CN109149870A - 一种伺服电机制动器和伺服电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种伺服电机制动器和伺服电机，所述伺服电机制动器包括：位置反馈功能组件，能够获取电机转子的位置信号；编码组件(6)，能够对所述位置反馈功能组件获取的电机转子的位置信号进行编码处理，识别电机转子的位置。通过本发明能够在具备制动功能的基础上还增设了编码器的功能，减小了单独设置编码器的结构，能将电机三大部件(本体、制动器、编码器)简化为两大部件(本体、制动器)，有效降低电机长度，提高电机可靠性，使电机可满足更多工况需求。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种伺服电机制动器和伺服电机。
背景技术
现有伺服电机主要应用于较高控制精度的应用场合，如机器人等领域。由于现有机器人普遍采用小型化设计，因此需要伺服电机在同功率性能的情况下，使电机长度达到最短。现有伺服电机主要由本体、制动器、编码器三大部分组成，其中本体利用旋转磁场产生推动力矩，使电机转动；制动器可在电机突发掉电情况下，使电机所带关节保持静止状态；编码器通过与转轴连接，起到实时反馈电机转速、位置状态的作用。正因为这三大部件的共同作用，使伺服电机的控制精度及安全性能得到较大提高；同时也因为这三大部件的不可或缺性，限制了伺服电机的整机长度和小型化机器人中伺服电机的应用。
由于现有技术中的伺服电机会存在电机整机长度长、结构尺寸大、占用空间大、不紧凑，电机装配工艺难度较大、电机生产效率低、电机可靠性低以及不能实时反馈制动器磨损状态等技术问题，因此本发明研究设计出一种伺服电机制动器和伺服电机。
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伺服电机会存在电机整机长度长、结构不紧凑的缺陷，从而提供一种伺服电机制动器和伺服电机。
本发明提供一种伺服电机制动器，其包括：
位置反馈功能组件，能够获取电机转子的位置信号；
编码组件，能够对所述位置反馈功能组件获取的电机转子的位置信号进行编码处理，识别电机转子的位置。
优选地，
所述伺服电机制动器还包括制动器定子和摩擦片，所述摩擦片能够随着电机转子一同运动：
所述位置反馈功能组件包括设置在所述摩擦片内部的第一感应组件、和/或设置在所述制动器定子上的第二感应组件，所述第一感应组件能够与所述第二感应组件感应而产生第一信号或所述第一感应组件能够单独检测到所述电机转子运动位置的第二信号，并输送至所述编码组件进行信号的编码转换。
优选地，
所述第一感应组件包括设置在所述摩擦片内部的磁性结构，能够通过所述磁性结构产生交变磁场，所述第二感应组件包括设置在所述制动器定子上的感应线圈，所述感应线圈能够与所述磁性结构感应而获得转子运动的所述第一信号，所述第一信号为电流信号，所述编码组件能够获取所述电流信号而将其转换成识别转子位置的编码信号。
优选地，
所述摩擦片包括芯板、和能与所述芯板第一侧面相接的第一摩擦材料片，以及能与所述芯板第二侧面相接的第二摩擦材料片，所述第一侧面和所述第二侧面相背，且所述磁性结构包括设置在所述第一侧面与所述第一摩擦材料片之间的第一永磁环，和/或设置在所述第二侧面与所述第二摩擦材料片之间的第二永磁环。
优选地，
所述第一摩擦材料片上与所述芯板相对的面上设置有能够容纳所述第一永磁环的第一凹槽，所述第二摩擦材料片上与所述芯板相对的面上设置有能够容纳所述第二永磁环的第二凹槽。
优选地，
所述芯板为由隔磁材料制成的隔磁板。
优选地，
所述芯板为圆环形板，所述第一摩擦材料片和所述第二摩擦材料片也均为圆环形板，且所述芯板的外径小于或等于所述第一摩擦材料片的外径，且所述芯板的外径小于或等于所述第二摩擦材料片的外径。
优选地，
所述第一永磁环和/或所述第二永磁环为多层结构。
优选地，
所述制动器定子上还设置有柱套，所述感应线圈设置在所述柱套上。
优选地，
所述第一感应组件为光栅结构，所述摩擦片能够与所述电机转子一起运动而使得所述光栅结构产生所述第二信号，且所述第二信号为光信号，所述编码组件能够接收所述光信号而将其转换为识别转子位置的编码信号。
优选地，
所述摩擦片包括芯板、和能与所述芯板第一侧面相接的第一摩擦材料片，以及能与所述芯板第二侧面相接的第二摩擦材料片，所述第一侧面和所述第二侧面相背，所述光栅结构为环形码盘，且套设于所述芯板的外周壁上。
