專利名稱：具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，尤其涉及一種具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在1984年，IS0/TC184/SC2/WG1曾對(duì)機(jī)器人定義“機(jī)器人是可程序的機(jī)械， 在自動(dòng)控制下實(shí)行包括操作或移動(dòng)動(dòng)作的課題”。一般工業(yè)用機(jī)器人均具有操作機(jī) (manipulator)及記憶裝置，而記憶裝置可為可變順序控制裝置或是固定順序控制裝置。如此，機(jī)器人便可通過記憶裝置送出信號(hào)，以使機(jī)器人的操作機(jī)執(zhí)行各種移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、或是伸縮等相關(guān)的動(dòng)作。此外，在1994年，IS08373 “工業(yè)用機(jī)器人操作詞匯”中則說明機(jī)器人應(yīng)包括操作機(jī)(manipulator)、制動(dòng)器(actuator)、以及軟、硬件控制系統(tǒng)。機(jī)器人核心技術(shù)的研發(fā)一直是歐、美、日等先進(jìn)國家的重要發(fā)展方向。過去機(jī)器人發(fā)展主要為工業(yè)用機(jī)械手臂(industrial robot)與機(jī)器化控制系統(tǒng)，近年來已朝向智能化與多樣化發(fā)展。傳統(tǒng)人形機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大都以馬達(dá)為主，目前現(xiàn)行作法有三，分別為步進(jìn)馬達(dá)、減速機(jī)與馬達(dá)結(jié)合及高轉(zhuǎn)矩?zé)o刷馬達(dá)。步進(jìn)馬達(dá)的種類依照結(jié)構(gòu)來分可以分成三種永久磁鐵式(permanent magnet, PM)、可變磁阻式(variable reluctance, VR)以及復(fù)合式(hybrid)。永久磁鐵式步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子是以永久磁鐵制成，其特性為線圈無激磁時(shí)，由于轉(zhuǎn)子本身具有磁性，故仍能產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩?？勺兇抛枋讲竭M(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子是以高導(dǎo)磁材料加工制成，由于是利用定子線圈產(chǎn)生吸引力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)線圈未激磁時(shí)無法保持轉(zhuǎn)矩。此外，由于轉(zhuǎn)子可以經(jīng)由設(shè)計(jì)提高效率，故可變磁阻式步進(jìn)馬達(dá)可以提供較大的轉(zhuǎn)矩?？勺兇抛枋讲竭M(jìn)馬達(dá)的步進(jìn)角一般均為15度，通常運(yùn)用于需要較大轉(zhuǎn)矩與精確定位的工具機(jī)上。復(fù)合式步進(jìn)馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上，是在轉(zhuǎn)子外圍設(shè)置許多齒輪狀的突出電極，同時(shí)在其軸向亦裝置永久磁鐵，可視為永久磁鐵式與可變磁阻式的合體，故稱的為復(fù)合式步進(jìn)馬達(dá)。復(fù)合式步進(jìn)馬達(dá)同時(shí)具備了永久磁鐵式步進(jìn)馬達(dá)與可變磁阻式步進(jìn)馬達(dá)兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此具備高精確度與高轉(zhuǎn)矩的特性。復(fù)合式步進(jìn)馬達(dá)的步進(jìn)角較小，一般介于1. 8度 3. 6度之間。雖然采用步進(jìn)馬達(dá)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速和數(shù)字脈波頻率成正比、控制容易，無需位置反饋、價(jià)格低(因無需位置感測(cè)裝置)、易與計(jì)算機(jī)或數(shù)字機(jī)器結(jié)合以及無碳刷滑環(huán)等，可靠性高，壽命主要受到軸承限制的特點(diǎn)，但是也具有效率低、高速或高轉(zhuǎn)矩下容易失步、特定頻率下易產(chǎn)生共振以及高負(fù)載下，可靠性較差的缺點(diǎn)。利用減速機(jī)與馬達(dá)結(jié)合是機(jī)器人應(yīng)用上最普遍的架構(gòu)。一般減速機(jī)必需在很高的軸向及徑向負(fù)載下，具有極小的背隙，能將高的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為較低的輸出轉(zhuǎn)速并傳遞大的輸出扭矩。減速機(jī)需容易安裝于馬達(dá)上，且保持精確的對(duì)位，確保產(chǎn)生的系統(tǒng)噪音及振動(dòng)為最小。一般而言，此減速機(jī)與馬達(dá)結(jié)合架構(gòu)具有適用于低速高扭力場(chǎng)合、馬達(dá)可設(shè)計(jì)在高效率區(qū)域、控制容易，可采簡易反饋控制、易與計(jì)算機(jī)或數(shù)字機(jī)器結(jié)合以及可應(yīng)用無刷馬達(dá)，具高可靠性，壽命主要受到軸承限制的特點(diǎn)，但采用此架構(gòu)的缺失有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不易扁薄化、定位能力受限于減速機(jī)構(gòu)，且機(jī)構(gòu)常需維護(hù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，減速機(jī)成本偏高以及國外大廠掌握關(guān)鍵技術(shù)。無刷馬達(dá)采用釹鐵綳磁鐵(NdFeB)，具有體積小、高功率及高扭力密度特性，再加上無碳刷設(shè)計(jì)，可降低電磁干擾及系統(tǒng)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但在機(jī)器人應(yīng)用上，特別在高轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)前提下，采用此架構(gòu)的缺失有所需馬達(dá)體積過大、電流易過高衍生過熱問題以及馬達(dá)工作效率偏低等。