[发明专利]一种机械臂用主动安全电机及其控制方法

说明书

本发明涉及一种机械臂用主动安全电机，该安全电机包括外动子、中间转子、内定子、电枢绕组和转轴，外动子上有包含外动子轭部、外动子铁芯极和永磁极，永磁极采用径向充磁，表贴在外动子轭，永磁极与铁芯极交替分布；中间转子采用分离式结构，通过非导磁材料将其固定；内定子包含定子轭部，定子齿和定子绕组；本发明的电机整体结构简单，电机采用了定子永磁型结构，钕铁硼、电枢绕组均置于内定子上，外动子上只有钕铁硼永磁和铁芯极。而中间转子由纯铁芯极构成，充当导磁铁芯与调制磁场的作用，鲁棒性良好，故而该种电机方便加工制造非常方便。

技术领域

本发明涉及一种主动安全电机，具体涉及一种机械臂用主动安全电机及其控制方法，属于机器臂主动安全技术领域。

背景技术

随着机电一体化技术的发展，工业产品朝着智能化、系统化、微型化、模块化与人机协作的方向发展。尤其是在轻型机械臂领域，机械臂有着高精化、模块化、轻量化和多自由度化的发展趋势。在各种类型的机械臂中，模拟人类手臂的关节机械臂，有结构紧凑，所占空间小、运动空间大等优点，应用较为广泛。在其使用过程中，经常会遇到由于更换夹具、上下料等原因而导致的机械臂断电，而又希望机械臂保持在原先的工作位置的情况。同时还会存在机械臂发生故障时，驱动电机失去电磁力的作用，机械臂在重力的作用下运动偏离停机位置的情况，在这几种情况下，就要要求机械臂具有制动刹车的功能。

当前的机械臂制动方式主要是加入机械制动机构，但是现有的机械臂中的制动结构过于复杂，使得制动器的自身体积较大、成本较高。而外加机械装置，不仅增加了机械臂的质量，而且还损失了机械臂的美观，因此，将制动和电动整合到一起，在减少机械制动机构的同时，还能够减轻整个机械手臂的质量，增强整个系统的稳定性。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种机械臂用主动安全电机。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种机械臂用主动安全电机，所述安全电机包括外动子、中间转子、内定子和电机转轴，所述外动子设置在中间转子外部，中间转子由分离的铁芯极构成，通过非导磁材料将铁芯极固定；内定子设置在电机转轴外部。

作为本发明的一种改进，所述外动子包括外动子铁芯极，外动子轭部以及外动子永磁极，外动子铁芯极和外动子永磁极交替排布，共同固定在外动子轭部上。

作为本发明的一种改进，所述内定子包含内定子电枢绕组、内定子轭部、内定子齿和内定子永磁极。内定子齿固定在内定子轭部，内定子永磁极间隔的表贴在内定子齿上，内定子电枢绕组环绕在定子齿上。

作为本发明的一种改进，该电机的外动子只存在铁芯极、永磁极和轭部，不设置任何绕组，只在该电机的内定子处设置绕组；与此同时，该电机的外动子永磁极沿径向向内充磁，内定子永磁极沿径向向外充磁，两者充磁方向相反。

作为本发明的一种改进，外动子的旋转方向为两个(即可向上，又可向下)，且旋转范围为两个外动子永磁磁极(或者两个外动子铁芯极)的夹角。

一种机械臂用主动安全电机的控制方法，所述电机存在两个工作状态：紧急制动态(状态一)和正常工作态(状态二)；两个状态通过控制装置进行切换。当机械臂不上电时，外动子被机械闭锁在图1所示的位置，电机处于紧急制动态(状态一)；当机械臂上电时，机械闭锁打开，电机旋转(正转或者反转)，外动子由于惯性作用随同中间转子一块运动到达图2所示的位置后被机械闭锁，电机处于正常工作态(状态二)，此时电机运行正常且稳定，使得机械臂能够稳定运行；而机械臂突然断电时，外动子在控制系统作用下恢复到紧急制动态(状态一)，机械臂被主动制动和主动保持。