优选地，
沿着轴向方向、所述环形码盘的高度小于所述芯板的高度。
优选地，
所述制动器定子上还设置有柱套，所述编码组件设置在所述柱套上、且与所述摩擦片相对；和/或，所述伺服电机制动器还包括衔铁和平板，所述摩擦片设置在所述衔铁和所述平板之间，所述衔铁和所述平板能够对所述摩擦片产生摩擦力、以对所述电机转子产生制动。
本发明还提供一种伺服电机，其包括前任一项所述的伺服电机制动器。
本发明提供的一种伺服电机制动器和伺服电机有如下有益效果：
1.本发明通过设置位置反馈功能组件能够有效地检测出电机转子的位置信号，再通过编码组件而将其进行编码处理，从而有效地识别出电机转子的位置，发明了一种装配方便、性能稳定、具备识别转子位置的伺服电机制动器结构，通过采用这种带有位置识别功能的制动器，能够在具备制动功能的基础上还增设了编码器的功能，减小了单独设置编码器的结构，能将电机三大部件(本体、制动器、编码器)简化为两大部件(本体、制动器)，有效降低电机长度，提高电机可靠性，使电机可满足更多工况需求；
2.由于原有的编码器安装时，需要一定的环境要求及操作要求(尤其是分体光电式编码器)，使用本发明的结构，可以降低装配时对环境及操作的要求；由于减少了一大部件，简化了安装工序，提高了电机生产效率；采用带有位置识别功能的制动器，可以防止制动器工作时，产生的粉尘进入到编码器中，影响编码器工作；编码组件可根据获取信号波动，判定制动器是否已偏离正常工作范围，防止摩擦片磨损值达到极限，制动器失效。
附图说明
图1是本发明的伺服电机制动器的爆炸结构示意图；
图2是本发明实施方案1的摩擦片的爆炸结构示意图；
图3是本发明实施方案2的摩擦片的爆炸结构示意图；
图4是本发明实施方案1的伺服电机制动器的工作结构示意图；
图5是本发明实施方案2的伺服电机制动器的工作结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、制动器定子；2、摩擦片；21、磁性结构；211、第一永磁环；212、第二永磁环；22、芯板；23、第一摩擦材料片；231、第一凹槽；24、第二摩擦材料片；25、光栅结构；3、柱套；4、衔铁；5、平板；6、编码组件。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明提供一种伺服电机制动器，其包括：
位置反馈功能组件，能够获取电机转子的位置信号；
编码组件6，能够对所述位置反馈功能组件获取的电机转子的位置信号进行编码处理，识别电机转子的位置。
本发明通过设置位置反馈功能组件能够有效地检测出电机转子的位置信号，再通过编码组件而将其进行编码处理，从而有效地识别出电机转子的位置，发明了一种装配方便、性能稳定、具备识别转子位置的伺服电机制动器结构，通过采用这种带有位置识别功能的制动器，能够在具备制动功能的基础上还增设了编码器的功能，减小了单独设置编码器的结构，能将电机三大部件(本体、制动器、编码器)简化为两大部件(本体、制动器)，有效降低电机长度，提高电机可靠性，使电机可满足更多工况需求。
由于原有的编码器安装时，需要一定的环境要求及操作要求(尤其是分体光电式编码器)，使用本发明的结构，可以降低装配时对环境及操作的要求；由于减少了一大部件，简化了安装工序，提高了电机生产效率；采用带有位置识别功能的制动器，可以防止制动器工作时，产生的粉尘进入到编码器中，影响编码器工作；编码组件可根据获取信号波动，判定制动器是否已偏离正常工作范围，防止摩擦片磨损值达到极限，制动器失效。
优选地，
所述伺服电机制动器还包括制动器定子1和摩擦片2，所述摩擦片2能够随着电机转子一同运动：
所述位置反馈功能组件包括设置在所述摩擦片2内部的第一感应组件、和/或设置在所述制动器定子1上的第二感应组件，所述第一感应组件能够与所述第二感应组件感应而产生第一信号或所述第一感应组件能够单独检测到所述电机转子运动位置的第二信号，并输送至所述编码组件进行信号的编码转换。
这是本发明的位置反馈功能组件的优选结构形式，通过第一感应组件和/或第二感应组件能够检测出电机转子的感应信号，这里的感应信号可以比如是电信号、磁信号、光信号等，这里第一信号优选为电信号、第二信号优选为光信号，在摩擦片内部具有位置反馈功能的组件，利用摩擦片与转轴同速的特点，将电机循环运动信号转化为第一信号或第二信号，利用相关转换元件实现电机对转轴位置状态的识别，进而采用编码及处理后的电信号，实现对电机运转的控制。
