本發明涉及伺服電機、制動器裝配技術領域，特別涉及一種集成制動器的一體電機。

背景技術：

隨著電機，特別是伺服電機，在工業領域的應用范圍越來越廣，對電機輸出的精度、轉矩等要求也越來越高。目前，市場上的電機一般都要經過減速器或制動器后才與負載相連接，即電機和減速器、制動器基本上是分開安裝固定的，這樣的安裝結構會引入諸多誤差因素，降低最終輸出軸的精度。

此外，前述結構的電機和減速器、或制動器整體體積十分龐大，外形結構也不美觀，在安裝時需要把電機和減速器或制動器分別安裝在基座上，裝配比較麻煩，后期維護保養也很繁瑣，直接影響生產與維護成本；而且，在一些特定場合，還對電機及減速器、制動器的安裝空間有嚴格的要求。

綜上可知，當下電機的設計和制造遇到了新的挑戰。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種集成制動器的一體電機，以解決現有技術存在的電機和減速器或電機和制動器分別安裝導致的輸出軸精度漸低等問題。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種集成制動器的一體電機，其包括：機殼，呈筒狀；伺服電機，設于所述機殼內部，包括電機殼、前端蓋、后端蓋、轉軸，所述前端蓋、后端蓋分別位于所述電機殼的兩端，所述轉軸位于所述電機殼內部，并且所述轉軸的前端、后端分別通過軸承設于所述前端蓋、后端蓋中；所述前端蓋呈環狀，前側設有第一環形凹槽以及多個盲孔，所述轉軸前端的部分截面呈橢圓形；制動器，設于所述機殼內部，包括線圈、動鐵芯、摩擦片、制動盤、定板、外齒輪、多個制動彈簧；所述線圈嵌入所述第一環形凹槽中；所述動鐵芯位于所述前端蓋、線圈外側，所述制動彈簧一端插入所述盲孔中，另一端抵頂所述動鐵芯；所述外齒輪套設固定于所述轉軸的前端；所述制動盤呈環形，位于所述動鐵芯外側，并設有與所述外齒輪嚙合的內齒；所述定板呈環狀，位于所述制動盤外側；所述摩擦片設于所述動鐵芯與制動盤之間和所述定板與制動盤之間；所述制動彈簧用于驅動所述動鐵芯向所述制動盤、摩擦片、定板方向移動；輸出軸，一端與所述制動器連接，所述輸出軸和轉軸同軸。

優選地，所述輸出軸、所述轉軸均為中空結構，并且貫通。

優選地，所述機殼的一端設有端板，使得所述機殼形成圓桶狀，所述端板的中心為與所述轉軸同心的通孔。

優選地，所述機殼開口一端的外側設有法蘭結構。

優選地，所述制動器還包括限位管、螺釘，所述限位管兩端分別與所述定板、所述前端蓋接觸，所述螺釘穿過并連接所述前端蓋、限位管、定板。

優選地，所述制動盤的兩側均設有所述摩擦片，位于所述定板、制動盤之間的所述摩擦片粘接于所述定板上，位于所述動鐵芯、制動盤之間的所述摩擦片粘接于所述制動盤上，所述制動盤與粘接于所述定板上的所述摩擦片之間、所述動鐵芯與粘接于所述制動盤上的所述摩擦片之間具有均等間隙。

優選地，所述伺服電機還包括旋轉變壓器，所述后端蓋的后側設有第二環形凹槽，所述旋轉變壓器裝卡于所述第二環形凹槽中并抵頂在所述端板前側。

優選地，還包括：諧波減速器，位于所述機殼中，并設于所述輸出軸和伺服電機之間。

優選地，所述定板的前側設有環形凸臺，所述環形凸臺內設有內齒；所述諧波減速器包括波發生器、柔性軸承、柔輪、軸承、諧波減速器法蘭，所述波發生器即為所述轉軸前端的截面呈橢圓形的部分，所述柔性軸承套設于所述波發生器上，所述柔輪的有齒一端套設于所述柔性軸承上，并與所述環形凸臺內部的內齒嚙合；所述軸承包括軸承內圈、軸承外圈，所述軸承的軸承內圈位于所述環形凸臺外側并固定于所述環形凸臺外側；所述柔輪的另一端位于所述軸承的軸承外圈和諧波減速器法蘭之間，并與所述軸承的軸承外圈和諧波減速器法蘭固定；所述輸出軸固定于所述諧波減速器法蘭外側上。

