专利名称：具有被动集成制动器的电动马达的制作方法
技术领域：
在此公开的主题总体涉及机电系统，更具体地，涉及具有被动集成制动器的电动马达。
背景技术：
机电驱动器的特定应用要求在已经撤销了运行机电驱动器的电能之后机电驱动 器将负载保持在固定位置。一种在没有电能的情况下保持在固定位置的方法是使用一直被 拖曳的摩擦设备。摩擦设备的示例包括摩擦片、球斜道、重重地预加载的滚动轴承和倾斜滚 子轴承。这些摩擦设备产生的一直存在的阻力通常要求很大的驱动马达尺寸并减少驱动器 效率。使用主动被控制动器可以减轻与连续拖曳制动器相关的低效率；然而，主动被控 制动器由于需要控制系统操作而增加了复杂度。部分主动被控制动器使用电能使制动器接 合，而其他主动被控制动器使用附加电能来释放制动器。机电驱动系统中包含主动被控制 动器还增加了系统的整体大小和重量，并且可能需要附加电能来设置和释放主动被控制动
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发明内容
根据本发明的一方面，提供一种具有被动集成制动器的电动马达。所述具有被动 集成制动器的电动马达包括具有一个或多个磁场可控线圈的定子和具有位于定子的内径 内的转子轴的转子。可操作转子关于转子轴的纵轴线旋转。具有被动集成制动器的电动马 达还包括制动蹄片，沿转子轴的纵轴线定位于定子的内径内。可操作制动蹄片以响应于一 个或多个磁场可控线圈产生的磁场强度将制动力施加到转子轴和从转子轴撤销制动力。根据本发明的另一方面，提供一种机电系统。所述机电系统包括机械驱动器；齿轮 系，连接到机械驱动器；以及具有被动集成制动器的电动马达，连接到齿轮系。电动马达可 操作地通过齿轮系提供机械力，以向机械驱动器施加机械运动或使机械驱动器停止机械运 动，其中，被动集成制动器位于电动马达内且被磁控制。根据本发明的另一方面，通过一种在电动马达中产生被动积分制动的方法。所述 方法包括将具有转子轴的转子定位在定子的内径内。定子包括一个或多个磁场可控线圈。 可操作转子关于转子轴的纵轴线旋转。所述方法还包括沿转子轴的纵轴线将制动蹄片定位 在定子的内径内。所述方法还包括响应于一个或多个磁场可控线圈产生的磁场强度低于阈 值，在制动蹄片与转子轴之间施加制动力。所述方法还包括响应于磁场强度高于阈值，撤销 制动蹄片与转子轴之间的制动力。根据下面结合附图进行的描述，这些和其他优点及特征将变得更加明显。
作为说明书的结论在权利要求中具体指出且明显声明了本发明的主题。根据下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他特征及优点将变得更加明显，其中 图1示出包括具有被动集成制动器的电动马达的机电系统的示例性实施例； 图2是图1的具有被动集成制动器的电动马达的侧剖视图； 图3是图1和图2的具有被动集成制动器的电动马达的前剖视图； 详细描述通过参照附图的方式解释了本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施例方式
在此更加详细描述的本发明提供了集成到电动马达组件中的被动、弹簧组、制动 器。电动马达组件可以与机械驱动器集成在一起以形成具有被动集成制动器的电动马达。 当电能从电动马达撤销时，被动集成制动器禁止电动马达中转子的旋转。图1示出包括具有被动集成制动器104的电动马达102的机电系统100的示例性 实施例。机电系统100还包括机械驱动器106和连接到机械驱动器106的齿轮系108。机 电系统100还可以包括位置反馈装置110以启动机械驱动器106的闭环控制。电动马达 102还连接到齿轮系108从而通过齿轮系108可操作地提供机械力以向机械驱动器106施 加机械运动或使机械驱动器106的机械运动停止。被动集成制动器104位于电动马达102 内且被磁控制。解析器112可以用于提供马达位置反馈并控制通过电连接器114的电动马 达102中的通信。机电系统100还可以被封装到壳体中，以形成集成机电驱动器，该集成机 电驱动器能够在运行机电驱动器的电能被撤销后将负载保持在固定位置。图2是图1的具有被动集成制动器104的电动马达102的侧剖视图。在马达组件 壳体202中，电动马达102包括具有一个或多个磁场可控线圈206的定子204。电动马达 102还包括具有位于定子204的内径212中的转子轴210的转子208。可操作转子208以 关于转子轴210的纵轴线214旋转。转子还可以包括永久磁铁216，以与一个或多个磁场可 控线圈206产生的磁场相互作用，导致转子轴210关于纵轴线214旋转。被动集成制动器104包括沿转子轴210的纵轴线214位于定子204的内径212中 的一个或多个制动蹄片218。可操作一个或多个制动蹄片218以响应于一个或多个磁场可 控线圈206产生的磁场强度将制动力施加到转子轴210以及将制动力从转子轴210撤销。 连接到一个或多个制动蹄片218的一个或多个弹簧220在磁场强度没有超过阈值等级以将 一个或多个制动蹄片218吸引到定子204的内径212的情况下，被动地在一个或多个制动 蹄片218与转子轴210之间施加制动力。一个或多个制动蹄片218连接到一个或多个枢轴 222，以控制一个或多个制动蹄片218的运动。