实施方案1优选地，
如图2和4所示，所述第一感应组件包括设置在所述摩擦片2内部的磁性结构21，能够通过所述磁性结构21产生交变磁场，所述第二感应组件包括设置在所述制动器定子1上的感应线圈，所述感应线圈能够与所述磁性结构21感应而获得转子运动的所述第一信号，所述第一信号为电流信号，所述编码组件能够获取所述电流信号而将其转换成识别转子位置的编码信号。
这是本发明的实施方案1的具体且优选的结构形式，通过在摩擦片内部设置的磁性结构、以及制动器定子上设置的感应线圈，能够通过磁性结构产生交变磁场，并通过感应线圈在该磁场中作用而产生电流，将该电流信号输送至编码组件以转换、从而准确地获取和识别转子位置的编码信号，实现有效编码识别的功能。
优选地，
所述摩擦片2包括芯板22、和能与所述芯板22第一侧面相接的第一摩擦材料片23，以及能与所述芯板22第二侧面相接的第二摩擦材料片24，所述第一侧面和所述第二侧面相背，且所述磁性结构21包括设置在所述第一侧面与所述第一摩擦材料片23之间的第一永磁环211，和/或设置在所述第二侧面与所述第二摩擦材料片24之间的第二永磁环212。
这是本发明的摩擦片的优选结构形式、以及磁性结构的优选结构形式和设置位置，摩擦片通过芯板能够形成结构支承，第一摩擦材料片和第二摩擦材料片能够分别与其相对的衔铁和平板之间产生摩擦作用，从而为制动提供制动力；并且磁性结构包括第一永磁环能够产生第一交变磁场、与感应线圈作用产生第一电流信号，以获取转子的实时位置电流信号；第二永磁环能够产生第二交变磁场、与感应线圈作用产生第二电流信号，以获取转子的实时位置电流信号；通过两个电流信号的叠加能够准确判断出转子的准确位置信号，提高检测和识别的准确度和精度。
所诉的位置反馈功能组件可以为永磁体。永磁体在摩擦片内进行圆周运动，从而产生旋转磁场，由编码模块中的磁电转换装置实现转轴位置的编码。
优选地，
所述第一摩擦材料片23上与所述芯板22相对的面上设置有能够容纳所述第一永磁环211的第一凹槽231，所述第二摩擦材料片24上与所述芯板22相对的面上设置有能够容纳所述第二永磁环212的第二凹槽(未示出)。这是本发明的第一永磁环和第二永磁环的优选设置位置和设置形式，通过在第一摩擦材料片和第二摩擦材料片与芯板相对的表面上分别开设凹槽结构，能够有效地将两个摩擦材料片设置于其中，实现了将永磁环设置于摩擦材料片与芯板之间的作用和效果。
优选地，
所述芯板22为由隔磁材料制成的隔磁板。隔磁板使用高强度非导磁材料，如铜合金、不导磁碳素钢等，可以起到加强摩擦片结构强度的作用。隔磁板位于摩擦片中心，起到将制动器定子磁场与位置识别磁场隔绝的作用以及将两个永磁环产生的磁场隔绝的作用、使得互不干扰；较优的，隔磁板使用高强度非导磁材料，如铜合金、不导磁碳素钢等，可以起到加强摩擦片结构强度的作用。
优选地，
所述芯板22为圆环形板，所述第一摩擦材料片23和所述第二摩擦材料片24也均为圆环形板，且所述芯板22的外径小于或等于所述第一摩擦材料片23的外径，且所述芯板22的外径小于或等于所述第二摩擦材料片24的外径。隔磁板外径尺寸应不大于摩擦材料片的外径尺寸，可以使摩擦材料与衔铁和平板的接触面积最大化，提高制动扭矩；
优选地，
所述第一永磁环211和/或所述第二永磁环212为多层结构，这是本发明的永磁环的优选结构形式，能够进一步增多产生的磁场，提高检测精度，单层磁钢使用海尔贝克阵列等复杂排布结构，以增加转子位置分辨率。
优选地，
所述制动器定子1上还设置有柱套3，所述感应线圈设置在所述柱套3上。这是本发明的感应线圈的优选设置位置，能够与交变磁场产生电磁作用；永磁体阵列位于摩擦片中靠近平板的一侧，跟随转子旋转，产生交变磁场，位于柱套上的线圈，在交变磁场的作用下产生电流，通过编码模块将电流信号转换为编码信号，实现转轴位置的识别。
实施方案2优选地，
如图3和5所示，所述第一感应组件为光栅结构25，所述摩擦片2能够与所述电机转子一起运动而使得所述光栅结构25产生所述第二信号，且所述第二信号为光信号，所述编码组件能够接收所述光信号而将其转换为识别转子位置的编码信号。这是本发明的实施方案2的具体且优选的结构形式，通过在摩擦片内部设置的光栅结构，能够通过其检测转子运动产生的变化的光信号，并将该光信号输送至编码组件以转换、从而准确地获取和识别转子位置的编码信号，实现有效编码识别的功能。
