡胶圈、弹性垫作用，消除橡胶圈、弹性垫易老化，影响电磁失电制动器制动效果等不利影响。
24.在一些实施方式中，所述磁力控制部件还包括定子骨架73，所述定子线圈72绕设于所述定子骨架73上；和/或，所述衔铁1与所述定子铁芯71之间设有圆柱定位销74，以保证所述衔铁1在制动与解除制动过程中的运行可靠性。
25.所述第一磁流变弹性体4为环形，所述衔铁1朝向所述磁力控制部件的一侧构造有第一环槽11，所述第一磁流变弹性体4装设于所述第一环槽11内，采用环形的磁流变弹性体能够在冲击缓冲时实现对相应的部件的周向均匀受力。
26.所述第一磁力发生部件具体例如可以为永磁体，而采用永磁体只能保证所述第一磁流变弹性体4一直处于膨胀形变状态，也即所述第一磁流变弹性体4的阻尼不可调节，在一些实施方式中，所述第一磁力发生部件包括第一线圈41，所述第一线圈41套装于所述第一磁流变弹性体4的外侧，所述第一线圈41装设于所述第一环槽11内，该技术方案中，通过对所述第一线圈41的通电与否实现对所述第一磁流变弹性体4是否膨胀形变进行控制，从而能够使相应的阻尼可调。
27.在一些实施方式中，所述第一磁流变弹性体4沿其周向上依次交替具有第一弧段、第二弧段、第一弧段及第二弧段，其中第一弧段的截面面积小于所述第二弧段的截面面积，所述第一线圈41具有两个，两个所述第一线圈41彼此对称布置，能够提升控制的可靠性，两个所述第一线圈41分别一一对应地套装于两个所述第一弧段的外侧，从而能够保证所述第一线圈41的设置不会对所述第一磁流变弹性体4的膨胀形状构成不利影响。
28.在一些实施方式中，所述摩擦片3与所述轮毂2之间设有第二磁流变弹性体5及相应的第二磁力发生部件，当所述轮毂2制动时，所述第二磁流变弹性体5能够在所述第二磁力发生部件的作用下产生膨胀形变，所述第二磁流变弹性体5的设置能够增加所述摩擦片3上的振动朝向所述轮毂2一侧的传递阻尼，从而能够进一步减少所述制动器在制动过程中的噪音，提升所述制动器的静音制动效果。与所述第一磁流变弹性体4相似的，所述第二磁流变弹性体5为环形，所述轮毂2朝向所述摩擦片3的一侧构造有第二环槽21，所述第二磁流变弹性体5装设于所述第二环槽21内。所述第二磁力发生部件包括第二线圈51，所述第二线圈51套装于所述第二磁流变弹性体5的外侧，所述第二线圈51装设于所述第二环槽21内。
29.在一些实施方式中，所述第一磁流变弹性体4的外表面上设有消音孔6；和/或，所述第二磁流变弹性体5的外表面上设有消音孔6，能够进一步吸收撞击噪声，达到静音启动、静音制动的效果。
30.所述第一磁流变弹性体4与所述衔铁1之间以及所述第二磁流变弹性体5与所述轮毂2之间可以采取粘结或刚性固定例如栓接约束均可。
31.以下对本发明的电磁失电制动器的制动及解除制动原理进行进一步说明：
32.(1)对于电磁失电制动器启动(也即解除制动)过程：由于电磁失电制动器中制动器定子线圈72通电，产生电磁场，制动器定子铁芯71为磁性材料产生磁力，衔铁1受磁力作用并克服弹性件75(具体为弹簧)施加的轴向弹簧力向制动器定子铁芯71运动，释放与摩擦片3的接触。同步的衔铁1内第一线圈41通电，使内部第一磁流变弹性体4由于磁致效应，产生微小形变突出于衔铁1端面，先于衔铁1接触制动器定子铁芯71，并由第一磁流变弹性体4内部的磁致阻尼效应，快速衰减第一磁流变弹性体4与制动器定子铁芯71接触撞击振动，同步的利用第一磁流变弹性体4内部的消音孔6吸收撞击噪声。
33.在第一磁流变弹性体4接触制动器定子铁芯71后，进一步的第一线圈41电流逐渐减弱，第一磁流变弹性体4恢复初始状态，使衔铁1接触制动器定子铁芯71，第一磁流变弹性体4内部消音孔6同步吸收接触噪声。完成电磁失电制动器启动过程中，衔铁1被吸引接触制动器定子铁芯71时产生的接触碰撞噪声的吸收及振动的衰减。
34.(2)对于电磁失电制动器制动过程：电磁失电制动器中制动器定子线圈72断电，消除电磁场，制动器定子铁芯71消除磁力，衔铁1受弹性件75(具体为弹簧)施加的轴向弹簧力作用向摩擦片3方向运动。同步的轮毂8内的第二线圈51通电，使内部第二磁流变弹性体5产生磁致阻尼效应，在衔铁1与摩擦片3接触制动时，快速衰减冲击振动，并利用第二磁流变弹性体5内部消音孔6吸收冲击噪声。完成电磁失电制动器制动过程，衔铁1与摩擦片3接触制动后，第二线圈51电流逐渐减弱断电，第二磁流变弹性体5逐渐恢复初始状态。
35.根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括上述的电磁失电制动器。
36.根据本发明的实施例，还提供一种机器人，包括上述的电机。
37.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。
38.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。