一种高速锁制器及其具有该高速锁制器的电机的制作方法

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种高速锁制器。

背景技术：

电磁制动器是伺服电机或其他机械设备常用的制动(刹车)功能零部件之一，其功能为在接收系统发出制动(释放)指令后，能迅速断电(上电)对目标转动体实现制动(释放)，并能确保系统安全功能部件。电磁制动器具有结构紧凑、响应迅速、安全可靠、功耗低、长久耐用、标准化程度高等优点，广泛应用于冶金、机床、食品等机械设备中，及在断电时(防险)等场合。

目前电磁制动器由磁轭、线圈、弹簧、衔铁、转子摩擦片、转子毂、支撑柱及限位板等构成(如图1所示)。制动工作原理如下：系统发出制动指令，切断电磁制动器绕组电流，电磁场消失，电磁力消失，原弹簧施加在衔铁上轴向力使得衔铁迅速脱离磁轭，将摩擦片顶至衔铁与限位板之间直至压紧，衔铁、转子摩擦片及限位板之间产生摩擦力矩，使得原高速运转转子快速停止，释放为制动工作的逆过程。

现有技术中，电磁制动器典型安装如图1所示，首先将转子毂从制动器中取出，然后释放摩擦片，锁紧螺钉将制动器安装轴伸端面，固定后将转子毂与转子摩擦片配合好，拧紧转子毂上的沉头螺钉，转子摩擦片与转子毂采用间隙配合容易导致转动系统动平衡残余值较大。其次制动器转子摩擦片材料通常为高分子复合材料烧结而成具有强度高、脆性大、易碎、高温易失效等特征，再次制动器是将弹簧的轴向力，通过摩擦片转化为摩擦制动转矩，一般摩擦材料于对偶金属摩擦系数μ介于0.35～0.45之间，在产生需要制动转矩，需要较大弹簧力，制动器解锁时，制动器通电产生的电磁力大于弹簧力才能顺利解锁，因此常规解决方式，增大电磁制动器体积，加大安匝数，缩小吸合间隙等方式解决，小型电磁制动吸合间隙和运动间隙控制在0.1-0.3mm以内，因而导致制动器结构尺寸大、功耗高，运动间隙过小且要求加工精度高，零部件加工成本高。综上常规制动器仅适用于转速≤8000rpm的电机，转速超过限制后，转子轴系统振动、噪音等不良现象，而且摩擦片在超高转速下受到高速离心力作用容易存在开裂失效风险。目前高动态响应的舵控伺服系统用无刷直流伺服电机额定转速10000-30000rpm之间，且要求制动器尺寸小、结构紧凑，常规制动器结构无法满足其使用要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种尺寸小、结构紧凑、工作可靠，同心度好，运转平顺且能适应高速制动制动器，满足高速转动系统制动使用。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种高速锁制器，包括制动环、衔铁和磁轭，所述衔铁处于制动环与磁轭之间，所述衔铁通过朝向或远离所述制动环运动，实现电机转子制动或解锁；所述磁轭的内腔内设有电枢绕组；所述衔铁与磁轭之间设有吸合间隙，所述吸合间隙为h1，h1的取值范围为0.5～1.2mm。

进一步，衔铁包括衔铁基体和制动凸台部，

制动凸台部沿衔铁基体延伸出高度为h2，h2的取值为0.4～1mm，制动凸台部沿衔铁基体的圆周方向均布。

进一步，制动环采用t型空心圆柱台结构设计，制动环包括制动环轴孔凸台、制动环基体和制动挡肩，

制动挡肩沿制动环基体外圆径向伸出，制动挡肩的外圆与制动环基体的外圆同心。

进一步，所述制动环的上部设有限位板，所述限位板通过螺钉和支撑柱固定安装于所述磁轭的外圆周上。

所述支撑柱由非导磁高强度材料制作，所述限位板由非导磁比强度高、质量轻材料制作，所述支撑柱和限位板加工后进行表面防腐处理。

进一步，所述螺钉、弹簧和支撑柱均沿圆周均布，保证装配和受力均匀；所述弹簧弹性系数k为0.8～10n/mm之间。

进一步，所述电枢绕组按要求进行绕制、固定、绝缘及接线做好绝缘处理，然后装入磁轭组成磁轭电枢，进一步地，将配比好环氧树脂，灌入电枢绕组与磁轭装配形成空隙内，加热固化成后形成整体电枢磁轭组件。

进一步，衔铁和磁轭采用矫顽力低、剩磁低良性磁导体材料制作而成。

衔铁与磁轭吸合接触面打点或喷砂处理，增大表面接触气隙，避免断电或低压无法解锁。

所述磁轭设有内圆或外圆止口安装止口，所述锁制器与基体组合配合止口直径为φd，φd值介于φ15～70mm之间，所述磁轭底面可替代端盖密封功能，压缩原有电机设计轴向空间；所述锁制器承受大力矩、高转速的制动，运动和制动转速介于φ3000～30000rpm。

