CN116164054A - 一种双级制动电磁制动器和电机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双级制动电磁制动器和电机装置，双级制动电磁制动器包括：制动器定子、第一衔铁、第二衔铁、摩擦片、第一弹性结构、第二弹性结构和磁性结构；第一弹性结构能对第一衔铁提供弹性力，第二弹性结构能对第二衔铁提供弹性力，磁性结构对制动器定子之间产生磁性力；当制动器定子断电后，第二衔铁能被第二弹性结构驱动至与摩擦片贴合，形成一级制动，第二衔铁与制动器定子产生间隙，当间隙大于等于预设距离时，磁性结构产生的磁性力小于第一弹性结构的弹性力，形成二级制动。根据本发明能解决传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的问题。

Description

一种双级制动电磁制动器和电机装置

技术领域

本发明涉及制动器技术领域，具体涉及一种双级制动电磁制动器和电机装置。

背景技术

电磁制动器是一个重要的基础件,它集机械、电气于一体，其主要用于旋转机构(如电机装置等)的精确控制与制动。

制动器断电状态下衔铁受弹簧力轴向作用，连同固定的限位板夹持摩擦片，使其轴向受力，此时衔铁与定子间存在小间隙，当连接的轴有旋转意向时，摩擦片与衔铁及限位板间有阻碍旋转的摩擦力，即为制动器制动力，亦可用于紧急减速制动；相应的，制动器通电时依靠放置于定子铁芯凹槽中的线圈通电产生磁场从而吸引衔铁(电磁力)克服弹簧力产生轴向位移，间隙转移至衔铁与限位板之间，摩擦片被释放，与其连接的轴得以旋转运动。

传统制动器机械运动及间隙相关部分包括定子铁芯、衔铁、摩擦片、柱套、限位板、螺钉。限位板由螺钉穿过柱套固定在定子铁芯上；衔铁、摩擦片平放于限位板与定子铁芯之间，衔铁上有凹槽供柱套穿过，柱套对衔铁起运动导向作用，其中摩擦片又在限位板与衔铁之间。综上，间隙＝限位板近摩擦片端面到定子铁芯近衔铁端面的距离-衔铁厚度-摩擦片厚度。在制动器正常运作情况下，衔铁在通断电时的运动冲击以及紧急制动时摩擦片被夹持住与衔铁、限位板的剧烈摩擦都会导致各零件的磨损，进而导致间隙增大。制动器的正常运作需要保证间隙处于一定范围之内，当间隙增大时，定子与衔铁间磁阻增大，则制动器通电吸引衔铁的响应时间增大，间隙过大时易造成响应过慢甚至通电无法吸合衔铁的情况；且间隙增大还会导致弹簧压缩量减小，即弹簧力减小，进而导致制动力减小，无法维持原有的静摩擦扭矩与紧急制动时间。

由于现有技术中的制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减等技术问题，因此本发明研究设计出一种双级制动电磁制动器和电机装置。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制动器存在正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的缺陷，从而提供一种双级制动电磁制动器和电机装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种双级制动电磁制动器，其包括：

制动器定子、第一衔铁、第二衔铁、摩擦片、第一弹性结构、第二弹性结构和磁性结构，在所述制动器定子的轴向上，所述第一衔铁和所述第二衔铁均位于所述制动器定子与所述摩擦片之间；所述第一弹性结构能对所述第一衔铁提供弹性力，所述第二弹性结构能对所述第二衔铁提供弹性力，所述磁性结构能对所述第一衔铁与所述制动器定子之间产生磁性力；

当所述制动器定子断电后，所述第二衔铁能被所述第二弹性结构驱动至与所述摩擦片贴合，形成一级制动，此时所述第二衔铁与所述制动器定子产生间隙，当所述间隙大于等于预设距离时，所述磁性结构产生的所述第一衔铁与所述制动器定子之间的磁性力小于所述第一弹性结构的弹性力，所述第一弹性结构的弹性力驱动所述第一衔铁运动至与所述摩擦片贴合，形成二级制动。

在一些实施方式中，所述第一衔铁和所述第二衔铁均为环状结构，且所述第一衔铁套设于所述第二衔铁的径向外周，所述第一弹性结构设置于所述制动器定子上且只对所述第一衔铁提供弹性力，所述第二弹性结构设置于所述制动器定子上且只对所述第二衔铁提供弹性力，所述磁性结构设置于所述第一衔铁上。

在一些实施方式中，当所述制动器定子通电时，其产生的主磁场能够经由所述制动器定子、所述第一衔铁和所述第二衔铁形成回路，所述磁性结构产生的副磁场也经由所述制动器定子、所述第一衔铁和所述第二衔铁形成回路，此时所述第一衔铁和所述第二衔铁均与所述制动器定子贴合。

在一些实施方式中，当所述制动器定子断电后，所述第二衔铁与所述制动器定子之间不具有磁性力，所述第二衔铁被所述第二弹性结构推出而与所述制动器定子之间形成所述间隙，所述磁性结构产生的副磁场经由所述制动器定子、所述第一衔铁和所述第二衔铁和所述间隙形成回路，且当所述间隙小于预设距离时，所述磁性结构产生的所述第一衔铁与所述制动器定子之间的磁性力大于所述第一弹性结构的弹性力，所述磁性结构产生的磁性力控制所述第一衔铁继续与所述制动器定子贴合；此时所述第二衔铁与所述制动器定子不贴合，形成一级制动。

在一些实施方式中，当所述制动器定子断电后，所述磁性结构产生的副磁场经由所述制动器定子、所述第一衔铁和所述第二衔铁和所述间隙形成回路，且所述第二衔铁与所述制动器定子之间的所述间隙大于等于预设距离时，所述磁性结构产生的所述第一衔铁与所述制动器定子之间的磁性力小于所述第一弹性结构的弹性力，所述第一衔铁被所述第一弹性结构推出而形成二级制动。