制動(dòng)制動(dòng)制動(dòng)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，利用永久磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)效應(yīng)，提供所述制動(dòng)器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量，而能在斷電時(shí)，自動(dòng)切換所述制動(dòng)器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量以鎖住該內(nèi)層動(dòng)子的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，該制動(dòng)器包含一內(nèi)層定子、一內(nèi)層動(dòng)子、一外層動(dòng)子、一外層定子以及一固定軸。該內(nèi)層定子包含一鐵心與繞設(shè)在該鐵心上的一繞組。該內(nèi)層動(dòng)子套接于該內(nèi)層定子外徑，該內(nèi)層動(dòng)子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成。該外層動(dòng)子套接于該內(nèi)層動(dòng)子外徑，該外層動(dòng)子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成。該外層定子套接于該內(nèi)層動(dòng)子外徑，并且與該外層動(dòng)子疊接，該外層定子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成。該固定軸穿設(shè)于該內(nèi)層定子內(nèi)。該制動(dòng)器還包含一外層動(dòng)子上蓋、一內(nèi)層動(dòng)子上蓋、一內(nèi)層動(dòng)子下蓋以及一外層定子下蓋。該外層動(dòng)子上蓋罩合該外層動(dòng)子，并且該外層動(dòng)子上蓋頂面設(shè)有一 U型開孔槽。 該內(nèi)層動(dòng)子上蓋覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子的一側(cè)，并且該內(nèi)層動(dòng)子上蓋頂面設(shè)有一凸柱。該內(nèi)層動(dòng)子下蓋覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子的另一側(cè)。該外層定子下蓋罩合該外層定子。其中，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋的該凸柱穿設(shè)該外層動(dòng)子上蓋的該U型開孔槽，并通過該內(nèi)層動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)該凸柱在該U型開孔槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以決定所述制動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)行程。此外，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋設(shè)有一第一中心開孔，該內(nèi)層動(dòng)子下蓋設(shè)有一第二中心開孔。該制動(dòng)器還包含一第一軸承與一第二軸承。該第一軸承嵌固于該第一中心開孔中，并該固定軸穿設(shè)在該第一軸承中。該第二軸承嵌固于該第二中心開孔中，并該固定軸穿設(shè)在該第二軸承中。借此，本發(fā)明的功效在于，利用該外層動(dòng)子與該外層定子的該多個(gè)永久磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)效應(yīng)，而能在斷電時(shí)，自動(dòng)切換所述制動(dòng)器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量以鎖住該內(nèi)層動(dòng)子的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1本發(fā)明一磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的爆炸圖；圖2本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的剖面5
圖3A本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的一外層動(dòng)子相對(duì)于一外層定子操作于未旋轉(zhuǎn)前的組合圖；圖;3B本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該外層動(dòng)子相對(duì)于該外層定子操作于旋轉(zhuǎn)角度為7. 5度時(shí)的組合圖；圖3C本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該外層動(dòng)子相對(duì)于該外層定子操作于旋轉(zhuǎn)角度為15度時(shí)的組合圖；圖3D本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該外層動(dòng)子旋轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生鎖住轉(zhuǎn)矩的波形圖；圖4本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的組合圖；圖5A本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該內(nèi)層定子鐵心樣式與繞線方法的第一實(shí)施例；圖5B本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該內(nèi)層定子鐵心樣式與繞線方法的第二實(shí)施例；及圖5C本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該內(nèi)層定子鐵心樣式與繞線方法的第
三實(shí)施例。其中，附圖標(biāo)記
100磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器
10內(nèi)層定子
102鐵心
104繞組
20內(nèi)層動(dòng)子
202內(nèi)層動(dòng)子上蓋
2022凸柱
204內(nèi)層動(dòng)子下蓋
206第一軸承
208第二軸承
30外層動(dòng)子
302外層動(dòng)子上蓋
3022U型開孔槽
