CN106451977B - 一种双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构，该电机包括转子、定子、刹车组件和轴承结构；转子包括运动轴和永磁铁，运动轴的中部设置有输出轴，位于永磁铁之间；定子设置于运动轴的两端，包括定子铁心和定子绕组，定子铁心套设于转子的周部，所述定子绕组设置于定子铁心的槽中，所述定子与永磁铁相对并与永磁铁有气隙相隔。该并联机器人结构包括固定平台、从动臂、关节轴承、中轴管、动平台；中轴管通过关节轴承与固定平台、动平台活动连接；固定平台的周部固定连接有三个双定子直驱永磁电机，动平台的周部铰接有三个从动臂，所述从动臂的另一端与输出轴铰接。

Description

一种双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体地说涉及一种用于并联机器人的双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构，具有直接驱动并联机器人主动臂在一定角度内做往复运动。
背景技术
并联机器人动力机构中的驱动电机，需要中间传动机构实现其主动臂在一定角度内做往复运动。传统技术通过减速机来实现低速大扭矩运动，这些解决方案不仅需要很多价值昂贵的机械传动装置，而且控制方式复杂。此外，主动臂通过中间传动机构安装在电机驱动轴一端，运行时会有较大的偏心力，电机轴承磨损严重，并且无法充分利用机器人主动臂两侧的空间，导致机器人体积较大。
中国专利201520915234.9公开的“一种直线型并联机器人结构”，包括运动台、定平台、固定支点、直线电机、直线导轨、直线滑块等。采用直线电机驱动实现平台空间的多自由度运动，但是所述的驱动装置的缺点在于直线电机拖动主动臂运动时需要一定的直线行程，使其驱动机构的体积较大，并且动子倒挂时，使其固定装置复杂，导致成本增加。
中国专利201520902073.X公开的“Delta并联机器人”，包括固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构、所述执行机构的驱动装置。但是所述装置的驱动机构采用伺服电机通过减速机实现低速大扭矩运动，并且主动臂位于减速机的一端，缺点在于转动惯量大，驱动装置复杂，费用高。
发明内容
本发明提供一种用于并联机器人的双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构，其目的在于克服现有并联机器人的驱动装置存在的驱动机构体积大、存在偏心力、并且驱动***复杂的缺陷，该并联机器人结构占用空间小，无减速装置，控制精度高，实现低速大扭矩，成本低。
为了实现上述目的，本发明技术按照以下方式实现：
一种双定子直驱永磁电机，包括转子、驱动转子运动的定子、刹车组件和轴承结构；所述转子包括运动轴和设置在运动轴两端的永磁铁，所述运动轴的中部设置有输出轴，所述输出轴位于永磁铁之间；所述定子设置于运动轴的两端，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述定子铁心套设于转子的周部，所述定子绕组设置于定子铁心的槽中，所述定子与永磁铁相对并与永磁铁有气隙相隔。
作为对上述技术方案的改进，所述制动组件设置于运动轴的一端，所述制动组件包括刹车动盘和套设在运动轴上的圆盘结构的刹车定盘，所述刹车动盘由运动轴的轴肩形成。
作为对上述技术方案的改进，所述双定子直驱永磁电机还包括一个速度位置检测装置，所述速度位置检测装置设置在运动轴的另一端上。
作为对上述技术方案的改进，所述轴承结构包括套设在运动轴两端的轴承，其中一个轴承位于刹车组件的外侧，另一个轴承位于速度位置检测装置和该侧的永磁体之间。