優選地，所述諧波減速器法蘭為環狀，中心區域為一內孔，所述內孔邊緣向所述轉軸的端面延伸，并與所述轉軸的端面之間設有唇形密封圈。

綜上，本發明至少把伺服電機、制動器做成一體，減少了由于分體式結構帶來的設計和安裝誤差。此外，在安裝空間上，也能滿足現如今嚴格的要求，具備相當的美觀性，維護保養也很方便。

附圖說明

圖1為本發明實施例的剖視結構示意圖；

圖2為本發明實施例的伺服電機的剖視結構示意圖；

圖3為本發明實施例的制動器的剖視結構示意圖；

圖4為本發明實施例的諧波減速器的剖視結構示意圖；

圖5為本發明實施例的動鐵芯的主視結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明實施例包括機殼1、諧波減速器2、伺服電機3、制動器4和輸出軸5。機殼1呈圓桶狀，一端開口，一端由端板11封閉，但是端板11的中心區域設有通孔12。自機殼1的開口處，諧波減速器2、制動器4、伺服電機3依次設于其中。輸出軸5則設于諧波減速器2上。

具體地，如圖1、圖2所示，伺服電機3包括：前端蓋301、后端蓋305、前軸承303、后軸承308、定子(或稱伺服電機定子)304、磁鋼309、轉軸307、電機殼302和旋轉變壓器306、擋片310等。

伺服電機3的前端蓋301呈環形，中心區域為一個貫通圓孔，其外側(圖2中“前端蓋301外側”意為“前端蓋301左側”)設有環形凹槽3011，內側(圖2中“前端蓋301內側”意為“前端蓋301右側”)設有內孔止口(未標記，嵌入前軸承303之處)和環形凸臺3012。后端蓋305內側(圖2中“后端蓋305內側”意為“后端蓋305左側”)設有內孔止口(未標記，嵌入后軸承308之處)和環形凸臺，外側(圖2中“后端蓋305外側”意為“后端蓋305右側”)設有環狀凹槽(未標記，嵌入旋轉變壓器306之處)。

電機殼302兩端分別裝卡于前端蓋301和后端蓋305內側環形凸臺。后軸承308外圈裝卡在后端蓋305內側內孔止口處，一對擋片310裝卡在前端蓋301內側內孔止口處，前軸承303外圈裝入前端蓋301內側內孔止口，并緊靠擋片310，即在轉軸307的軸線方向上，前軸承303外圈與前端蓋301的距離大于擋片310與前端蓋301的距離，在圖2中，擋片310位于前軸承外圈的左側。前軸承303、后軸承308內圈則分別裝卡在轉軸307如圖2所示兩段軸肩處。，轉軸307呈圓柱狀，優選地，其為中空的圓柱狀，外壁上設有多個不同規格的軸肩(即不同軸徑的軸肩)

定子304固定在電機殼302內壁，磁鋼309安裝在轉軸307如圖2所示的一段軸肩處，且與定子304間設計有可轉動間隙。優選，安裝有磁鋼309的軸肩的軸徑小于裝卡有前軸承303內圈的軸肩的軸徑，且大于裝卡有后軸承308內圈的軸肩的軸徑。

旋轉變壓器306安裝在轉軸307末端，并卡緊在后端蓋305外側環狀凹槽內。具體的，旋轉變壓器306安裝在轉軸307末端，旋轉變壓器包括定子(或稱旋轉變壓器定子)3061、轉子(或稱旋轉變壓器轉子)3062和殼體(或稱旋轉變壓器殼體)3063，轉子3062與轉軸307同心安裝，定子3061通過殼體3063固定在后端蓋305外側，并卡緊在后端蓋305外側環狀凹槽內，且與轉子3062同心。