当一个或多个制动蹄片218与一个或多个磁场可控线圈206之间存在足够的磁力 以使磁场强度在阈值等级之上时，一个或多个弹簧220的压缩力被克服，并且一个或多个 制动蹄片218向定子204的内径212关于一个或多个枢轴222旋转，从而从转子轴210释 放制动力。当磁场强度低于阈值等级时，一个或多个弹簧220的压缩力超过一个或多个制 动蹄片218与一个或多个磁场可控线圈206之间的磁力，导致一个或多个制动蹄片218向 转子轴210关于一个或多个枢轴222旋转并施加制动力。在示例性实施例中，一个或多个制动蹄片218的每一个由多个层压铁磁层构成。 使用层压铁磁层，诸如钢层压结构，而不是固体结构，可以更好地减轻发热问题，以防止一 个或多个制动蹄片218过热。一个或多个制动蹄片218中的铁磁材料使一个或多个制动蹄片218能够磁吸引到 一个或多个磁场可控线圈206产生的磁场。相反，一个或多个弹簧220 是非铁磁的，以防止一个或多个弹簧220被吸引到一个或多个磁场可控线圈206。图3是图1和图2的具有被动集成制动器104的电动马达102的前剖视图。图3 再示出马达组件壳体202内具有一个或多个磁场可控线圈206的定子204。图3还描述了 位于定子204的内径212中的转子轴210和连接到一个或多个弹簧220和一个或多个枢轴 222的一个或多个制动蹄片218。在图3的示例中，一个或多个制动蹄片218被描述为第一 制动蹄片302和第二制动蹄片304。当一个或多个弹簧220被压缩时，第一制动蹄片302和 第二制动蹄片304上的摩擦材料306和308向转子轴210施加制动力。通过将具有转子轴210的转子208定位在定子204的内径212中，并且沿转子轴 210的纵轴线214将第一制动蹄片302和第二制动蹄片304定位在定子204的内径212中， 可以响应于阈值之下的一个或多个磁场可控线圈206产生的磁场强度被动地在第一制动 蹄片302和第二制动蹄片304与转子轴210之间施加制动力。由于一个或多个制动蹄片218 被吸引到定子206的内径212，可以响应于阈值之上的磁场强度，撤销第一制动蹄片302和 第二制动蹄片304与转子轴210之间的制动力。尽管图3的示例描述了具有两个单独的枢轴222且通过两个弹簧220连接的第一 制动蹄片302和第二制动蹄片304，但是可以理解，其他变形包括在本发明的范围内。例如， 单个制动蹄片302或304可以连接到单个弹簧220，其中，单个弹簧220被固定到定子204。 作为另一替换，第一制动蹄片302和第二制动蹄片304可以连接到单个枢轴222。多个被动 集成制动器104的多个实例可以包括在电动马达内以用于冗余、分级制动和/或负载分配。尽管已经结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该容易理解，本发明 不限于这些公开的实施例。而是，可以修改本发明以合并在此没有描述的任何数量的变形、 改变、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但是可以理解，本发明 的各方面可以仅包括描述的实施例的一部分。因此，本发明不由上述描述来限制，而是仅通 过所附权利要求的范围来限制。
权利要求
1.一种具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，包括定子004)，包括一个或多个磁场可控线圈Q06)；转子008)，包括位于定子(204)的内径012)内的转子轴010)，转子(208)可操作 以关于转子轴OlO)的纵轴线(214)旋转；以及制动蹄片(302)，沿转子轴OlO)的纵轴线(214)定位于定子(204)的内径Q12)内， 制动蹄片(30 可操作以响应于一个或多个磁场可控线圈(206)产生的磁场强度将制动力 施加到转子轴(210)和从转子轴(210)撤销制动力。
2.如权利要求1所述的具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，还包括一个或多个弹簧020)，连接到制动蹄片(30 从而在磁场强度没有超过将制动蹄片 (302)吸引到定子(204)的内径(212)的阈值等级的情况下，在制动蹄片(302)与转子轴 (210)之间被动地施加制动力。
3.如权利要求2所述的具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，还包括第二制动蹄片(304)，沿转子轴O10)的纵轴线(214)定位于定子(204)的内径(212)内，其中，制动蹄片(30 和第二制动蹄片(304)连接到一个或多个枢轴(222)。
4.如权利要求3所述的具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，其中，制动蹄片 (302)和第二制动蹄片(304)包括多个层压铁磁层。
5.如权利要求3所述的具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，其中，制动蹄片 (302)和第二制动蹄片(304)还通过一个或多个弹簧(220)连接在一起。