在一些实施方式中，当所述电磁制动器形成一级制动或二级制动后，且当所述制动器定子再次通电时，所述制动器定子产生的主磁场能够经由所述制动器定子、空气、所述第一衔铁、所述第二衔铁和空气形成回路，所述磁性结构产生的副磁场经由所述第一衔铁和所述第二衔铁和空气形成回路，所述主磁场和所述副磁场共同控制所述第一衔铁和所述第二衔铁均向所述制动器定子运动至与所述制动器定子贴合。

在一些实施方式中，所述制动器定子产生的磁性力大于所述第二弹性结构的弹性力，所述制动器定子产生的磁性力大于所述第一弹性结构的弹性力，当所述间隙小于预设距离时，所述磁性结构产生的磁性力大于所述第一弹性结构的弹性力，当所述间隙大于等于预设距离时，所述磁性结构产生的磁性力小于所述第一弹性结构的弹性力。

在一些实施方式中，所述第二衔铁的径向外周壁与所述第一衔铁的径向内周壁之间间隙配合，且间隙量≤0.1mm。

在一些实施方式中，所述制动器定子的内部设置有第一容纳孔，所述第一容纳孔从所述制动器定子的内部延伸至所述制动器定子的第一轴向端面，所述第一轴向端面与所述第二衔铁相对，所述第二衔铁的内径小于所述第一容纳孔的孔径，所述第二衔铁的外径大于所述第一容纳孔的孔径，所述第二弹性结构设置于所述第一容纳孔中，且所述第二弹性结构的一端与所述第一容纳孔的槽底抵接、另一端与所述第二衔铁相接，以能对所述第二衔铁提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述第一容纳孔为圆柱孔，其中心线与所述制动器定子的中心轴线重合，所述第二衔铁的中心孔的中心线与所述中心轴线重合，所述第二弹性结构为弹簧。

在一些实施方式中，所述制动器定子的内部还设置有第二容纳孔，所述第二容纳孔从所述制动器定子的内部延伸至所述制动器定子的第一轴向端面，且所述第二容纳孔与所述第一衔铁的径向内周与径向外周之间的实体部分相对，所述第一弹性结构的一端与所述第二容纳孔的槽底抵接、另一端与所述第一衔铁相接，以能对所述第一衔铁提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述第一衔铁为分体结构，包括第一衔铁一和第一衔铁二，所述第一衔铁一与所述第一衔铁二拼接而成，所述磁性结构设置于所述第一衔铁一与所述第一衔铁二之间。

在一些实施方式中，所述第一衔铁一与所述第一衔铁二沿所述第一衔铁的轴向相接布置，且所述第一衔铁一的朝向所述第一衔铁二的轴向端面处设置有第一凹槽，所述第一衔铁二的朝向所述第一衔铁一的轴向端面处设置有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对连接形成容纳所述磁性结构的凹槽，所述磁性结构的部分设置于所述第一凹槽中，另外部分设置于所述第二凹槽中。

在一些实施方式中，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为环形槽结构，所述磁性结构也为环形结构；所述磁性结构为永磁铁；所述第一弹性结构为弹簧。

在一些实施方式中，所述第一衔铁一与所述第一衔铁二之间通过螺钉或螺栓连接，或者所述第一衔铁一与所述第一衔铁二之间通过粘接连接，或者所述第一衔铁一、所述磁性结构与所述第一衔铁二一体成型。

在一些实施方式中，所述制动器定子的内部还开设有线圈槽，所述线圈槽从所述制动器定子的内部沿轴向延伸至所述第一轴向端面处，所述线圈槽中设置线圈，所述线圈还通过引出线连接至所述制动器定子外部的电源。

在一些实施方式中，所述摩擦片为环形结构，且所述摩擦片的外径大于所述第一衔铁的内径且小于所述第一衔铁的外径，所述摩擦片的内径小于所述第二衔铁的外径且大于所述第二衔铁的内径；所述摩擦片包括位于其轴向两端的第三轴向端面和第四轴向端面；当仅所述第二衔铁与所述摩擦片的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片的一级制动；当所述第二衔铁和所述第一衔铁均与所述摩擦片的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片的二级制动。

在一些实施方式中，还包括挡板和方轮，所述挡板设置于所述摩擦片的所述第四轴向端面处，所述方轮穿设于所述摩擦片的径向内周，且所述挡板也为环形结构，所述方轮位于所述挡板的径向内侧，所述方轮的径向外周壁与所述摩擦片的径向内周壁相接，以通过所述摩擦片对所述方轮进行摩擦制动，所述挡板对所述摩擦片的轴向运动进行限位。

本发明还提供一种电机装置，其包括前述的双级制动电磁制动器。

本发明提供的一种双级制动电磁制动器和电机装置具有如下有益效果：

本发明通过将衔铁设置为分体结构的第二衔铁和第一衔铁的结构，且制动器定子上分别设置第一和第二弹性结构，而且第一衔铁上设置有磁性结构，能够通过磁性结构形成磁场并形成制动器定子与第一衔铁之间的附加磁性力，而第二衔铁与制动器定子之间不形成附加磁性力(或形成的磁性力很小或趋近于0)，从而使得在制动器定子断电后第二衔铁直接被第二弹性结构推出而与摩擦片贴合形成一级制动，若第二衔铁与制动器定子之间的间隙大于等于预设距离则磁性结构提供的磁性力不足以克服第一弹性结构的弹性力，则第一衔铁被第一弹性结构推出至与摩擦片结合而形成二级制动，通过第一衔铁能够增加单独第二衔铁与摩擦片之间的接触面积，从而有效增大摩擦制动转矩(扭矩)，有效解决传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的问题，利用制动器定子及衔铁间的磁路特点，增加双级制动功能，即一级制动失效后，启动二级制动功能，补充扭矩；保证整个制动器产品在运行过程中的安全性。尤其在某些不能间断运行的场合起到重要做用，同时双级制动结构能提醒工程人员需要及时更换制动器。