所述的位置反馈功能原件可以为光栅，光栅板置于摩擦片外部，制动器柱套、平板等位置上具有识别光栅位置的光电转换模块及编码模块，实现转轴位置的编码。
优选地，
所述摩擦片2包括芯板22、和能与所述芯板22第一侧面相接的第一摩擦材料片23，以及能与所述芯板22第二侧面相接的第二摩擦材料片24，所述第一侧面和所述第二侧面相背，所述光栅结构25为环形码盘，且套设于所述芯板22的外周壁上。这是本发明的光栅结构的进一步的结构形式，制动器摩擦片利用轮毂与转轴连接，使其带到动到与电机相同转速。环形码盘位于摩擦片外表面，内壁为镜面，用于反射来自LED的光信号，编码模块将接收到的光信号转换为编码信号，实现转轴位置的识别。
优选地，
沿着轴向方向、所述环形码盘的高度小于所述芯板22的高度。较优的，环形码盘高度低于芯板厚度，且位于正中，保证摩擦片磨损厚度变薄时，码盘部位不受到损伤。
优选地，
所述制动器定子1上还设置有柱套3，所述编码组件6设置在所述柱套3上、且与所述摩擦片2相对；还包括衔铁4和平板5，所述摩擦片2设置在所述衔铁4和所述平板5之间，所述衔铁4和所述平板5能够对所述摩擦片2产生摩擦力、以对所述电机转子产生制动。这是本发明的编码组件的优选设置位置，能够对产生的电流信号或光信号进行及时的编码转换作用，本发明的制动器由制动器定子、柱套、衔铁、摩擦片、平板、编码模块等组成，能够通过摩擦片与衔铁、平板之间产生制动力以进行制动作用。
制动器摩擦片置于衔铁与平板之间，轮毂与转轴采用过盈配合，制动器摩擦片利用轮毂与转轴连接，使其带动到与电机相同转速；较优的，摩擦片与轮毂为零背隙或将芯板直接安装在转轴上，可以实现摩擦片与转轴位置的完全同步。
本发明还提供一种伺服电机，其包括前任一项所述的伺服电机制动器。
本发明采用带有位置识别功能的制动器，当制动器摩擦片与转轴同心连接时，通过识别摩擦片转速即可实现转子位置，进而控制电机运转，增加了制动器的功能；能够将三大部件(本体、制动器、编码器)简化为两大部件(本体、制动器)，极大的缩短了电机长度；
由于编码器安装时，需要一定的环境要求及操作要求(尤其是分体光电式编码器)，使用此发明结构，可以降低装配时对环境及操作的要求；由于减少了一大部件，简化了安装工序，提高了电机生产效率；采用带有位置识别功能的制动器，可以防止制动器工作时，产生的粉尘进入到编码器中，影响编码器工作；编码模块可根据获取信号波动，判定制动器是否已偏离正常工作范围，放置摩擦片磨损值达到极限，制动器失效。
本发明主要在于发明了一种装配方便、性能稳定、具备识别转子位置的伺服电机制动器结构。所诉制动器由制动器定子、柱套、衔铁、摩擦片、平板、编码模块等组成。
在摩擦片内部具有位置反馈功能的组件，利用摩擦片与转轴同速的特点，将电机循环运动信号转化为电信号，利用相关转换元件实现电机对转轴位置状态的识别，进而采用编码及处理后的电信号，实现对电机运转的控制。
所诉的位置反馈功能组件可以为永磁体。永磁体在摩擦片内进行圆周运动，从而产生旋转磁场，由编码模块中的磁电转换装置实现转轴位置的编码。
所述的位置反馈功能原件可以为光栅。光栅板置于摩擦片外部，制动器柱套、平板等位置上具有识别光栅位置的光电转换模块及编码模块，实现转轴位置的编码。
通过采用这种带有位置识别功能的制动器，有效降低电机长度，提高电机可靠性，使电机可满足更多工况需求。
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 (14)
1.一种伺服电机制动器，其特征在于：包括：
位置反馈功能组件，能够获取电机转子的位置信号；
编码组件(6)，能够对所述位置反馈功能组件获取的电机转子的位置信号进行编码处理，识别电机转子的位置。
2.根据权利要求1所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述伺服电机制动器还包括制动器定子(1)和摩擦片(2)，所述摩擦片(2)能够随着电机转子一同运动：
所述位置反馈功能组件包括设置在所述摩擦片(2)内部的第一感应组件、和/或设置在所述制动器定子(1)上的第二感应组件，所述第一感应组件能够与所述第二感应组件感应而产生第一信号或所述第一感应组件能够单独检测到所述电机转子运动位置的第二信号，并输送至所述编码组件进行信号的编码转换。
