一种轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构。


背景技术：

2.机械手臂的关节模组是由电机进行驱动运行，而在断电时需要制动器来保持位置不动。现有的电机和制动器是两个独立的结构，使得组装后的整体轴向尺寸较长，另外机械手臂大都是多轴的，例如四轴、六轴和七轴等，使得电机的安装空间受到限制，无法适用于上述的轴向尺寸长的组装结构。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种轴向尺寸短，且结构紧凑的轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构。
4.一种轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构，包括：
5.转子总成，包括一转子轴、一制动电枢和多个磁钢，所述转子轴包括一轴部和一背铁，所述背铁连接于所述轴部，所述制动电枢包括一电枢板和一簧片，所述电枢板和所述簧片均套设于所述轴部，所述簧片连接于所述背铁和所述电枢板之间，以使所述电枢板受外力作用而移动，所述磁钢固定于所述背铁上，且位于所述背铁背离所述制动电枢的一侧；
6.定子总成，包括一定子铁芯和一定子绕组，所述定子绕组固定于所述定子铁芯上，所述定子铁芯套设于所述轴部，且所述定子铁芯固定所述定子绕组的一侧与所述磁钢相对设置；
7.制动器定子总成，套设于所述轴部上，且与所述电枢板配合来对所述转子总成进行制动。
8.进一步，所述簧片和所述电枢板的连接点，其与所述簧片和所述背铁的连接点错开设置。
9.进一步，所述簧片和所述电枢板的连接点为多个，且沿着所述簧片的外周缘间隔设置，所述簧片和所述背铁的连接点为多个，且沿着所述簧片的外周缘间隔设置，并且所述簧片和所述电枢板的连接点，其位于相邻的两个所述簧片和所述背铁的连接点之间。
10.进一步，所述簧片通过第一紧固件固定于所述电枢板上，所述簧片通过第二紧固件固定于所述背铁上，且所述第一紧固件和所述第二紧固件错开设置，所述电枢板上开设有避让所述第二紧固件的避让孔。
11.进一步，所述制动器定子总成包括一永磁体、一绕组和一摩擦片，所述绕组位于所述永磁体和所述摩擦片之间，所述永磁体、所述绕组和所述摩擦片套设于所述轴部上时，所述摩擦片与所述电枢板相对设置。
12.进一步，所述制动器定子总成还包括一底板，所述永磁体、所述绕组和所述摩擦片套接于所述底板上，所述底板套设于所述轴部。
13.进一步，所述底板包括一基部和一套接部，所述基部和所述套接部相连接，所述永磁体、所述绕组和所述摩擦片均套接于所述套接部上，并且所述永磁体位于所述基部和所述绕组之间。
14.进一步，所述制动器定子总成还包括一侧环，所述侧环套设与所述套接部外，并位于所述摩擦片和所述永磁体之间，以使所述绕组固定于所述侧环内部。
15.进一步，所述侧环包括一侧环底部和一侧环壁部，所述侧环底部的外壁延伸形成侧环壁部，所述侧环底部套设于所述轴部，以使所述永磁体固定于所述底板和所述侧环底部之间，所述侧环壁部位于所述侧环底部背离所述永磁体的一侧，所述绕组套设于所述轴部和所述侧环壁部之间，所述摩擦片套接于所述轴部和所述侧环壁部之间。
16.进一步，所述电枢板、所述底板和所述侧环采用导磁材料。
17.与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
18.所述簧片连接于所述电枢板和所述背铁之间，并且所述簧片和所述电枢板的连接点，其与所述簧片和所述背铁的连接点错开设置，以使所述簧片能够拉伸，进而使所述电枢板在受到外力作用时可以移动，进而与所述制动器定子总成配合来实现对所述述转子总成的制动，结构紧凑新颖。另外，所述定子总成和所述制动器定子总成集成于所述转子总成的所述轴部上，以使所述集成结构的轴向尺寸进一步缩短，以满足电机的受限安装空间。另外所述转子总成的所述背铁，其安装所述制动电枢来与所述制动器定子总成配合，以实现对所述转子总成进行制动，进一步缩短集成结构的轴向尺寸。