附图说明

图1a是现有技术中的传统制动器的外形结构图；

图1b是图1a的传统制动器的安装剖视图；

图2是本发明的双级制动电磁制动器的剖视结构图；

图3是本发明的双级制动电磁制动器在线圈通电状态下的磁场剖视图；

图4是本发明的双级制动电磁制动器在一级制动时的局部剖视图；

图5是本发明的双级制动电磁制动器在二级制动开始启动时的局部剖视图；

图6是本发明的双级制动电磁制动器在二级制动执行的局部剖视图。

附图标记表示为：

1、制动器定子；2、线圈；3、摩擦片；4、挡板；5、方轮；6、衔铁；61、第一衔铁；611、第一衔铁一；612、第一衔铁二；62、第二衔铁；7、弹簧；71、第一弹性结构；72、第二弹性结构；8、柱套；9、引出线；10、电机轴；11、磁性结构；12、第一容纳孔；13、第一轴向端面；14、第二容纳孔；15、线圈槽；100、间隙；200、主磁场；300、副磁场。

具体实施方式

如图1a-1b，传统制动器断电时：线圈2断电，作用在制动器定子1上的电磁力消失，被压缩的弹簧7需要恢复到原尺寸，被压缩的弹簧7释放弹簧力，作用在衔铁6上，推动衔铁6向挡板4移动，当前衔铁6同挡板4夹紧摩擦片3。摩擦片3两面由于受到力的作用与之摩擦，产生摩擦力矩。摩擦力矩＝制动力矩，此时与摩擦片3间隙链接的方轮5停止转动，电机轴10停止转动，电机被制动；

由于制动工况恶劣，如紧急制动工况，制动器经常制动，每次制动，会带来摩擦片3的磨损。摩擦片3的尺寸变小，制动器整机间隙会变大，当超出0.5的极限尺寸，制动器定子1产生的电磁力，不能将衔铁6吸引至制动器定子1一侧，制动器失效；同时因为弹簧7的超行程释放，弹簧7产生的弹簧力不足，间接导致制动力的不足；此时机械臂/机械手的位置依靠制动器制动定位，力矩不足会导致定位位置不准确，严重甚至导致摆臂/掉臂等现象；对操作人员/设备/产品有相当严重的危险性。

如图2-6所示，本发明提供了一种双级制动电磁制动器，其包括：

制动器定子1、第一衔铁61、第二衔铁62、摩擦片3、第一弹性结构71、第二弹性结构72和磁性结构11，在所述制动器定子1的轴向上，所述第一衔铁61和所述第二衔铁62均位于所述制动器定子1与所述摩擦片3之间；所述第一弹性结构71能对所述第一衔铁61提供弹性力，所述第二弹性结构72能对所述第二衔铁62提供弹性力，所述磁性结构11能对所述第一衔铁61与所述制动器定子1之间产生磁性力(优选为磁吸力)；

当所述制动器定子1断电后，所述第二衔铁62能被所述第二弹性结构72驱动至与所述摩擦片3贴合，形成一级制动，此时所述第二衔铁62与所述制动器定子1产生间隙100，当所述间隙100大于等于预设距离时，所述磁性结构11产生的所述第一衔铁61与所述制动器定子1之间的磁性力小于所述第一弹性结构71的弹性力，所述第一弹性结构71的弹性力驱动所述第一衔铁61运动至与所述摩擦片3贴合，形成二级制动。

本发明通过将衔铁设置为分体结构的第二衔铁和第一衔铁的结构，且制动器定子上分别设置第一和第二弹性结构，而且第一衔铁上设置有磁性结构，能够通过磁性结构形成磁场并形成制动器定子与第一衔铁之间的附加磁性力，而第二衔铁与制动器定子之间不形成附加磁性力，从而使得在制动器定子断电后第二衔铁直接被第二弹性结构推出而与摩擦片贴合形成一级制动，若第二衔铁与制动器定子之间的间隙大于等于预设距离则磁性结构提供的磁性力不足以克服第一弹性结构的弹性力，则第一衔铁被第一弹性结构推出至与摩擦片结合而形成二级制动，通过第一衔铁能够增加单独第二衔铁与摩擦片之间的接触面积，从而有效增大摩擦制动转矩(扭矩)，有效解决传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的问题，利用制动器定子及衔铁间的磁路特点，增加双级制动功能，即一级制动失效后，启动二级制动功能，补充扭矩；保证整个制动器产品在运行过程中的安全性。尤其在某些不能间断运行的场合起到重要做用，同时双级制动结构能提醒工程人员需要及时更换制动器。

在一些实施方式中，所述第一衔铁61和所述第二衔铁62均为环状结构，且所述第一衔铁61套设于所述第二衔铁62的径向外周(第一衔铁优选外衔铁，第二衔铁优选内衔铁)，所述第一弹性结构71设置于所述制动器定子1上且只对所述第一衔铁61提供弹性力，所述第二弹性结构72设置于所述制动器定子1上且只对所述第二衔铁62提供弹性力，所述磁性结构11设置于所述第一衔铁61上。

这是本发明的第一、第二衔铁的优选结构形式以及相对位置形式，以及第一和第二弹性结构的设置位置和磁性结构的设置位置，能够通过第一弹性结构对第一衔铁提供弹性力，第二弹性结构对第二衔铁提供弹性力，磁性结构尽可能地只对第一衔铁提供磁性力，第二衔铁受到磁性结构的磁性力较小或趋近于0。