3.根据权利要求2所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述第一感应组件包括设置在所述摩擦片(2)内部的磁性结构(21)，能够通过所述磁性结构(21)产生交变磁场，所述第二感应组件包括设置在所述制动器定子(1)上的感应线圈，所述感应线圈能够与所述磁性结构(21)感应而获得转子运动的所述第一信号，所述第一信号为电流信号，所述编码组件能够获取所述电流信号而将其转换成识别转子位置的编码信号。
4.根据权利要求3所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述摩擦片(2)包括芯板(22)、和能与所述芯板(22)第一侧面相接的第一摩擦材料片(23)，以及能与所述芯板(22)第二侧面相接的第二摩擦材料片(24)，所述第一侧面和所述第二侧面相背，且所述磁性结构(21)包括设置在所述第一侧面与所述第一摩擦材料片(23)之间的第一永磁环(211)，和/或设置在所述第二侧面与所述第二摩擦材料片(24)之间的第二永磁环(212)。
5.根据权利要求4所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述第一摩擦材料片(23)上与所述芯板(22)相对的面上设置有能够容纳所述第一永磁环(211)的第一凹槽(231)，所述第二摩擦材料片(24)上与所述芯板(22)相对的面上设置有能够容纳所述第二永磁环(212)的第二凹槽。
6.根据权利要求4所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述芯板(22)为由隔磁材料制成的隔磁板。
7.根据权利要求4所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述芯板(22)为圆环形板，所述第一摩擦材料片(23)和所述第二摩擦材料片(24)也均为圆环形板，且所述芯板(22)的外径小于或等于所述第一摩擦材料片(23)的外径，且所述芯板(22)的外径小于或等于所述第二摩擦材料片(24)的外径。
8.根据权利要求4所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述第一永磁环和/或所述第二永磁环()为多层结构。
9.根据权利要求3所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述制动器定子(1)上还设置有柱套(3)，所述感应线圈设置在所述柱套(3)上。
10.根据权利要求2所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述第一感应组件为光栅结构(25)，所述摩擦片(2)能够与所述电机转子一起运动而使得所述光栅结构(25)产生所述第二信号，且所述第二信号为光信号，所述编码组件能够接收所述光信号而将其转换为识别转子位置的编码信号。
11.根据权利要求10所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述摩擦片(2)包括芯板(22)、和能与所述芯板(22)第一侧面相接的第一摩擦材料片(23)，以及能与所述芯板(22)第二侧面相接的第二摩擦材料片(24)，所述第一侧面和所述第二侧面相背，所述光栅结构(25)为环形码盘，且套设于所述芯板(22)的外周壁上。
12.根据权利要求11所述的伺服电机制动器，其特征在于：
沿着轴向方向、所述环形码盘的高度小于所述芯板(22)的高度。
13.根据权利要求2-12中任一项所述的伺服电机制动器，其特征在于：
所述制动器定子(1)上还设置有柱套(3)，所述编码组件(6)设置在所述柱套(3)上、且与所述摩擦片(2)相对；和/或，所述伺服电机制动器还包括衔铁(4)和平板(5)，所述摩擦片(2)设置在所述衔铁(4)和所述平板(5)之间，所述衔铁(4)和所述平板(5)能够对所述摩擦片(2)产生摩擦力、以对所述电机转子产生制动。
14.一种伺服电机，其特征在于：包括权利要求1-13中任一项所述的伺服电机制动器。
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