19.以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。
附图说明
20.图1是根据本实用新型所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构的一个优选实施例的分解图；
21.图2是根据本实用新型所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构的上述优选实施例的结构示意图；
22.图3是根据本实用新型所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构的上述优选实施例的剖视图；
23.图4是根据本实用新型所述转子总成的一个优选实施例的结构示意图；
24.图5是根据本实用新型所述转子总成的上述优选实施例的剖视图；
25.图6是根据本实用新型所述转子轴的一个优选实施例的结构示意图；
26.图7是根据本实用新型所述制动电枢的一个优选实施例的结构示意图；
27.图8是根据本实用新型所述制动电枢的上述优选实施例的剖视图；
28.图9是根据本实用新型所述簧片的一个优选实施例的结构示意图；
29.图10是根据本实用新型所述转子轴和所述制动电枢组装的结构示意图；
30.图11是根据本实用新型所述转子轴和所述制动电枢组装的剖视图；
31.图12是根据本实用新型所述定子总成的一个优选实施例的结构示意图；
32.图13是根据本实用新型所述定子铁芯的一个优选实施例的结构示意图；
33.图14是根据本实用新型所述制动器定子总成的一个优选实施例的结构示意图；
34.图15是根据本实用新型所述制动器定子总成的上述优选实施例的剖视图；
35.图16是根据本实用新型所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构在不运行模式下的结构示意图；
36.图17是根据本实用新型所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构在运行模式下的结构示意图。
具体实施方式
37.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
38.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
39.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
40.如图1至图15所示，所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构包括：
41.转子总成100，包括一转子轴110、一制动电枢120和多个磁钢130，所述转子轴110 包括一轴部111和一背铁112，所述背铁112连接于所述轴部111，所述制动电枢120包括一电枢板121和一簧片122，所述电枢板121和所述簧片122均套设于所述轴部111，所述簧片122连接于所述背铁112和所述电枢板121之间，以使所述电枢板121受外力作用而移动，所述磁钢130固定于所述背铁112上，且位于所述背铁112背离所述制动电枢120的一侧；
42.定子总成200，包括一定子铁芯210和一定子绕组220，所述定子绕组220固定于所述定子铁芯210上，所述定子铁芯210套设于所述轴部111，且所述定子铁芯210固定所述定子绕组220的一侧与所述磁钢130相对设置；
43.制动器定子总成300，套设于所述轴部111上，且与所述电枢板121相对设置，以使所述定子绕组220和所述制动器定子总成300在不通电的情况下，所述制动器定子总成300吸附所述电枢板121以对所述转子总成100制动。
44.由于所述定子总成200和所述制动器定子总成300集成于所述转子总成100的所述轴部 111上，以使所述集成结构的轴向尺寸进一步缩短，以满足电机的受限安装空间。另外所述转子总成100的所述背铁112，其安装所述制动电枢120来与所述制动器定子总成300配合，以实现对所述转子总成100进行制动，进一步缩短集成结构的轴向尺寸。