磁性结构除了上述能够设置在外衔铁上，还能替换将其设在内衔铁上，此时外衔铁形成一级制动，内衔铁形成二级制动。

本发明涉及一种双级制动电磁制动器，无需外部控制模块，能够在保证制动力矩不衰减的情况下，协助工程人员判断制动器工作是否正常，在间隙增大至超出设定范围时，仍可以保证制动器安全性。本发明的改进点在于：

1.本发明设计一种双级制动结构，通过第一衔铁和第二衔铁的双级制动结构，利用制动器定子及衔铁间的磁路特点，增加双级制动功能，即一级制动失效后，启动二级制动功能，补充扭矩，实现摩擦片在磨损而导致与衔铁之间间隙增大的状态下，制动力矩不衰减的功能；保证整个制动器产品在运行过程中的安全性。尤其在某些不能间断运行的场合起到重要做用。

2.通过双级制动功能实现提醒工程人员及时更换制动器的效果；(解释：第一次制动第二衔铁通过弹簧冲击压在摩擦片上有一次声响；第二次制动第一衔铁亚冲击压在摩擦片上有第二次声响。根据连续的两次声音提醒相关人员制动器有待更换)；(提醒工作人员摩擦片变薄了该更换了，或者是更换摩擦片、挡板和衔铁，或者是将整个制动器更换)。

本发明解决了如下技术问题：

1.传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减；

2.传统制动器无增加扭矩功能；制动器扭矩衰减后，仍再工作，直至报废；此操作行为对人员/设备/产品有害；

3.传统制动器无法协助提示工程人员更换制动器，无此项功能。

在一些实施方式中，当所述制动器定子1通电时，其产生的主磁场200能够经由所述制动器定子1、所述第一衔铁61和所述第二衔铁62形成回路，所述磁性结构11产生的副磁场300也经由所述制动器定子1、所述第一衔铁61和所述第二衔铁62形成回路，此时所述第一衔铁61和所述第二衔铁62均与所述制动器定子1贴合。这是本发明的制动器定子通电时的优选结构形式，即制动器定子通电时其产生的主磁场200能够经制动器、第一衔铁和第二衔铁形成回路，同时对第一衔铁和第二衔铁提供磁性力，将第二衔铁克服第二弹性结构的弹性力而磁吸至与制动器定子贴合，第一衔铁受到主磁场200和磁性结构提供的副磁场300同时作用而克服第一弹性结构的弹性力而磁吸至与制动器定子贴合，此时第一和第二衔铁均不与摩擦片接触，摩擦片与方轮和电机轴一同转动。

双级制动器线圈通电时，基于制动器定子1的线圈2产生的磁场方向，与环形磁钢(磁性结构11)产生的磁场重合，叠加所产生的吸引力＞内外弹簧产生的弹力，第一衔铁和第二衔铁均被吸引。摩擦片3处于释放状态，电机自由转动。

在一些实施方式中，当所述制动器定子1断电后，所述第二衔铁62与所述制动器定子1之间不具有磁性力，所述第二衔铁62被所述第二弹性结构72推出而与所述制动器定子1之间形成所述间隙100，所述磁性结构11产生的副磁场300经由所述制动器定子1、所述第一衔铁61和所述第二衔铁62和所述间隙100形成回路，且当所述间隙100小于预设距离时，所述磁性结构11产生的所述第一衔铁61与所述制动器定子1之间的磁性力大于所述第一弹性结构71的弹性力，所述磁性结构11产生的磁性力控制所述第一衔铁61继续与所述制动器定子1贴合；此时所述第二衔铁62与所述制动器定子1不贴合，形成一级制动。

这是本发明的制动器定子断电后且摩擦片与第二衔铁之间间隔距离较小情况下的优选结构形式，制动器定子断电则其提供的主磁场200消失，第二衔铁此时受到第二弹性结构的弹性推力作用而被推出，进而与摩擦片贴合而对摩擦片产生制动力矩，阻止摩擦片转动，产生对电机轴的一级制动；当第二衔铁被推出使得其与制动器定子间的间隙小于预设距离时(由于第二衔铁要运动至与摩擦片相接，因此摩擦片与第二衔铁之间的间隔距离等于该间隙)，磁性结构产生的副磁场能够在第一衔铁、第二衔铁、间隙和制动器定子之间形成回路，但是由于间隙较小导至磁阻较小，使得磁性结构产生的第一衔铁与定子之间的磁性力较大，从而能够有效克服第一弹性结构的弹性力，继续将第一衔铁吸合在定子上，此时只是第二衔铁与摩擦片贴合，产生一级制动。

本发明的线圈断电时(在图3断电的情况下变成图4)，制动器定子1吸引力消失；第一衔铁61产生的磁场仍然存在，部分磁路通过第二衔铁62，外弹簧(第一弹性结构71)产生的弹簧力＜第一衔铁61产生的吸力，外弹簧处于被压缩状态，第一衔铁61同定子间隙＝0；此时第二衔铁62中无磁场产生(即其内部不具有磁性结构，第二衔铁自身不产生磁场，第一衔铁产生的磁场经过第二衔铁产生的第二衔铁与定子间的磁性力很小，趋近于0)，所以第二衔铁62对于制动器定子1的吸引力接近于0；内弹簧(第二弹性结构72)产生弹簧力将第二衔铁62推动向挡板4方向，从而使摩擦片摩擦，产生制动力，形成一级制动。