如圖1、圖3所示，本發明實施例的制動器4具體包括：靜鐵芯401、線圈402、限位管403、定板404、摩擦片405、制動盤406、外齒輪407、摩擦片408、制動彈簧409和動鐵芯410等；

靜鐵芯401近外邊緣處環列一圈通孔4011，靜鐵芯401于外邊緣和中心之間環列一圈盲孔，制動彈簧409安裝于盲孔內，且其一端伸出盲孔外。具體而言，在靜鐵芯401相對動鐵芯410的側面上設置該盲孔，盲孔的軸向與轉軸307的軸向一致，當然沿著靜鐵芯401的徑向，該盲孔應避開通孔4011和嵌入線圈402的環形凹槽，在圖3中，盲孔與轉軸307的距離小于嵌入線圈402的環形凹槽與轉軸307的距離。靜鐵芯401與伺服電機3的前端蓋301做成一體，也即靜鐵芯401和前端蓋301所指部件為同一部件。前端蓋301外側環狀凹槽3011即融合了靜鐵芯401特征；線圈402安裝在前端蓋301外側環狀凹槽3011內，亦即靜鐵芯401環形凹槽內。

限位管403通過螺釘與靜鐵芯401環列通孔4011配合，即螺釘穿過限位管403形成的通孔和靜鐵芯401環列通孔使得限位管403和靜鐵芯401配合，固定于靜鐵芯401外側。定板404呈環形、板狀結構，中心區域為一內孔，近外邊緣處設有一圈螺紋孔，定板404與限位管403及靜鐵芯401按它們各自孔的孔心對齊安裝。

摩擦片(或稱定板側摩擦片)405粘接于定板404靠近制動盤406的側面，摩擦片(或稱動鐵芯側摩擦片)408粘接于動鐵芯410靠近制動盤406的側面，且制動盤406與動鐵芯410上摩擦片408和定板404上摩擦片405之間留有均等間隙。

外齒輪407安裝于轉軸307如圖4所示的一軸肩上，且與制動盤406相配合(制動盤406為環形，設有內齒)，優選，安裝有外齒輪407的軸肩的軸徑小于裝卡有前軸承303內圈的軸肩的軸徑。

如圖1、圖4所示，本發明實施例的諧波減速器2包括：波發生器201、柔性軸承202、柔輪208、鋼輪209(亦即制動器4的定板404)、軸承(包括軸承外圈203、軸承內圈207及二者之間的滾珠等)、法蘭204、O形密封圈205、O形密封圈206、O形密封圈211、唇形密封圈210等。

具體地，波發生器201與伺服電機3的轉軸307設計為一體，即為轉軸307一橢圓形軸肩，在該部分，轉軸307的截面整體呈橢圓形(即軸肩斷面為橢圓形)，在垂直于轉軸307軸線方向上，橢圓形軸肩所在位置與下述滾有內齒的環形凸臺2091所在位置相對應。

鋼輪209與制動器4的定板404設計為一體，即定板404的中心內孔邊緣部分向諧波減速器2方向凸出一環狀凸臺2091，環狀凸臺2091內部滾有內齒，滾有內齒的環狀凸臺2091擔負鋼輪209的功能。環狀凸臺2091的端面貼近軸承內圈207內側(圖3中軸承內圈207右側)，并通過螺釘212與軸承內圈207相連接。

柔性軸承202嵌套安裝于波發生器201上面，柔輪208有齒一端嵌套安裝在柔性軸承202外表面，且與鋼輪209內齒相嚙合。柔輪208另一端位于軸承外圈203外側(圖3中軸承外圈203左側)，并通過螺釘與其相連接。法蘭(或稱諧波減速器法蘭)204呈環形，中心為一內孔，法蘭204的邊緣區域通過螺釘與柔輪208和軸承外圈203相連接，優選地，該螺釘同時連接軸承外圈203、柔輪208、法蘭204。法蘭204內孔邊緣向內側延伸，形成一環狀凸臺，并向轉軸307的左端面靠近。