45.如图1至图3、图14和图15所示，所述制动器定子总成300包括一永磁体320、一绕组340和一摩擦片350，所述绕组340位于所述永磁体320和所述摩擦片350之间，所述永磁体320、所述绕组340和所述摩擦片350均呈环形结构，当三者套设于所述轴部111上时，所述摩擦片350与所述电枢板121相对设置，并且所述摩擦片350和所述电枢板121之间保持空隙b，参考图3。
46.所述永磁体320采用硬磁材料，其具有磁性。所述摩擦片350采用摩擦系数大的材料，用于摩擦制动。所述绕组340在不通电的情况下，所述电枢板121吸附在所述摩擦片350上，进而实现对所述转子总成100摩擦制动，以防止所述转子总成100转动，此时所述摩擦片350 和所述电枢板121之间存在空隙b。所述绕组340在通电情况下产生磁场，以使所述电枢板121和所述摩擦片350分离，此时所述摩擦片350和所述电枢板121之间存在空隙b。
47.需要说明的是，所述永磁体320对所述电枢板121的吸力大于所述簧片122对所述电枢板121的拉力，这样才能是所述电枢板121能够在所述绕组340不通电的情况下吸附在所述摩擦片350上。
48.如图14和图15所示，所述制动器定子总成300还包括一底板310，所述永磁体320、所述绕组340和所述摩擦片350套接于所述底板310上，所述底板310套设于所述轴部111，以使所述摩擦片350与所述电枢板121相对设置。
49.具体地，所述底板310呈环形结构，用于套设轴部111，其包括一基部311和一套接部 312，所述基部311和所述套接部312相连接，两者中空且同轴设置，以形成底板310的环形结构。其中所述基部311和所述套接部312的横截面均呈环形，并且所述基部311的直径大于所述套接部312的直径，所述永磁体320、所述绕组340和所述摩擦片350均套接于所述套接部312上，其中，所述基部311、所述永磁体320、所述绕组340和所述摩擦片350 从右至左排列设置，参考图15。
50.前述的所述基部311和所述套接部312可一体成型。
51.继续参考图14和图15，所述制动器定子总成300还包括一侧环330，所述侧环330套设与所述套接部312外，并位于所述摩擦片350和所述永磁体320之间，以使所述绕组340 固定于所述侧环330内部。
52.具体地，所述摩擦片350套接于所述侧环330和所述套接部312之间。参考图15，所述侧环330包括一侧环底部331和一侧环壁部332，所述侧环底部331呈环形，所述侧环底部 331的外壁延伸形成侧环壁部332，所述侧环底部331套设于所述轴部111，以使永磁体320 固定于所述底板310和所述侧环底部331之间，所述侧环壁部332位于所述侧环底部331背离所述永磁体320的一侧，所述绕组340套设于所述轴部111，并位于所述轴部111和所述侧环壁部332之间，所述摩擦片350套接于所述轴部111和所述侧环壁部332之间，以使所述绕组340位于所述摩擦片350和所述侧环底部331之间。
53.前述的所述侧环底部331和所述侧环壁部332可一体成型。
54.所述制动器定子总成300组装时，可依次将所述永磁体320、所述侧环330、所述绕组 340和所述摩擦片350套接于所述套接部312上，并形成如图15所示的结构。
55.所述底板310和所述侧环330可采用导磁材料，当所述永磁体320和所述定子绕组220 不通电时，以所述永磁体320为磁场源头，通过所述底板310、所述侧环330和所述电枢板 121形成磁回路，进而使所述电枢板121吸附在所述摩擦片350上。
56.如图1至图6所示，所述转子轴100包括一轴部111和一背铁112，所述背铁112连接于所述轴部111。其中所述轴部111和所述背铁112的横截面均呈圆形，所述背铁112的直径大于所述轴部111的直径，并且所述轴部111和所述背铁112可同轴设置。参考图4，所述背铁112可位于所述轴部111的中间位置，以使所述定子总成200和所述制动器定子总成 300套设于所述轴部111上，且位于所述背铁112的两侧，参考图1和图2。
