CN113489270A - 一种模块化复合电机组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模块化复合电机组件，电机定子、转子、制动器的定子、动子；制动器的定子固定在电机定子铁心的内圈端部，位置传感器安装在电机定子内圈端部的槽内，非通电情况下，制动器的动子向远离制动器定子的方向线性运动，直至与电机转子轴肩外圆接触并产生摩擦，实现电机掉电自抱轴制动功能；通电情况下，制动器的动子向制动器定子的方向线性运动直至吸合，制动器的动子与电机转子轴肩不接触保障电机正常运转，位置传感器产生感应电流及电压，利用该电压信号确定电机的位置信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化复合电机组件，具体说涉及一种结构，将电机定、转子组件与制动器定、转子组件，以及位置传感器等，分别进行模块化组合，可用于具有紧凑空间要求的应用场景,特别是机器人、机械臂等智能机构相关领域。
背景技术
传统的机器机械臂关节，一般由减速器、电机、制动器、位置传感器等集合而成，各单机相互独立，导致系统布局不够灵活、空间结构较为单一、尺寸较为臃肿，难以适应具有深度集成紧凑空间要求的应用场景。因此，本发明提出了一种旋模块化复合电机组件。
该结构在集成过程中，将电机的定子与制动器的定子进行模块化组合，将电机的转子与制动器的动子进行模块化组合，同时将位置传感器集成在电机定子内部，最后形成一个模块化定子与一个模块化转子，该模块化定子与转子组装成产品后，大大提高了集成度，使得整个电机组件集成到尺寸极为有限的狭小空间中，同时还具备了位置传感、制动等功能。该组件将最大程度实现机器人驱动与执行系统的紧凑化、轻量化，以及实现机器人伺服驱动与执行系统寿命、可靠性、集成度及性能、智能化水平的大力提升。
CN201820204651.6号专利，公开了一种集成化的机器人关节模组，包括驱动电机主体、位置传感器等。该发明面向的是工业领域，采用编码器作为位置传感器部件，且与电机为轴向串联安装。但是编码器并不适合在空间复杂的环境下使用，但改选用旋转变压器，安装关系不变，则整体轴向长度会增大很多，结构也会十分臃肿。因此，该结构不适用于空间伺服电机结构。
CN201921930204.6号专利，公开了一种机器人用关节模组，其特征在于伺服电机和带有霍尔元件的电路板集成设计，利用霍尔小型化的特征规避了选用编码器或旋变产生的轴向长度过大的缺点。但是霍尔的精度不高，很难适用于低速且对位置有高定位精度要求的场合。因此，该结构不适用于空间伺服电机结构。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有机器人关节系统布局不够灵活、空间结构较为单一、难以适应具有深度集成紧凑空间的缺点，提供一种模块化复合电机组件，有效地提升系统集成度。
本发明解决技术的方案是：一种模块化复合电机组件，电机定子、转子、制动器的定子、动子；
制动器的定子固定在电机定子铁心的内圈端部，位置传感器安装在电机定子内圈端部的槽内，非通电情况下，制动器的动子向远离制动器定子的方向线性运动，直至与电机转子轴肩外圆接触并产生摩擦，实现电机掉电自抱轴制动功能；通电情况下，制动器的动子向制动器定子的方向线性运动直至吸合，制动器的动子与电机转子轴肩不接触保障电机正常运转，位置传感器产生感应电流及电压，利用该电压信号确定电机的位置信号。
进一步的，制动器采用交流衔铁实现，交流衔铁的静子部分作为制动器的定子，交流衔铁的动子部分作为制动器的动子，所述静子部分小端套入压簧并伸入动子部分一端的凹槽内，在电机不通电的情况下，动子部分在压簧弹力以及凹槽导向的作用下，向远离静子部分的方向线性运动；在电机通电的情况下，动子部分在绕组线圈磁场作用下，产生电磁力，该电磁力克服压簧弹力，使得动子部分向静子方向运动直至吸合。
进一步的，交流衔铁的动子部分原理凹槽的一端型面与电机转子轴肩外圆适形。
进一步的，所述的位置传感器采用霍尔元件，数量为3个，相对定子铁心内圈均布。
进一步的，安装位置传感器的定子铁心内圈端部开锥形槽，槽深大于霍尔元件的长度，霍尔元件的敏感点部分朝锥形槽里，霍尔元件的引脚朝槽外。
进一步的，锥形槽深大于霍尔元件的长度，差值取霍尔元件长度的1/4；在霍尔元件装进所述的锥形槽后，长于霍尔元件的部分填充胶水，用于将霍尔元件紧固。
进一步的，所述的锥形槽的宽度、高度均与霍尔元件的宽度、高度相等，公差取上差。
本发明适用于空间伺服电机。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明将制动功能、传感功能与电机融合设计，在不改变系统本身尺寸空间的情况下，使电机复具备了掉电自制动、位置传感等功能。
(2)、本发明交流衔铁与电机定子进行模块化、一体化设计，这与常规结构伺服电机有本质区别；
(3)、本发明交流衔铁利用了电机端部绕组的磁场，产生工作所需的电磁力，不需要额外的能源；