O形密封圈205、206、211分別安裝在法蘭204與柔輪208、柔輪208與軸承外圈203、軸承內圈207與鋼輪209之間的間隙處。唇形密封圈210安裝于法蘭204內孔邊緣向右側延伸的環狀凸臺與轉軸307端面相接處。

再如圖1所示，機殼1全覆蓋在諧波減速器2、制動器4、伺服電機3外部，且與諧波減速器2的法蘭204處預留一定轉動間隙。機殼1開口一端端部內側(如圖1中機殼1左端端部的右側)設有一圓環狀止口，制動器4的定板404(鋼板209)、限位管403及伺服電機3的前端蓋301依次裝卡在該環狀止口處，并通過螺釘固定。機殼1的開口端端部還設有一安裝法蘭13，安裝法蘭13上開設有一止口和一圈安裝螺釘孔(均未標記)；機殼1的底部(如圖1中機殼1右端端部)，以及端板11，開設有一與轉軸307同心的圓孔12。

輸出軸5外接于諧波減速器2的法蘭204上；輸出軸5內部具有中空結構，端部設有一法蘭，法蘭處開設一圈螺釘孔，輸出軸5通過螺釘穿過一圈螺釘孔固定在諧波減速器2的法蘭204處。具體地，可以在法蘭204中心處形成一環狀凹槽，輸出軸的法蘭裝卡于該環狀凹槽處。

在裝配本實施例的伺服電機3、制動器4、諧波減速器2、輸出軸5和外殼1時，可以參考如下步驟：

針對伺服電機3，首先把磁鋼309過盈安裝在轉軸307中間一段軸肩上，，然后把前軸承303裝在轉軸307左側較高一段軸肩上，且轉軸307最高一段軸肩擋住前軸承303內圈。同理，后軸承308內圈擋在轉軸307后端一軸肩上。由于諧波減速器2的波發生器201和轉軸307做成一體，所以可把柔性軸承202先嵌套在波發生器201外，為后面進一步安裝做準備。

針對諧波減速器2和制動器4，首先把制動器4的定板404與諧波減速器2的軸承內圈207安裝固定在一起，然后把柔輪208有齒一端放入鋼輪209內部，再把法蘭204從輸出軸5一側壓在柔輪208圓面上，通過螺釘把法蘭204、柔輪208和軸承外圈203固接在一起；最后，再把輸出軸5通過螺釘固定在法蘭204左側。

接著，把制動器4的制動彈簧409放入前端蓋301盲孔內，然后把動鐵芯410壓在制動彈簧409上。把已安裝前軸承303、后軸承308、磁鋼309、柔性軸承202的轉軸307從右側穿過動鐵芯410、摩擦片408、制動盤406、摩擦片405和定板404，再把外齒輪407通過連接鍵安裝在轉軸307靠近左側的軸階上之后，將轉軸307再插入到諧波減速器2內，使柔性軸承202塞入到柔輪208內，使制動盤406與外齒輪407配合，且使安裝在動鐵芯410側的摩擦片408和制動盤406的間隙與裝在定板側的摩擦片405和制動盤406的間隙相等，且保證柔輪208和鋼輪209保持可正常嚙合的間隙。然后裝上限位管403，使動鐵芯410上通孔可穿過限位管403自由滑動，且使定板404和靜鐵芯401保持滿足要求的間隙，并通過一圈螺釘使其固定。對于動鐵芯410而言，其詳細結構如圖5所示，在動鐵芯410的邊緣，交替分布有U形的半封閉孔4101、孔徑較大的通孔4102、孔徑相對較小的盲孔4103，其中，限位管403即嵌入半封閉孔4101中，連接定板404、靜鐵芯401的螺釘則穿過通孔4102。動鐵芯410的盲孔4103設置位置與靜鐵芯401的盲孔設置位置相對應，如此使得制動彈簧409的一端能夠嵌入在動鐵芯410的盲孔4103內，從而提高了制動彈簧409與動鐵芯410接觸的穩定性。