57.如图1和图4所述，多个所述磁钢130均固定于所述背铁112的同一侧，且多个所述磁钢130沿着所述轴部111环绕设置，以使多个所述磁钢130呈环形排列。其中，所述磁钢130 可呈扇形结构。
58.如图1至图5、图7至图11所示，所述制动电枢120套设于所述轴部111，且位于所述背铁112背离所述磁钢130的一侧。所述制动电枢120包括一电枢板121和一簧片122，所述电枢板121和所述簧片122均呈环形，以使组装后的所述制动电枢120能够套设于所述轴部111。
59.如图3、图5、图7至图11所示，所述簧片122分别与所述电枢板121和所述背铁112 相连接，并且所述簧片122和所述电枢板121的连接点，其与所述簧片122和所述背铁112 的连接点错开设置，以使所述簧片122能够拉伸，进而使所述电枢板121在受到外力作用时可以移动，例如沿着所述轴部111的轴线方向移动。
60.具体地，所述簧片122和所述电枢板121的连接点，其与所述簧片122和所述背铁112 的连接点依次间隔设置。其中，所述簧片122和所述电枢板121的连接点为多个，且沿着所述簧片122的外周缘等距间隔设置，所述簧片122和所述背铁112的连接点为多个，且沿着所述簧片122的外周缘等距间隔设置，并且所述簧片122和所述电枢板121的连接点，其位于相邻的两个所述簧片122和所述背铁112的连接点之间。
61.更具体地，参考图3、图5、图7、图8、图9和图11所示，所述簧片122通过第一紧固件123固定于所述电枢板121上，所述簧片122通过第二紧固件140固定于所述背铁112 上，且所述第一紧固件123和所述第二紧固件140错开设置。由于所述第一紧固件123和所述第二紧固件140错开设置，因此当所述电枢板121受外力作用时，所述电枢板121能够沿着所述轴部111轴线方向移动一定距离。
62.参考图9，所述簧片122上开设有用于所述第一紧固件123穿过的第一套孔1221，以及用于所述第二紧固件140穿过的第二套孔1222，所述第一套孔1221和所述第二套孔1222 错开设置。
63.多个所述第一套孔1221沿着所述簧片122的周缘等距间隔设置，多个所述第二套孔1222 沿着所述簧片122的周缘等距间隔设置，并且相邻的两个所述第一套孔1221内设置有一所述第二套孔1222，进而使通过第一套孔1221的所述第一紧固件123，其与通过所述第二套孔1222的所述第二紧固件140错开设置，以实现所述簧片122能够拉伸，进而满足所述电枢板121移动。
64.继续参考图9，所述第一套孔1221的数量可为六个，每两个所述第一套孔1221为一组进而使六个所述第一套孔1221形成三组，该三组沿着所述122的周缘等距间隔设置，并且每组的两个所述第一套孔1221沿着所述簧片122的径向排列设置。
65.同理，所述第二套孔1222的数量也为六个，每两个所述第二套孔1222为一组进而使六个所述第二套孔1222形成三组，该三组沿着所述122的周缘等距间隔设置，并且所述第二套孔1222位于相邻的两个所述第一套孔1221之间，以及每组的两个所述第二套孔1222沿着所述簧片122的径向排列设置。
66.如图3、图5、图7、图8、图9和图11所述，所述第一紧固件123可为铆钉，即所述第一紧固件123穿过所述簧片122上的第二套孔1222，并锁紧在所述电枢板121上，进而使所述簧片122与所述电枢板121固定。
67.如图3、图5、图8、图9和图11所示，所述第二紧固件140可为螺栓，所述电枢板121 上开设有避让所述螺栓头部的避让孔1211，即所述第二紧固件140依次穿过所述避让孔1211 和所述第二套孔1222，直至与所述背铁112螺接，以实现所述簧片122和所述背铁112的固定，由于所述避让孔1211避让所述螺栓的头部，因此所述第二紧固件140只起到固定所述簧片122和所述背铁112的目的，而不会影响所述电枢板121的移动。
68.前述的所述电枢板121可采用导磁材料。
69.所述制动电枢120在所述背铁112组装时，可先将所述簧片122通过第一紧固件123固定于所述电枢板121上，然后通过第二紧固件140将所述簧片122固定于所述背铁112上。