进一步，衔铁的下部设有弹簧。

一种电机，其特征在于：包括由上述任一项的高速锁制器。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型为高速锁制器，具有尺寸小，结构紧凑，结构简单、工作可靠、制动器与轴系同心度好，动平衡残余值小，满足超高转速工况条件下的转子运行和制动等优点。制动环采用无磁不锈钢加工，加工后具有零件精度、高强度高，韧性好等优点，有效地改善原制动器转子轴系高速原摩擦片结构设计同心度差、动平衡残余值大、振动和噪音大、摩擦片高速开裂风险，实现小体积大制动力矩设计以及转子高速结构设计，制动方式简单可靠，创新的采用制动凸台部与制动环硬接触方式实现转子轴系的制动，制动指令发出后衔铁运动到位，制动凸台部与制动环薄片产生制动转矩，弹簧力只需要将衔铁推至与衔铁接触即可，不参与制动转矩力产生，需要的弹簧力较少，锁制器的需要电磁力低，功耗低。

具体具有以下有益效果：

1、锁制器尺寸小，结构紧凑，结构简单、工作可靠、制动器与轴系同心度好动平衡残余值小、可实现10000-30000rpm高速转子制动，转子轴系振动小、噪音低，系统运功平稳。

2、制动方式简单可靠，满足制动转矩弹簧推力小，锁制器需要电磁力效，安匝数低，锁制器功耗低，衔铁吸合(工作)间隙大，对零部件平面加工和精度要求低，锁制器加工制作成本低。

3、锁制器与采用止口方式与基体配合，可实现基体的密封端盖功能，为电机或驱动系统节约空间，有利于系统小型化和集成化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为现有技术的电磁制动器结构示意图；

图2为本实用新型的锁制器爆炸示意图；

图3为本实用新型的锁制器基体安装示意图；

图4为本实用新型的锁制器的剖面结构示意图；

图5为本实用新型的衔铁示意图；

图6为本实用新型的制动环示意图。

图中：1锁制器安装基体；2锁制器

101-螺钉；102-限位板；103-制动环；104-支撑柱；105-衔铁；106-弹簧；107-电枢绕组；108-磁轭；

31-制动环轴孔凸台；32-制动环基体；33-制动挡肩；

51-衔铁基体；52-制动凸台部；

h1-锁制器吸合高度；h2-衔铁凸台高度；h3-制动环基体厚度；d为锁制器安装止口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图2至图6所示，一种高速锁制器，包括制动环103、衔铁105和磁轭108，衔铁105处于制动环103与磁轭108之间，衔铁105通过朝向或远离制动环103运动，实现电机转子制动或解锁；衔铁105与磁轭108之间设有吸合间隙。

进一步，衔铁105包括衔铁基体51和制动凸台部52，

制动凸台部52沿衔铁基体51延伸出高度为h2，h2的取值为0.4～1mm，制动凸台部52沿衔铁基体51的圆周方向均布。制动凸台部与制动环相对应。

进一步，制动环103采用t型空心圆柱台结构设计，其中制动环基体为t型底部厚度为h3。h3的取值范围为0.7～2mm。

制动环包括制动环轴孔凸台31、制动环基体32和制动挡肩33，

制动挡肩33沿制动环基体32外圆径向延伸出，延伸出高度为h2，介于0.4～1mm之间，优选地伸出凸台数量为2个，沿圆周方向均布。

制动挡肩33的外圆与制动环基体32的外圆同心。

所述制动环轴孔凸台31内孔优选地采用键槽或d型结构设计，简化制动环加工和装配难度，保证制动环与转子轴配合良好且同心度好。

参考图2、3、4所示：优选地，制动环103的上部设有限位板102，限位板102通过螺钉101和支撑柱104固定安装于磁轭108的外圆周上。所述的螺钉101优选地数量为3个，弹簧106优选地数量为6个，支撑柱104优选地数量为3个，上述零部件均沿圆周均布，保证装配和受力均匀。

进一步，磁轭108的内腔内设有电枢绕组107。

进一步，吸合间隙为h1，h1的取值范围为0.5～1.2mm，可实现大间隙吸合。

参考图2、3、4所示：衔铁105和磁轭108采用矫顽力低、剩磁低良性磁导体材料制作而成。优先选用dt4c材料加工，进一步地表面镀镍等镀覆方式进行表面防腐。

进一步，衔铁105与磁轭108吸合接触面打点或喷砂处理，增大表面接触气隙，避免断电或低压无法解锁。

进一步，衔铁105的下部设有弹簧106。所述的弹簧106弹性系数k优选地0.8～10n/mm之间。

所述的制动环由非导磁高强度材料制作，优选地材料为奥氏体不锈钢。

参考图4所示：优选地，所述的支撑柱104由非导磁高强度材料制作，优选地材料为奥氏体不锈钢；所述的限位板102由非导磁比强度高、质量轻材料制作而成，优选地材料为铝合金，零件加工后进行表面防腐处理。

优选地，所述的电枢绕组107按要求进行绕制、固定、绝缘及接线做好绝缘处理，然后装入磁轭108组成磁轭电枢，进一步地将配比好环氧树脂，灌入电枢绕组107与磁轭108装配形成空隙内，加热固化成后形成整体电枢磁轭组件。

优选地，所述的磁轭108设计内圆或外圆安装止口，所述锁制器与基体组合配合止口直径为φd，其值介于φ15～70mm之间，磁轭108底面可替代端盖密封功能，压缩原有电机设计轴向空间。

参考图3、4所示，以电机为基体，沿轴向然后逐次将磁轭电枢安装再基体上，进一步地将弹簧106和放入磁轭106孔中，进一步地将支撑柱104放在磁轭106螺纹孔上、进一步地将衔铁105放入磁轭106上、进一步地将将制动环103装入轴上并锁紧卡环，最后将限位板102、放在支撑柱104上，并上紧螺钉101，即可完成一种高速锁制器制作。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。