在一些实施方式中，当所述制动器定子1断电后，所述磁性结构11产生的副磁场300经由所述制动器定子1、所述第一衔铁61和所述第二衔铁62和所述间隙100形成回路，且所述第二衔铁62与所述制动器定子1之间的所述间隙100大于等于预设距离时，所述磁性结构11产生的所述第一衔铁61与所述制动器定子1之间的磁性力小于所述第一弹性结构71的弹性力，所述第一衔铁61被所述第一弹性结构71推出而形成二级制动。

这是本发明的制动器定子断电后且摩擦片与第二衔铁之间间隔距离较大情况下的优选结构形式，制动器定子断电则其提供的主磁场200消失，第二衔铁此时受到第二弹性结构的弹性推力作用而被推出，进而与摩擦片贴合而对摩擦片产生制动力矩，阻止摩擦片转动，产生对电机轴的一级制动；当第二衔铁被推出使得其与制动器定子间的间隙大于等于预设距离时(由于第二衔铁要运动至与摩擦片相接，因此摩擦片与第二衔铁之间的间隔距离等于该间隙)，磁性结构产生的副磁场能够在第一衔铁、第二衔铁、间隙和制动器定子之间形成回路，但是由于间隙较大导至磁阻较大，使得磁性结构产生的第一衔铁与定子之间的磁性力较小，从而不能克服第一弹性结构的弹性力，因此无法继续将第一衔铁吸合在定子上，此时第一衔铁也被第一弹性结构推出而与摩擦片接触，使得第二衔铁和第一衔铁均与摩擦片贴合，有效增大制动接触面积，提高制动力矩，产生二级制动。

本发明当摩擦片磨损严重时，即第二衔铁62移动距离大于等于设定的间隙时。第二衔铁62同第一衔铁61的相对位移变大(图5)，此时第一衔铁61产生的磁场不能通过第二衔铁62形成回路，磁阻变大，磁场吸引力变小；此时外弹簧(第一弹性结构71)产生的弹簧力＞第一衔铁61产生的吸力。第一衔铁61被外弹簧推动，在弹簧力的作用下运动向摩擦片3方向。空间位置同第二衔铁62保持一致，此时第一衔铁61的磁路连通第二衔铁62。

在一些实施方式中，当所述电磁制动器形成一级制动或二级制动后，且当所述制动器定子1再次通电时，所述制动器定子1产生的主磁场200能够经由所述制动器定子1、空气、所述第一衔铁61、所述第二衔铁62和空气形成回路，所述磁性结构产生的副磁场300经由所述第一衔铁61和所述第二衔铁62和空气形成回路，所述主磁场200和所述副磁场300共同控制所述第一衔铁61和所述第二衔铁62均向所述制动器定子1运动至与所述制动器定子1贴合。

这是本发明的电磁制动器在制动后重新通电时的优选结构形式，此时由于磁性结构产生的副磁场能够在第一衔铁、第二衔铁和空气之间形成回路，产生第一衔铁与定子之间的磁性力，使得主磁场200产生的对第一衔铁和第二衔铁直接的磁性力与副磁场产生的对第一衔铁的磁性力共同作用而将第一衔铁与第二衔铁吸回，使得衔铁返回的过程中，通过第一衔铁与第二衔铁之间产生的磁回路，与定子的磁力共同提供返回的磁力，有效增大对第一衔铁的返回力，提高能效，复位更加迅速。

本发明的线圈2再度通电时，第二衔铁62以及第一衔铁61同时被吸合到定子一侧；再度断电时，第二衔铁和第一衔铁会先后动作，根据摩擦片与衔铁之间的间隔距离对摩擦片进行一级制动或是二级制动。

在一些实施方式中，所述制动器定子1产生的磁性力大于所述第二弹性结构72的弹性力，所述制动器定子1产生的磁性力大于所述第一弹性结构71的弹性力，当所述间隙小于预设距离时，所述磁性结构11产生的磁性力大于所述第一弹性结构71的弹性力，当所述间隙大于等于预设距离时，所述磁性结构11产生的磁性力小于所述第一弹性结构71的弹性力。

这是本发明的制动器定子的磁性力分别与第一弹性力和第二弹性力之间的关系以及磁性结构与第一弹性力之间的关系，本发明将制动器定子的磁性力设置为大于第二弹性结构的弹性力，能够通过通电线圈有效地克服第二弹性力，以有效将第二衔铁吸回而不与摩擦片接触，适用于电机正常工作的情况，同样地将制动器定子的磁性力设置为大于第一弹性结构的弹性力，能够通过通电线圈有效地克服第一弹性力，以有效将第一衔铁吸回而不与摩擦片接触，也适用于电机正常工作的情况(本发明实质上只需将第一弹性结构的弹性力设置为小于定子磁性力+磁性结构的磁性力即可满足需求，但是本发明优选可以直接将第一弹性力设置为小于定子磁性力，这样能够最大程度地保证能够对第一衔铁进行吸回，满足电机正常工作的要求)；本发明还通过将磁性结构的磁性力设置为在间隙小于预设距离时大于第一弹性力，在间隙大于等于预设距离时小于第一弹性力，能够地根据实际工况中的摩擦片与衔铁之间的间隔距离来设定磁性结构和第一弹性结构，有效地保证该间隔距离以上的工况自动执行二级制动，在该间隔距离以下的工况自动执行一级制动，满足实际电机工作工况的需求。解决传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的问题。

在一些实施方式中，所述第二衔铁62的径向外周壁与所述第一衔铁61的径向内周壁之间间隙配合，且间隙量≤0.1mm。本发明的间隙量需要控制，避免间隙太大，空气磁阻变大；第二衔铁和第一衔铁间导磁效果变差；同时也要设置间隙以减小第二衔铁与第一衔铁之间的相对运动而产生的磨损耗功。

