三木MIKIPULLEY无励磁制动器在伺服电机及关节机器人上的应用

摘要：简单介绍日本三木无励磁制动器，推介BXR及BXR-LE在伺服前端外置及关节机器人上的应用

关键词：日本三木 MIKIPULLEY 制动器 伺服电机 外置 关节

    我公司作为三木产品主要供应商之一，近年在无励磁制动器应用领域，取得不少宝贵经验，获益颇多。在此，简单为大家分享一下伺服前端外置及关节机器人上的应用：

    当今很多运动控制设备应用中，为了确保设备部件在停电时的紧急制动或长时间保持停止状态，这就需要选用制动器，俗称“抱闸”。那么先来介绍一下“抱闸”——日本三木无励磁型电磁制动器，如图1：

图1

以下为其结构简图，如图2

 图2

    如上图2所示，简要介绍安装及工作原理如下：

1，整个制动器大致呈扁圆柱体状，安装在固定法兰盘上。

2，圆盘转子制动盘通过带有键槽安装孔的转子轮毂安装在旋转轴上。

3，当定子线圈通电产生电磁吸引力，电枢板受到电磁力吸引克服转矩弹簧推力紧靠定子侧表面，此时转子制动盘与定子和前边之间的都有空隙，可以允许转子随旋转轴旋转。

4，当定子线圈断电，电磁吸引力消失，此时转矩弹簧将电枢板压向转子侧和前板；转子盘被电枢板和前板夹紧使得旋转轴和转子无法旋转，从而起到制动和保持的作用。

    这种制动器与电机内置的电磁制动器的原理一样，都是靠弹簧的推力产生摩擦力的制动器：在停电时紧急制动、长时间保持停止状态、防止机械空转等方面发挥制动和保持位置的性能。

下面通过实物再认识一下，如下图3、图4：

图3

图4

    图3前板侧可以看到法兰固定孔，以及棕色的“转子制动盘”。

    图4制动器侧，自上而下分别是：前板，转子制动盘，电枢板和定子线圈外壳。

    了解了以上产品的结构和原理，下面谈一下使用。

    目前机械设备要起到紧急停止或者长时间保持制动状态时，其实是以选用电机自带内置抱闸为主的。但在使用过程中，不少特别应用场合，电机自带“抱闸”可能存在着诸多局限性，比如：

1，电机内置“抱闸”的制动扭矩或保持力矩不足时，由于同一个机座号的电机均配置同一个规格的制动器，因此要提升制动扭矩，往往需要增大选配的电机机座号，这样会极大增加了设备成本。

2，电机内置电磁制动器，增加了电机的体积和安装空间需求，尤其是增加电机轴长方向的尺寸，这对于很多电机安装空间极为紧凑的应用（如机械臂关节等），极大的增加了集成和组装的难度。

3，电机内置制动器，厂家出厂时，都是按保持制动配置，但有个别用户，需要的是经常紧急制动，用户频繁的打开/闭合紧急制动，产生摩擦，如果使用电机内置制动器将极大降低电机使用寿命。

4，另外，电机内置的制动器通常是安装在电机尾部的（差不多和反馈编码器位置很接近），其制动和保持扭矩是需要通过电机轴和联轴器等一系列机械传动机构传导到最终部件负载的，这之间的非刚性扭转和背间隙产生的位置角度偏差，对于某些需要在停止时依然保持较高精度的应用来说，会产生一系列问题。

    基于以上各类不同原因，在实际的应用中可能会需要使用到外置的，可以安装于电机轴前端的，或者离负载部件更近的电磁制动器；这种场合往往要求结构更加紧凑，尺寸要求更小更薄，这也正是我们这次要为大家介绍的三木无励磁制动器中的重点：BXR（实物图5）、BXR-LE（实物图3、图4、图6）超薄型制动器——厚度一般为其它厂家相应产品厚度的1/2至1/3

图5             图6

    以下以BXR-LE为例进行，部分数据及比较，见表7、图8、表9、图10：

表7

图8

表9

图10

    通过以上BXR-LE的产品参数尺寸等的展示，以及图10的直观对比，可以看到，将我司BXR-LE在合适的场合进行电机前端外置安装，对于尺寸结构控制，是非常有效的。

    下面看一下电机轴前端的安装实例（BXR-040-10LE）如图11、图12、图13：

图11                    图12                      图13

    如图11这种安装方式，需要通过一个中间过渡法兰将其固定在电机法兰盘上；

    如图12，这种安装，可直接将电机轴相应部位设计成同转子盘连接的尺寸，进一步压缩整体尺寸；也可通过转子毂连接。

    综合图11、图12、图13，可以看到制动器电源出线，同时也能理解制动器此时如何安装了。

    下面看一下应用实例中制动盘的动作，图14、图15（不是BXR-LE，仅示意衔铁与定子位置）：

图14                      图15

    图14，此时为定子线圈断电时，压力弹簧将衔铁推离定子（衔铁和定子间产生小缝），进而将衔铁和制动盘紧紧挤压到前板上，转子夹在中间不能旋转，此为制动状态。

    图15，定子通电，电磁线圈产生吸引力，吸引衔铁，衔铁克服弹簧推力，衔铁紧紧吸附于定子线圈上（衔铁和定子见无缝隙），此时转子与衔铁、转子与前板间，都有小缝隙（转子在里面的位置，不容易观察），处于自由旋转状态，即制动器打开的状态。图14与图15之间衔铁位置的差别，就是这个小缝隙，就是制动器打开和关闭时的动作行程，可见，缝隙越小，制动器的动作时间就会越短，应答性越好。BXR-LE的应答时间见表7，以BXR-040-10LE为例，衔铁的吸引和释放时间分别是60ms和20ms，在同行业产品中，动作时间是非常快速的。

    以上说明，主要阐述了我司BXR及BXR-LE超薄型制动器，在一些结构紧凑，尺寸要求较严格的场合，同以往相比，给出了一些不一样的方案，有其鲜明的特点。下图16、图17：

图16                          图17

    这两幅图也都是该产品用于前端外置安装，图16是将带轮及电机轴，同制动器转子毂进行一体化设计，进一步压缩了原来转子毂的部分空间；而图17展示了关节机器人控制机械臂关节尺寸的应用，同时该BXL-LE产品很小的重量，对于机械臂将电机的扭矩更多的用于提取负载重量，也是很有好处的。

    以上这些无励磁产品，包含BXR及BXR-LE等超薄产品，一经推出，便受到了国外电机厂家及机械臂厂家的广泛应用及好评。

    另外，本文有可能出现插入图片位置与原文有所变动的情况，敬请谅解。您也可以通过下载附件查看原文。

    相关三木无励磁制动器型号列表：

BXR-015-10LE

BXR-020-10LE

BXR-025-10LE

BXR-035-10LE

BXR-040-10LE

BXR-050-10LE

BXR-06-10/20

BXR-08-10/20

BXR-10-10/20

BXR-12-10/20

BXR-14-10/20

BXR-16-10/20

BXW-01-10L/H/S/R

BXW-02-10L/H/S

BXW-03-10L/H/S/R

BXW-04-10L/H/S

BXW-05-10L/H/S/R

BXL-06-10

BXL-08-10

BXL-10-10

BXL-12-10

BXL-16-10

BXH-06-10

BXH-08-10

BXH-10-10

BXH-12-10

BXH-16-10

（本文部分图片来源于网络）