40外層定子
402外層定子下蓋
50固定軸
θ旋度角度
Cvl第一曲線
Cv2第二曲線
Cv3第三曲線
具體實(shí)施例方式
茲有關(guān)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及詳細(xì)說明，配合圖式說明如下
請(qǐng)參見圖1與圖2分別為本發(fā)明一磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的爆炸圖與剖面圖。 該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100主要包含一內(nèi)層定子10、一內(nèi)層動(dòng)子20、一外層動(dòng)子30、一外層定子40以及一固定軸50。該內(nèi)層定子10包含一鐵心102與繞設(shè)在該鐵心上的一繞組104。并且，該內(nèi)層定子10為多極繞組定子結(jié)構(gòu)。該內(nèi)層動(dòng)子20套接于該內(nèi)層定子10外徑，該內(nèi)層動(dòng)子20由多個(gè)N極永久磁鐵(未標(biāo)示)、多個(gè)S極永久磁鐵(未標(biāo)示)與多個(gè)鐵金屬材料(未標(biāo)示) 交錯(cuò)設(shè)置而成。其中，該內(nèi)層動(dòng)子20的交錯(cuò)設(shè)置是指每一該N極永久磁鐵、每一該鐵金屬材料、每一該S極永久磁鐵與每一該鐵金屬材料依序重復(fù)排列，亦即，每一該N極永久磁鐵與每一該S極永久磁鐵鄰接該鐵金屬材料，使該多個(gè)N極永久磁鐵、該多個(gè)S極永久磁鐵與該多個(gè)鐵金屬材料形成圓環(huán)狀的依序重復(fù)排列。該外層動(dòng)子30套接于該內(nèi)層動(dòng)子20外徑，該外層動(dòng)子30由多個(gè)N極永久磁鐵 (未標(biāo)示)、多個(gè)S極永久磁鐵(未標(biāo)示)與多個(gè)鐵金屬材料(未標(biāo)示)交錯(cuò)設(shè)置而成。同樣地，該外層動(dòng)子30的交錯(cuò)設(shè)置是指每一該N極永久磁鐵與每一該S極永久磁鐵鄰接該鐵金屬材料，使該多個(gè)N極永久磁鐵、該多個(gè)S極永久磁鐵與該多個(gè)鐵金屬材料形成圓環(huán)狀的依序重復(fù)排列。該外層定子40套接于該內(nèi)層動(dòng)子20外徑，并且與該外層動(dòng)子30疊接，該外層定子40由多個(gè)N極永久磁鐵(未標(biāo)示)、多個(gè)S極永久磁鐵(未標(biāo)示)與多個(gè)鐵金屬材料(未標(biāo)示)交錯(cuò)設(shè)置而成。同樣地，該外層定子40的交錯(cuò)設(shè)置是指每一該N極永久磁鐵與每一該S極永久磁鐵鄰接該鐵金屬材料，使該多個(gè)N極永久磁鐵、該多個(gè)S極永久磁鐵與該多個(gè)鐵金屬材料形成圓環(huán)狀的依序重復(fù)排列。該固定軸50穿設(shè)于該內(nèi)層定子10內(nèi)。 因此，由圖2該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的剖面圖可明顯地看出，該內(nèi)層定子10、該內(nèi)層動(dòng)子20、該外層動(dòng)子30、該外層定子40由該固定軸50同時(shí)穿設(shè)而形成同軸配置。配合參見圖4本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的組合圖。該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100還包含一外層動(dòng)子上蓋302、一內(nèi)層動(dòng)子上蓋202、一內(nèi)層動(dòng)子下蓋204以及一外層定子下蓋402。該外層動(dòng)子上蓋302罩合該外層動(dòng)子30，并且該外層動(dòng)子上蓋302頂面設(shè)有一 U型開孔槽3022。該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子20的一側(cè)(依本實(shí)施例而言，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子20的軸方向上半部)，并且該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202頂面設(shè)有一凸柱2022。該內(nèi)層動(dòng)子下蓋204覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子20的另一側(cè)(以本實(shí)施例而言，該內(nèi)層動(dòng)子下蓋204覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子20的軸方向下半部)。該外層定子下蓋402罩合該外層定子40。其中，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202的該凸柱2022穿設(shè)該外層動(dòng)子上蓋 302的該U型開孔槽3022，并通過該內(nèi)層動(dòng)子20轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)該凸柱2022在該U型開孔槽 3022內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以決定所述制動(dòng)器100的轉(zhuǎn)動(dòng)行程。并且，也借由該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202的該凸柱2022在該U型開孔槽3022內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，提供該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100實(shí)際的動(dòng)力輸出。此外，該制動(dòng)器100的轉(zhuǎn)動(dòng)行程多少，可依據(jù)動(dòng)力輔具的需求彈性調(diào)整。并且，可通過該外層定子40與該外層動(dòng)子30的相對(duì)位移，可限制該外層定子40與該外層動(dòng)子30的切換角度。通過設(shè)計(jì)該內(nèi)層動(dòng)子、該外層定子與該外層動(dòng)子的容置溝槽，以增加該內(nèi)層動(dòng)子、 該外層定子與該外層動(dòng)子間的氣隙磁通密度，而提高該致動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩能力。