本发明开发一款双级制动器，具有双次制动功能；衔铁6分为双段结构，分别为第二衔铁62(内环，环状)和第一衔铁61(外环，环状)，两结构为间隙配合，互不干涉，间隙量≤0.1。在制动器定子1上增加结构内弹簧(即第二弹性结构72)；同外弹簧(第一弹性结构71)一起起到施加弹簧力作用。

在一些实施方式中，所述制动器定子1的内部设置有第一容纳孔12，所述第一容纳孔12从所述制动器定子1的内部延伸至所述制动器定子1的第一轴向端面13，所述第一轴向端面13与所述第二衔铁62相对，所述第二衔铁62的内径小于所述第一容纳孔12的孔径，所述第二衔铁62的外径大于所述第一容纳孔12的孔径，所述第二弹性结构72设置于所述第一容纳孔12中，且所述第二弹性结构72的一端与所述第一容纳孔12的槽底抵接、另一端与所述第二衔铁62相接，以能对所述第二衔铁62提供弹性推力。这是本发明的制动器定子与第二弹性结构和第二衔铁之间的优选结构形式，即通过设置的第一容纳孔能够设置第二弹性结构于其中，第一容纳孔的孔径位于第二衔铁的外径和内径之间，以能够使得第一容纳孔中的第二弹性结构能够有效作用于第二衔铁上，提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述第一容纳孔12为圆柱孔，其中心线与所述制动器定子1的中心轴线重合，所述第二衔铁62的中心孔的中心线与所述中心轴线重合，所述第二弹性结构72为弹簧。本发明的第一容纳孔优选为与制动器定子的中心轴线同轴的圆柱孔，第二衔铁也为与中心轴线同轴的圆环柱体结构，能够容纳电机轴从中穿过，第二弹性结构优选为弹簧能够通过压缩而对第二衔铁提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述制动器定子1的内部还设置有第二容纳孔14，所述第二容纳孔14从所述制动器定子1的内部延伸至所述制动器定子1的第一轴向端面13，且所述第二容纳孔14与所述第一衔铁61的径向内周与径向外周之间的实体部分相对，所述第一弹性结构71的一端与所述第二容纳孔14的槽底抵接、另一端与所述第一衔铁61相接，以能对所述第一衔铁61提供弹性推力。

这是本发明的制动器定子与第一弹性结构和第一衔铁之间的优选结构形式，即通过设置的第二容纳孔能够设置第一弹性结构于其中，第二容纳孔与第一衔铁的实体部分相对以能够使得第二容纳孔中的第一弹性结构能够有效作用于第二衔铁上，提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述第一衔铁61为分体结构，包括第一衔铁一611和第一衔铁二612，所述第一衔铁一611与所述第一衔铁二612拼接而成，所述磁性结构11设置于所述第一衔铁一611与所述第一衔铁二612之间。本发明的第一衔铁优选为分体结构，包括第一衔铁一和第一衔铁二，能够有效地设置磁性结构与第一衔铁一和第一衔铁二之间。

在一些实施方式中，所述第一衔铁一611与所述第一衔铁二612沿所述第一衔铁的轴向相接布置，且所述第一衔铁一611的朝向所述第一衔铁二612的轴向端面处设置有第一凹槽，所述第一衔铁二612的朝向所述第一衔铁一611的轴向端面处设置有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对连接形成容纳所述磁性结构11的凹槽，所述磁性结构11的部分设置于所述第一凹槽中，另外部分设置于所述第二凹槽中。这是本发明的分体结构的第一衔铁的进一步优选结构形式，即形成拼接的第一和第二凹槽，以容纳磁性结构于两个凹槽中，完成对磁性结构的设置和固定作用。

在一些实施方式中，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为环形槽结构，所述磁性结构11也为环形结构；所述磁性结构11为永磁铁；所述第一弹性结构71为弹簧。本发明进一步优选两个凹槽为环形槽结构，磁性结构也为环形结构能够在圆周方向均能对第一衔铁与定子之间提供磁性力，磁性结构为永磁体能够始终提供副磁场，第一弹性结构优选为弹簧能够通过弹簧的压缩提供弹性推力。

在一些实施方式中，所述第一衔铁一611与所述第一衔铁二612之间通过螺钉或螺栓连接，或者所述第一衔铁一611与所述第一衔铁二612之间通过粘接连接，或者所述第一衔铁一611、所述磁性结构11与所述第一衔铁二612一体成型。本发明的分体式结构的第一衔铁优选可以通过螺纹紧固件连接或粘接或一体成型，均能实现一体式的结构。

本发明的第一衔铁61内嵌环形磁钢(磁性结构11)，径向等分第一衔铁61，内嵌磁钢内嵌厚度尺寸为3：1，环形磁钢可通过过盈/涂胶的方式与第一衔铁61结合，内嵌入其中。

在一些实施方式中，所述制动器定子1的内部还开设有线圈槽15，所述线圈槽15从所述制动器定子1的内部沿轴向延伸至所述第一轴向端面13处，所述线圈槽15中设置线圈2，所述线圈2还通过引出线9连接至所述制动器定子1外部的电源。本发明的制动器定子的内部通过开设的线圈槽能够设置线圈，从而通过线圈的通电提供主磁场，对第二衔铁和第一衔铁分别提供磁性力，起到解除制动的效果。