作为对上述技术方案的改进，所述双定子直驱永磁电机还包括安装座和中空的在周部开设有输出轴活动空槽的外壳，所述运动轴通过固定轴承活动架设在外壳中；所述外壳与安装座一体结构。
本发明并提供了一种应用上述所述双定子直驱永磁电机的并联机器人结构，所述并联机器人结构包括固定平台、从动臂、关节轴承、中轴管、动平台；所述动平台通过关节轴承与中轴管活动连接，所述中轴管通过关节轴承与固定平台的中部活动连接；所述固定平台的周部固定连接有三个双定子直驱永磁电机，所述动平台的周部铰接有三个从动臂，所述从动臂的另一端与输出轴铰接。
作为对上述技术方案的改进，三个所述双定子直驱永磁电机呈120度周向分布。
所述的双定子直驱永磁电机在并联机器人的固定平台上呈120度周向分布，三组双定子直驱永磁电机组成并联机器人的动力机构，直接驱动输出轴做一定角度的往复运动，从而实现并联机器人动平台的多自由度运动。
所述的双定子直驱永磁电机共用一个圆柱形运动轴，在圆柱形运动轴和所述的两组定子的耦合部分放置有以“N”极和“S”极交替排列的永磁体。
所述的运动轴圆周方向上放置的两组永磁体极数、对应位置的极性、永磁体的材料属性和结构尺寸等完全相同，永磁体的轴向长度和定子铁心的轴向长度一致。所述的两组定子绕组中产生的旋转磁场与圆柱形运动轴上的永磁磁极相互作用产生运动方向相同的同步转速。
在圆柱形运动轴中间无永磁体的位置，开有孔洞，在孔洞中安装有输出轴，所述的双定子直驱永磁电机可以直接驱动输出轴做一定角度的往复运动，无减速机等中间传动机构。
所述的速度位置检测装置和制动组件分别安装在圆柱形运动轴的两端。速度位置检测装置可以有效检测双定子直驱永磁电机的圆柱形运动轴的转速和位置，制动组件实现驱动装置断电情况下保证圆柱形运动轴和主动臂位置固定。
所述的圆柱形运动轴通过轴承与基座相连，保证圆柱形运动轴在做一定角度往复运动时与两组定子间的工作间隙。
本发明的双定子直驱永磁电机及其并联机器人结构占用空间小、无减速装置、控制精度高、低速大扭矩。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明并联机器人结构的立体结构示意图；
图2为本发明的双定子直驱永磁电机的结构三维示意图；
图3为本发明的双定子直驱永磁电机的双定子结构三维示意图；
图4为本发明的双定子直驱永磁电机的动子结构三维示意图。
附图标记：1—固定平台；2—双定子直驱永磁电机；3—输出轴；4—从动臂；5—中轴管；6—关节轴承；7—动平台；8—速度位置检测装置；9a、9b—固定轴承；10a、10b—定子铁心；11a、11b—定子绕组；12—运动轴；13—制动组件；14a、14b—永磁体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1至图4所示，本发明的双定子直驱永磁电机2，包括转子、驱动转子运动的定子、刹车组件和轴承结构；所述转子包括运动轴12和设置在运动轴12两端的永磁铁14a、14b，所述运动轴12的中部设置有输出轴3，所述输出轴3位于永磁铁14a、14b之间；所述定子设置于运动轴12的两端，所述定子包括定子铁心10a、10b和定子绕组11a、11b，所述定子铁心10a、10b套设于转子的周部，所述定子绕组11a、11b设置于定子铁心10a、10b的槽中，所述定子与永磁铁14a、14b相对并与永磁铁14a、14b有气隙相隔。
所述制动组件13设置于运动轴12的一端，所述制动组件13包括刹车动盘和套设在运动轴上的圆盘结构的刹车定盘，所述刹车动盘由运动轴的轴肩形成。
所述双定子直驱永磁电机2还包括一个速度位置检测装置8，所述速度位置检测装置8设置在运动轴12的另一端上。
所述轴承结构包括套设在运动轴两端的轴承9a、9b，其中一个轴承9b位于刹车组件的外侧，另一个轴承9a位于速度位置检测装置8和该侧的永磁体14a之间。