在此之后，再把定子304安裝在電機殼302內，把已安裝定子304的電機殼302安裝到前端蓋301上，把電機后端蓋305安裝到電機殼302上，且使后端蓋305與后軸承308外圈相接觸。

再把旋轉變壓器306嵌套在轉軸307上，且使旋轉變壓器306左側裝卡在后端蓋305外側環狀凹槽內。

完成之前步驟，即可把機殼1通過其內部止口與前端蓋301配合安裝。

由于輸出軸5、諧波減速器2、制動器4、伺服電機3和機殼1內部均是中空結構，安裝完畢后，其內部會組成一個貫通的長孔，既可以用于內部走線，又利于本發明一體電機的散熱。

本實施例在運行時，其過程大致如下：

轉軸307在伺服電機3通電時轉動，與轉軸307做成一體的波發生器201、與轉軸307裝配到一起的制動盤406和外齒輪407也隨之轉動，波發生器201驅動柔性軸承202轉動，柔性軸承202又把轉動傳遞給柔輪208，柔輪208在鋼輪209的限制下，唯一嚙合鋼輪209進行轉動，轉動的柔輪208與軸承外圈203固定，軸承外圈203又與法蘭204固定，法蘭204又與輸出軸5固定。由于軸承內圈207固定在定板404上，定板404又固定不轉動，最終經過減速的運動通過柔輪208、軸承外圈203、法蘭204傳遞給輸出軸5，且制動器4在得電時，由于磁力的吸引，動鐵芯410與靜鐵芯401相接觸，制動彈簧409處于壓縮狀態，因此動鐵芯410與制動盤406脫離接觸，此時沒有制動效果；當制動器4失電時，磁力消失，動鐵芯410在制動彈簧409的彈力作用下遠離靜鐵芯401，并且以一定壓力與制動盤406相接觸，此時制動器4具有制動效果，即在制動器線圈402失電時，制動彈簧409驅動動鐵芯410與動鐵芯側摩擦片408接觸，同時，制動盤406與定板側摩擦片405接觸，使通過外齒輪407與制動盤406相配合裝配的轉軸307在摩擦力的作用下停止。與此同時，旋轉變壓器的定子3061內部通有激磁電流，產生一包絡旋轉變壓器的轉子3062的電磁場，轉子3062在轉軸307的帶動下發生旋轉，由于電磁感應原理，轉子3062內部產生感應電壓，由于感應電壓和轉角之間具有函數關系，因此感應電壓反饋給伺服驅動器后，伺服驅動器可以根據反饋的感應電壓得出轉角，并發出控制信號，進而控制伺服電機3按照新的方式轉動。本發明包括機殼、諧波減速器、伺服電機、制動器和輸出軸，伺服電機位于最右側位置，制動器安裝于伺服電機左側位置，諧波減速器安裝于制動器左側位置，輸出軸安裝于諧波減速器左側位置，機殼1和伺服電機前端蓋相配合，并且對諧波減速器、伺服電機和制動器全覆蓋。

分析可知，本發明通過把伺服電機、諧波減速器、制動器整合到一體，制動器的一部分零件與電機做成一體，另一部分零件與諧波減速器做成一體，一體式結構從原理上可以避免分體式結構帶來的組合誤差，提高整體精度。

其次，本發明實現模塊化設計，可以大大減少產品設計階段分別對電機、減速器、制動器選型所耗時間，也減少產品使用所占空間。

同時，本發明內部結構是全中空設計，可滿足一些特殊使用場合內部走線、散熱等需求。

由技術常識可知，本發明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發明范圍內或在等同于本發明的范圍內的改變均被本發明包含。