在一些实施方式中，所述摩擦片3为环形结构，且所述摩擦片3的外径大于所述第一衔铁61的内径且小于所述第一衔铁61的外径，所述摩擦片3的内径小于所述第二衔铁62的外径且大于所述第二衔铁62的内径；所述摩擦片3包括位于其轴向两端的第三轴向端面和第四轴向端面；当仅所述第二衔铁62与所述摩擦片3的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片3的一级制动；当所述第二衔铁62和所述第一衔铁61均与所述摩擦片3的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片3的二级制动。这是本发明的摩擦片的进一步优选结构形式，通过环形的结构形式，且其外径位于第一衔铁的内外径之间，内径位于第二衔铁的内外径之间，能够分别和同时能够通过第二衔铁与摩擦片进行接触，以对摩擦片提供制动的扭转力矩，阻止摩擦片进行转动，从而有效地完成跟进间隙的大小形成对摩擦片的一级制动和二级制动，解决传统制动器正常运行过程零部件磨损会导致间隙逐渐增大，导致制动力矩衰减的问题，以及解决传统制动器无增加扭矩功能的问题，以及解决传统制动器无法协助提示工程人员更换制动器的问题。

在一些实施方式中，还包括挡板4和方轮5，所述挡板4设置于所述摩擦片3的所述第四轴向端面处，所述方轮5穿设于所述摩擦片3的径向内周，且所述挡板4也为环形结构，所述方轮5位于所述挡板4的径向内侧，所述方轮5的径向外周壁与所述摩擦片3的径向内周壁相接，以通过所述摩擦片3对所述方轮5进行摩擦制动，所述挡板4对所述摩擦片3的轴向运动进行限位。这是本发明的双级制动器的进一步优选结构形式，通过挡板能够对摩擦片的轴向方向的运动进行限位，摩擦片固定套设在方轮的外周(优选过盈配合)，能够通过方轮的转动带动摩擦片的转动，而通过第二衔铁和第一衔铁的双级制动结构对摩擦片的转动进行制动，进而带动对方轮甚至是电机轴的制动效果。

本发明还提供一种电机装置，其包括前任一项所述的双级制动电磁制动器。

本发明的双级制动器是在第二衔铁62与摩擦片3产生的制动力不足的状态下才进行自主启动，启动后，第一衔铁61与外弹簧(第一弹性结构71)产生与摩擦片3产生的制动力作为二级制动力对一级制动力进行瞬间补充(一级制动力：第二衔铁62与内弹簧(第二弹性结构72)与摩擦片3产生的制动力)；此双级制动力满足电机整正常需求，延长的在特定工况(如生产线不能停线，特定要求不能停止的工况)下伺服***的安全性与设备的稳定性，启动时会明显出现两次衔铁与摩擦片的声音，此时工程人员可根据双次制动的声音判定制动器异常，准备更换制动器。

以上所述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。以上所述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。

Claims (19)

1.一种双级制动电磁制动器，其特征在于：包括：

制动器定子(1)、第一衔铁(61)、第二衔铁(62)、摩擦片(3)、第一弹性结构(71)、第二弹性结构(72)和磁性结构(11)，在所述制动器定子(1)的轴向上，所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)均位于所述制动器定子(1)与所述摩擦片(3)之间；所述第一弹性结构(71)能对所述第一衔铁(61)提供弹性力，所述第二弹性结构(72)能对所述第二衔铁(62)提供弹性力，所述磁性结构(11)能对所述第一衔铁(61)与所述制动器定子(1)之间产生磁性力；

当所述制动器定子(1)断电后，所述第二衔铁(62)能被驱动至与所述摩擦片(3)贴合，形成一级制动，此时所述第二衔铁(62)与所述制动器定子(1)产生间隙(100)，当所述间隙(100)大于等于预设距离时，所述磁性结构(11)产生的所述第一衔铁(61)与所述制动器定子(1)之间的磁性力小于所述第一弹性结构(71)的弹性力，所述第一弹性结构(71)的弹性力驱动所述第一衔铁(61)运动至与所述摩擦片(3)贴合，形成二级制动。

2.根据权利要求1所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)均为环状结构，且所述第一衔铁(61)设置于所述第二衔铁(62)的径向外周，所述第一弹性结构(71)设置于所述制动器定子(1)上且只对所述第一衔铁(61)提供弹性力，所述第二弹性结构(72)设置于所述制动器定子(1)上且只对所述第二衔铁(62)提供弹性力，所述磁性结构(11)设置于所述第一衔铁(61)上。

3.根据权利要求1或2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

当所述制动器定子(1)通电时，其产生的主磁场(200)能够经由所述制动器定子(1)、所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)形成回路，所述磁性结构(11)产生的副磁场(300)也经由所述制动器定子(1)、所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)形成回路，此时所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)均与所述制动器定子(1)贴合。

4.根据权利要求1或2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

当所述制动器定子(1)断电后，所述第二衔铁(62)与所述制动器定子(1)之间不具有磁性力，所述第二衔铁(62)被所述第二弹性结构(72)推出而与所述制动器定子(1)之间形成所述间隙(100)，所述磁性结构(11)产生的副磁场(300)经由所述制动器定子(1)、所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)和所述间隙(100)形成回路，且当所述间隙(100)小于预设距离时，所述磁性结构(11)产生的所述第一衔铁(61)与所述制动器定子(1)之间的磁性力大于所述第一弹性结构(71)的弹性力，所述磁性结构(11)产生的磁性力控制所述第一衔铁(61)继续与所述制动器定子(1)贴合；此时所述第二衔铁(62)与所述制动器定子(1)不贴合，形成一级制动。

5.根据权利要求1或2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

当所述制动器定子(1)断电后，所述磁性结构(11)产生的副磁场(300)经由所述制动器定子(1)、所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)和所述间隙(100)形成回路，且所述第二衔铁(62)与所述制动器定子(1)之间的所述间隙(100)大于等于预设距离时，所述磁性结构(11)产生的所述第一衔铁(61)与所述制动器定子(1)之间的磁性力小于所述第一弹性结构(71)的弹性力，所述第一衔铁(61)被所述第一弹性结构(71)推出而形成二级制动。