70.如图1、图2、图3、图12和图13所示，所述定子总成200包括一定子铁芯210和一定子绕组220，所述定子铁芯210呈环形结构，所述定子铁芯210沿着其径向方向开设有多个绕组安装槽211，以使所述定子铁芯210分割形成多个用于缠绕所述定子绕组220的齿部 212，所述定子绕组220沿着所述安装槽211缠绕于所述齿部212的外部。
71.所述定子铁芯210套设于所述轴部111外，以使所述定子铁芯210固定所述定子绕组220 的一侧与所述磁钢130相对设置，并且所述定子铁芯210和所述磁钢130之间保持气隙a，以使所述转子总成100相对所述定子总成200转动。
72.如图16所示，所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构处于不运行模式，其中，所述定子绕组220不通电，关节模组没有动力，并且所述绕组340也不通电，此时所述永磁体320 为磁场源头，通过所述底板310、所述侧环330和所述电枢板121形成磁回路，将所述电枢板121吸附在所述摩擦片350表面并保持一定压力，此时所述摩擦片350和所述电枢板121 之间的空隙b不存在，依靠静摩擦力防止所述转子总成100转动，从而保证机械手臂的空间位置，避免松动。
73.如图17所示，所述轴向磁场电机与永磁制动器的集成结构处于运行模式，其中，所述定子绕组220通入三相交流电，为关节模组提供动力，同时所述绕组340通入直流电，通过控制直流电的大小和方向，使绕组340产生的磁场与所述永磁体320的磁场抵消，此时所述电枢板121只受所述簧片122的拉力，并被拉紧在所述背铁112上，此时所述摩擦片350和所述电枢板121之间的空隙b存在，从而使所述转子总成100可以顺利转动。
74.当所述定子绕组220断电后，关节模组失去动力，但由于惯性所述转子总成100还在转动。同时所述绕组340同时断电，其产生的用于抵消所述永磁体320的磁场消失，此时所述永磁体320又通过所述底板310、所述侧环330和所述电枢板121形成磁回路，将所述电枢板121吸附在所述摩擦片350表面并保持一定压力，此时所述摩擦片350和所述电枢板121 之间的空隙b不存在，通过动摩擦力将所述转子总成100制动，以防止所述转子总成100转动，从而保持机械手臂的空间位置，进而避免送到，以恢复到所述集成结构不运行模式，参考图16。
75.综上所述，所述簧片122连接于所述电枢板121和所述背铁112之间，并且所述簧片122 和所述电枢板121的连接点，其与所述簧片122和所述背铁112的连接点错开设置，以使所述簧片122能够拉伸，进而使所述电枢板121在受到外力作用时可以移动，进而与所述制动器定子总成300配合来实现对所述述转子总成100的制动，结构紧凑新颖。另外，所述定子总成200和所述制动器定子总成300集成于所述转子总成100的所述轴部111上，以使所述集成结构的轴向尺寸进一步缩短，以满足电机的受限安装空间。另外所述转子总成100的所述
背铁112，其安装所述制动电枢120来与所述制动器定子总成300配合，以实现对所述转子总成100进行制动，进一步缩短集成结构的轴向尺寸。
76.除此以外，本领域技术人员也可以根据实际情况对所述转子总成100、所述定子总成200 和所述制动器定子总成300的形状、结构以及材质进行改变，只要在本实用新型上述揭露的基础上，采用了与本实用新型相同或近似的技术方案，解决了与本实用新型相同或近似的技术问题，并且达到了与本实用新型相同或近似的技术效果，都属于本实用新型的保护范围之内，本实用新型的具体实施方式并不以此为限。
77.也就是说，只要在本实用新型上述揭露的基础上，采用了与本实用新型相同或近似的技术方案，解决了与本实用新型相同或近似的技术问题，并且达到了与本实用新型相同或近似的技术效果，都属于本实用新型的保护范围之内，本实用新型的具体实施方式并不以此为限。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
79.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。