所述双定子直驱永磁电机2还包括安装座和中空的在周部开设有输出轴活动空槽的外壳，所述运动轴12通过固定轴承9a、9b活动架设在外壳中；所述外壳与安装座一体结构。
本发明并提供了一种应用上述双定子直驱永磁电机的并联机器人结构，所述并联机器人结构包括固定平台1、从动臂4、关节轴承6、中轴管5、动平台7；所述动平台7通过关节轴承6与中轴管5活动连接，所述中轴管5通过关节轴承6与固定平台1的中部活动连接；所述固定平台1的周部固定连接有三个双定子直驱永磁电机2，所述动平台7的周部铰接有三个从动臂4，所述从动臂4的另一端与输出轴3铰接。
三个所述双定子直驱永磁电机2呈120度周向分布。
所述的双定子直驱永磁电机在并联机器人的固定平台上呈120度周向分布，三组双定子直驱永磁电机组成并联机器人的动力机构，直接驱动输出轴做一定角度的往复运动，从而实现并联机器人动平台的多自由度运动。
所述的双定子直驱永磁电机共用一个圆柱形运动轴，在圆柱形运动轴和所述的两组定子的耦合部分放置有以“N”极和“S”极交替排列的永磁体。
所述的运动轴圆周方向上放置的两组永磁体极数、对应位置的极性、永磁体的材料属性和结构尺寸等完全相同，永磁体的轴向长度和定子铁心的轴向长度一致。所述的两组定子绕组中产生的旋转磁场与圆柱形运动轴上的永磁磁极相互作用产生运动方向相同的同步转速。
在圆柱形运动轴中间无永磁体的位置，开有孔洞，在孔洞中安装有输出轴，所述的双定子直驱永磁电机可以直接驱动输出轴做一定角度的往复运动，无减速机等中间传动机构。
所述的速度位置检测装置和制动组件分别安装在圆柱形运动轴的两端。速度位置检测装置可以有效检测双定子直驱永磁电机的圆柱形运动轴的转速和位置，制动组件实现驱动装置断电情况下保证圆柱形运动轴和主动臂位置固定。
所述的圆柱形运动轴通过轴承与基座相连，保证圆柱形运动轴在做一定角度往复运动时与两组定子间的工作间隙。

Claims (7)

1.一种用于并联机器人的双定子直驱永磁电机，包括转子、驱动转子运动的定子、刹车组件和轴承结构；其特征在于：所述转子包括运动轴和设置在运动轴两端的永磁铁，所述运动轴的中部设置有输出轴，所述输出轴位于永磁铁之间；所述定子设置于运动轴的两端，所述定子包括定子铁心和定子绕组，所述定子铁心套设于转子的周部，所述定子绕组设置于定子铁心的槽中，所述定子与永磁铁相对并与永磁铁有气隙相隔。
2.根据权利要求1所述的用于并联机器人的双定子直驱永磁电机，其特征在于：所述刹车组件设置于运动轴的一端，所述刹车组件包括刹车动盘和套设在运动轴上的圆盘结构的刹车定盘，所述刹车动盘由运动轴的轴肩形成。
3.根据权利要求2所述的用于并联机器人的双定子直驱永磁电机，其特征在于：所述双定子直驱永磁电机还包括一个速度位置检测装置，所述速度位置检测装置设置在运动轴的另一端上。
4.根据权利要求3所述的用于并联机器人的双定子直驱永磁电机，其特征在于：所述轴承结构包括套设在运动轴两端的轴承，其中一个轴承位于刹车组件的外侧，另一个轴承位于速度位置检测装置和该侧的永磁体之间。
5.根据权利要求4所述的用于并联机器人的双定子直驱永磁电机，其特征在于：所述双定子直驱永磁电机还包括安装座和中空的在周部开设有输出轴活动空槽的外壳，所述运动轴通过固定轴承活动架设在外壳中；所述外壳与安装座为一体结构。
6.一种应用如权利要求1至5任一种所述双定子直驱永磁电机的并联机器人结构，其特征在于：所述并联机器人结构包括固定平台、从动臂、关节轴承、中轴管、动平台；所述动平台通过关节轴承与中轴管活动连接，所述中轴管通过关节轴承与固定平台的中部活动连接；所述固定平台的周部固定连接有三个双定子直驱永磁电机，所述动平台的周部铰接有三个从动臂，所述从动臂的另一端与输出轴铰接。
7.根据权利要求6所述的并联机器人结构，其特征在于：三个所述双定子直驱永磁电机呈120度周向分布。
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