6.根据权利要求1或2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

当所述电磁制动器形成一级制动或二级制动后，且当所述制动器定子(1)再次通电时，所述制动器定子(1)产生的主磁场(200)能够经由所述制动器定子(1)、空气、所述第一衔铁(61)、所述第二衔铁(62)和空气形成回路，所述磁性结构产生的副磁场(300)经由所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)和空气形成回路，所述主磁场(200)和所述副磁场(300)共同控制所述第一衔铁(61)和所述第二衔铁(62)均向所述制动器定子(1)运动至与所述制动器定子(1)贴合。

7.根据权利要求1或2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述制动器定子(1)产生的磁性力大于所述第二弹性结构(72)的弹性力，所述制动器定子(1)产生的磁性力大于所述第一弹性结构(71)的弹性力，当所述间隙小于预设距离时，所述磁性结构(11)产生的磁性力大于所述第一弹性结构(71)的弹性力，当所述间隙大于等于预设距离时，所述磁性结构(11)产生的磁性力小于所述第一弹性结构(71)的弹性力。

8.根据权利要求2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第二衔铁(62)的径向外周壁与所述第一衔铁(61)的径向内周壁之间间隙配合，且间隙量≤0.1mm。

9.根据权利要求2所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述制动器定子(1)的内部设置有第一容纳孔(12)，所述第一容纳孔(12)从所述制动器定子(1)的内部延伸至所述制动器定子(1)的第一轴向端面(13)，所述第一轴向端面(13)与所述第二衔铁(62)相对，所述第二衔铁(62)的内径小于所述第一容纳孔(12)的孔径，所述第二衔铁(62)的外径大于所述第一容纳孔(12)的孔径，所述第二弹性结构(72)设置于所述第一容纳孔(12)中，且所述第二弹性结构(72)的一端与所述第一容纳孔(12)的槽底抵接、另一端与所述第二衔铁(62)相接，以能对所述第二衔铁(62)提供弹性推力。

10.根据权利要求9所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一容纳孔(12)为圆柱孔，其中心线与所述制动器定子(1)的中心轴线重合，所述第二衔铁(62)的中心孔的中心线与所述中心轴线重合，所述第二弹性结构(72)为弹簧。

11.根据权利要求9所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述制动器定子(1)的内部还设置有第二容纳孔(14)，所述第二容纳孔(14)从所述制动器定子(1)的内部延伸至所述制动器定子(1)的第一轴向端面(13)，且所述第二容纳孔(14)与所述第一衔铁(61)的径向内周与径向外周之间的实体部分相对，所述第一弹性结构(71)的一端与所述第二容纳孔(14)的槽底抵接、另一端与所述第一衔铁(61)相接，以能对所述第一衔铁(61)提供弹性推力。

12.根据权利要求11所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一衔铁(61)为分体结构，包括第一衔铁一(611)和第一衔铁二(612)，所述第一衔铁一(611)与所述第一衔铁二(612)拼接而成，所述磁性结构(11)设置于所述第一衔铁一(611)与所述第一衔铁二(612)之间。

13.根据权利要求12所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一衔铁一(611)与所述第一衔铁二(612)沿所述第一衔铁的轴向相接布置，且所述第一衔铁一(611)的朝向所述第一衔铁二(612)的轴向端面处设置有第一凹槽，所述第一衔铁二(612)的朝向所述第一衔铁一(611)的轴向端面处设置有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相对连接形成容纳所述磁性结构(11)的凹槽，所述磁性结构(11)的部分设置于所述第一凹槽中，另外部分设置于所述第二凹槽中。

14.根据权利要求13所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一凹槽和所述第二凹槽均为环形槽结构，所述磁性结构(11)也为环形结构；所述磁性结构(11)为永磁铁；所述第一弹性结构(71)为弹簧。

15.根据权利要求12所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述第一衔铁一(611)与所述第一衔铁二(612)之间通过螺钉或螺栓连接，或者所述第一衔铁一(611)与所述第一衔铁二(612)之间通过粘接连接，或者所述第一衔铁一(611)、所述磁性结构(11)与所述第一衔铁二(612)一体成型。

16.根据权利要求9所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述制动器定子(1)的内部还开设有线圈槽(15)，所述线圈槽(15)从所述制动器定子(1)的内部沿轴向延伸至所述第一轴向端面(13)处，所述线圈槽(15)中设置线圈(2)，所述线圈(2)还通过引出线(9)连接至所述制动器定子(1)外部的电源。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

所述摩擦片(3)为环形结构，且所述摩擦片(3)的外径大于所述第一衔铁(61)的内径且小于所述第一衔铁(61)的外径，所述摩擦片(3)的内径小于所述第二衔铁(62)的外径且大于所述第二衔铁(62)的内径；所述摩擦片(3)包括位于其轴向两端的第三轴向端面和第四轴向端面；当仅所述第二衔铁(62)与所述摩擦片(3)的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片(3)的一级制动；当所述第二衔铁(62)和所述第一衔铁(61)均与所述摩擦片(3)的所述第三轴向端面相接时，形成为对所述摩擦片(3)的二级制动。

18.根据权利要求17所述的双级制动电磁制动器，其特征在于：

还包括挡板(4)和方轮(5)，所述挡板(4)设置于所述摩擦片(3)的所述第四轴向端面处，所述方轮(5)穿设于所述摩擦片(3)的径向内周，且所述挡板(4)也为环形结构，所述方轮(5)位于所述挡板(4)的径向内侧，所述方轮(5)的径向外周壁与所述摩擦片(3)的径向内周壁相接，以通过所述摩擦片(3)对所述方轮(5)进行摩擦制动，所述挡板(4)对所述摩擦片(3)的轴向运动进行限位。

19.一种电机装置，其特征在于：包括权利要求1-18中任一项所述的双级制动电磁制动器。

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