步进电机本身具体保持力矩,利用电机的保持力矩在通电的情况下可以锁死电机,既相当于刹车。但如果步进电机的保持力矩还不够大,需要更大的锁死力矩,或者停电后步进电机失去保持力矩的情况下可以考虑搭配制动器。

步进电机的制动器一般有弹簧式和永磁式,其中永磁式刹车反应速度更快(在50ms之内可以锁死),噪音低,发热少,可以是通电刹车或掉电刹车,但掉电刹车的比较常用。

弹簧式制动器的结构

结构主要由定子和转子组成,定子里面安放有绕制好的线圈,环氧灌封处理。转子是用特定耐摩擦的材料制作而成。转子和定子之间的摩擦转矩通过圆周分布的弹簧加压,使衔铁和平板夹住转子,产生摩擦转矩。如下图所示:

弹簧式制动器的原理

转子通过转子轮毂安装在电机轴上,定子或平板固定在电机端盖上。制动器的线圈通电时,线圈产生磁场,衔铁被磁力吸向磁轭,衔铁与制动盘脱开,此时制动盘被电机轴带着正常转动;当线圈断电时,磁场消失,衔铁被弹簧的作用力推向制动盘,产生摩擦扭矩而制动。如下图所示。

永磁式制动器的结构

其结构构成如下图所示;主要由定子和转子2部分组成。定子主要由定子座支架,永磁铁,骨架,漆包线,环氧灌封胶,摩擦功能面。转子主要由铝衬套和衔铁等摩擦材料组成。

永磁制动器的原理

永磁刹车器转子通过转子轴套,安装在电机轴上;转子铝板上安放有衔铁;衔铁和铝板通过铆接等工艺组装一体,他们之间夹有弹簧。(此种弹簧只会轴向拉伸,不会旋转,如下图。)定子支架里面设计有耐高温的稀土永磁体,绝缘骨架,和绕制在骨架上的铜线包组成。

  定子漆包线通上直流电后,形成的磁场和永磁体的磁场极性相反,磁路抵消,转子衔铁释放开,可以自由旋转;当定子线圈失电后,定子只剩下永磁体形成单磁路,吸合转子衔铁,和定子的摩擦功能面摩擦产生保持转矩。

对比弹簧式与永磁式制动器

  • 弹簧式制动器有背隙,永磁式制动器没有背隙,一致性好,安装可靠。
  • 永磁式制动器的发热功率小,适合长期使用。
  • 永磁式制动器的最高工作转速可达10000rpm,弹簧式最高工作转速在5000rpm左右
  • 永磁式制动器的响应时间快
  • 弹簧式制动器的性价比比较高

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