6.如权利要求5所述的具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，其中，一个或多 个弹簧(220)是非铁磁的。
7.一种机电系统(100)，包括机械驱动器(106)；齿轮系(108)，连接到机械驱动器(106)；以及具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)，连接到齿轮系(108)，电动马达(102) 可操作地通过齿轮系(108)提供机械力，以向机械驱动器(106)施加机械运动或使机械驱 动器(106)停止机械运动，其中，被动集成制动器(104)位于电动马达(102)内且被磁控 制。
8.如权利要求7所述的机电系统(100)，其中，具有被动集成制动器(104)的电动马达 (102)包括定子004)，包括一个或多个磁场可控线圈Q06)；转子008)，包括位于定子(204)的内径012)内的转子轴010)，转子(208)可操作 以关于转子轴O10)的纵轴线(214)旋转；以及制动蹄片(302)，沿转子轴O10)的纵轴线(214)定位于定子(204)的内径Q12)内， 制动蹄片(30 可操作以响应于一个或多个磁场可控线圈(206)产生的磁场强度将制动力 施加到转子轴(210)和从转子轴(210)撤销制动力。
9.如权利要求8所述的机电系统(100)，其中，具有被动集成制动器(104)的电动马达 (102)还包括一个或多个弹簧020)，连接到制动蹄片(30 从而在磁场强度没有超过将制动蹄片 (302)吸引到定子(204)的内径(212)的阈值等级的情况下，在制动蹄片(302)与转子轴(210)之间被动地施加制动力。
10.如权利要求9所述的机电系统(100)，其中，具有被动集成制动器(104)的电动马 达(102)还包括第二制动蹄片(304)，沿转子轴O10)的纵轴线(214)定位于定子(204)的内径(212) 内，其中，制动蹄片(30 和第二制动蹄片(304)连接到一个或多个枢轴222。
11.如权利要求10所述的机电系统(100)，其中，制动蹄片(302)和第二制动蹄片 (304)包括多个层压铁磁层。
12.如权利要求10所述的机电系统(100)，其中，制动蹄片(302)和第二制动蹄片 (304)还通过一个或多个弹簧(220)连接在一起。
13.如权利要求12所述的机电系统(100)，其中，一个或多个弹簧(220)是非铁磁的。
14.一种用于在电动马达(102)中被动集成制动的方法，包括将包括转子轴O10)的转子Q08)定位在定子O04)的内径012)内，定子(204)包 括一个或多个磁场可控线圈006)，并且转子(208)可操作以关于转子轴O10)的纵轴线 (214)旋转；沿转子轴O10)的纵轴线(214)将制动蹄片(302)定位在定子(204)的内径Q12)内；响应于一个或多个磁场可控线圈(206)产生的磁场强度低于阈值，在制动蹄片(302) 与转子轴(210)之间施加制动力；以及响应于磁场强度高于阈值，撤销制动蹄片(302)与转子轴(210)之间的制动力。
15.如权利要求14所述的方法，还包括将一个或多个弹簧(220)连接到制动蹄片(302)，响应于磁场强度低于阈值，该一个或 多个弹簧(220)在制动蹄片(30 与转子轴(210)之间被动地施加制动力，其中，响应于磁 场强度高于所述阈值，制动蹄片(302)被吸引到定子(204)的内径012)。
16.如权利要求15所述的方法，还包括沿转子轴(210)的纵轴线(214)将第二制动蹄片(304)定位在定子(204)的内径(212) 内；以及将制动蹄片(30 和第二制动蹄片(304)连接到一个或多个枢轴(222)。
17.如权利要求16所述的方法，其中，制动蹄片(30 和第二制动蹄片(304)包括多 个层压铁磁层。
18.如权利要求16所述的方法，还包括通过一个或多个弹簧(220)将制动蹄片(30 和第二制动蹄片(304)连接在一起。
19.如权利要求18所述的方法，其中，一个或多个弹簧(220)是非铁磁的。
全文摘要
本发明涉及具有被动集成制动器的电动马达。具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)包括具有一个或多个磁场可控线圈(206)的定子(204)和具有位于定子(204)的内径(212)内的转子轴(210)的转子(208)。可操作转子(208)关于转子轴(210)的纵轴线(214)旋转。具有被动集成制动器(104)的电动马达(102)还包括制动蹄片(302)，沿转子轴(210)的纵轴线(214)位于定子(204)的内径(212)内。可操作制动蹄片(302)响应于一个或多个磁场可控线圈(206)产生的磁场强度将制动力施加到转子轴(210)和从转子轴(210)撤销制动力。一个或多个弹簧(220)被动地施加制动力。
文档编号H02K7/10GK102097886SQ20101058693
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月15日
发明者R·A·希梅曼恩 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司