(4)、本发明交流衔铁随电机工作而工作，当电机绕组通入电流时衔铁吸合，从而动子与电机转子轴分离；当电机绕组不通电流时衔铁在弹簧作用下分离，从而动子与电机转子轴摩擦制动；整个过程实现自启停；
(5)、发明交流衔铁固定在定子铁心端部，同时被绕组缠绕捆绑，从而安全可靠，不易松动；
(6)、本发明在定子内圆处开设小型锥形槽，便于放置、固定霍尔传感器，使得整个空间极为紧凑，实现了传感器与电机的模块化设计；
(7)、本发明实现了复合功能电机的模块化设计，结构简单，使得在有多功能器件系统集成需要时，仅用一个复合电机即可实现多种功能，在减少空间体积的同时，也降低了系统集成的困难度。
附图说明
图1为本发明实施例模块化复合电机组件总体示意图；
图2为本发明实施例交流式衔铁示意图；
图3为本发明实施例定子铁心开槽结构示意图；
图4为本发明实施例霍尔元件示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明将电机的定子与制动器的定子进行模块化组合，将电机的转子与制动器的动子进行模块化组合，同时将位置传感器集成在电机定子内部，最后形成一个模块化定子与一个模块化转子，该模块化定子与转子组装成产品后，可形成一种复合功能型电机组件，本发明电机组件可用于机器人伺服驱动与执行系统等应用场景。具体的工作原理为：
1、电机与制动器复合的原理：
将交流衔铁(如图2所示)，静子部分固定在电机定子铁心端部(如图2所示)，动子部分在弹簧力和电磁力的作用下进行线性伸缩运动。
在电机不通电的情况下，交流衔铁动子部分在压簧弹力以及导向的作用下，向远离静子的方向线性运动，直至与电机转子轴肩外圆接触(如图1所示)，两者产生摩擦，从而具备电机掉电自抱轴制动功能。
在电机通电的情况下，交流衔铁动子部分在绕组线圈磁场作用下，产生电磁力，该电磁力克服压簧弹力，使得动子部分向静子方向运动直至吸合，交流衔铁动子部分与电机轴肩不再接触从而保障电机可以正常运转。
2、电机与位置传感器复合的原理：
定子铁心内圆，在相隔120度的电角度处，依次开3个锥形槽，锥形槽不需要开设为通孔；槽深度略大于霍尔长度，如图3所示，差值约为霍尔元件长度的1/4。将如图4所示的霍尔元件，依次插入锥形槽内，霍尔的敏感点部分朝槽里，霍尔的三只引脚朝槽外，长于霍尔元件的部分用于填充胶水，便于将霍尔元件紧固。上述锥形槽的宽度、高度均与霍尔元件的宽度、高度大约相等，公差取上差，便于将霍尔元件进行定位，不容易窜动。这种安装布局方式，充分利用了现有结构，没有增设额外装置，使得整体结构简单，同时在没有增加额外重量的情况下使电机集成了传感器的功能。
当电机转子旋转的时候，转子上的永磁体，会在霍尔处感应出周期性的正弦磁场，于是霍尔在供电的情况下会产生感应电流及电压，该电压即可为电机驱动器提供电机的位置信号。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (8)
1.一种模块化复合电机组件，其特征在于：电机定子、转子、制动器的定子、动子；
制动器的定子固定在电机定子铁心的内圈端部，位置传感器安装在电机定子内圈端部的槽内，非通电情况下，制动器的动子向远离制动器定子的方向线性运动，直至与电机转子轴肩外圆接触并产生摩擦，实现电机掉电自抱轴制动功能；通电情况下，制动器的动子向制动器定子的方向线性运动直至吸合，制动器的动子与电机转子轴肩不接触保障电机正常运转，位置传感器产生感应电流及电压，利用该电压信号确定电机的位置信号。
2.根据权利要求1所述的电机组件，其特征在于：制动器采用交流衔铁实现，交流衔铁的静子部分作为制动器的定子，交流衔铁的动子部分作为制动器的动子，所述静子部分小端套入压簧并伸入动子部分一端的凹槽内，在电机不通电的情况下，动子部分在压簧弹力以及凹槽导向的作用下，向远离静子部分的方向线性运动；在电机通电的情况下，动子部分在绕组线圈磁场作用下，产生电磁力，该电磁力克服压簧弹力，使得动子部分向静子方向运动直至吸合。
3.根据权利要求2所述的电机组件，其特征在于：交流衔铁的动子部分原理凹槽的一端型面与电机转子轴肩外圆适形。
4.根据权利要求1所述的电机组件，其特征在于：所述的位置传感器采用霍尔元件，数量为3个，相对定子铁心内圈均布。
5.根据权利要求1所述的电机组件，其特征在于：安装位置传感器的定子铁心内圈端部开锥形槽，槽深大于霍尔元件的长度，霍尔元件的敏感点部分朝锥形槽里，霍尔元件的引脚朝槽外。
6.根据权利要求5所述的电机组件，其特征在于：锥形槽深大于霍尔元件的长度，差值取霍尔元件长度的1/4；在霍尔元件装进所述的锥形槽后，长于霍尔元件的部分填充胶水，用于将霍尔元件紧固。
7.根据权利要求5所述的电机组件，其特征在于：所述的锥形槽的宽度、高度均与霍尔元件的宽度、高度相等，公差取上差。
8.根据权利要求1-7之一所述的电子组件，其特征在于适用于空间伺服电机。
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