此外，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202設(shè)有一第一中心開孔(未標(biāo)示)，該內(nèi)層動(dòng)子下蓋204 設(shè)有一第二中心開孔(未標(biāo)示)。該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100還包含一第一軸承206與一第二軸承208。該第一軸承206嵌固于該內(nèi)層動(dòng)子上蓋202的該第一中心開孔中，并該固定軸50穿設(shè)在該第一軸承206中。另外，該第二軸承208嵌固于該內(nèi)層動(dòng)子下蓋204的該第二中心開孔中，并該固定軸50穿設(shè)在該第二軸承208中。該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100更詳細(xì)的動(dòng)作說明，請(qǐng)參見下文。通過對(duì)繞設(shè)在該內(nèi)層定子10的該繞組104通電激磁，使該內(nèi)層動(dòng)子20交錯(cuò)設(shè)置的該多個(gè)N極、S極永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與該內(nèi)層定子10的繞組104通電激磁所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互切割，使得該內(nèi)層動(dòng)子20轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)該凸柱2022在該U型開孔槽3022內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以致該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100能以產(chǎn)生位移，提供動(dòng)力輸出。請(qǐng)參見圖3A至圖3C分別為本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的一外層動(dòng)子相對(duì)于一外層定子操作于未旋轉(zhuǎn)前、操作于旋轉(zhuǎn)角度為7. 5度時(shí)以及操作于旋轉(zhuǎn)角度為15度時(shí)的組合圖。本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的閉鎖動(dòng)作原理是利用該外層動(dòng)子30交錯(cuò)設(shè)置的該多個(gè)N極、S極永久磁鐵與該外層定子40交錯(cuò)設(shè)置的該多個(gè)N極、S極永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互切割，使該外層動(dòng)子30相對(duì)于靜定不動(dòng)的該外層定子40產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)角度 Θ。依本實(shí)施例而言，圖3C表示該外層動(dòng)子30以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)15度(該旋轉(zhuǎn)角度θ =15° )，圖:3Β表示該外層動(dòng)子30以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)7. 5度(該旋轉(zhuǎn)角度θ =7.5° )， 而圖3Α則表示該外層動(dòng)子30未旋轉(zhuǎn)(該旋轉(zhuǎn)角度θ =0° )。此外，該外層動(dòng)子上蓋302罩合該外層動(dòng)子30以多個(gè)定位栓(position pin)彼此緊固；該外層定子下蓋402罩合該外層定子40也以多個(gè)定位栓彼此緊固。該外層動(dòng)子上蓋302與該外層定子下蓋402的該多個(gè)定位栓也形成標(biāo)示之用，亦即當(dāng)外層動(dòng)子30未旋轉(zhuǎn)時(shí)，該外層動(dòng)子上蓋302的該多個(gè)定位栓是與該外層定子下蓋402的該多個(gè)定位栓對(duì)齊 ’然而，當(dāng)該外層動(dòng)子30旋轉(zhuǎn)時(shí)，該多個(gè)定位栓則形成錯(cuò)位狀態(tài)。當(dāng)該外層定子40與該外層動(dòng)子30的磁極位置相同時(shí)，該外層定子40與該外層動(dòng)子30所產(chǎn)生的磁路為封閉狀態(tài)，產(chǎn)生較大的頓轉(zhuǎn)(cogging)效應(yīng)，以致利用該特性使該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量，以鎖住該內(nèi)層動(dòng)子20的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，因此可在斷電下承受高負(fù)載。當(dāng)該外層定子40與該外層動(dòng)子30的磁極位置偏移180度電氣角時(shí)，(亦即，對(duì)結(jié)構(gòu)為M極的該外層定子40與該外層動(dòng)子30而言， 為15度空間角)，該外層定子40與該外層動(dòng)子30所產(chǎn)生的磁路為半開放狀態(tài)，產(chǎn)生較小的頓轉(zhuǎn)效應(yīng)，使該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100為低頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，可呈現(xiàn)移動(dòng)可控狀態(tài)。在此操作狀態(tài)下，只要對(duì)繞設(shè)在該內(nèi)層定子10的該繞組104通電激磁，就能夠使該內(nèi)層動(dòng)子 20轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)該凸柱2022在該U型開孔槽3022內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以致該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器 100能以產(chǎn)生位移，提供動(dòng)力輸出。配合參見圖3D為本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該外層動(dòng)子旋轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生鎖住轉(zhuǎn)矩的波形圖。圖中橫坐標(biāo)代表該內(nèi)層動(dòng)子20旋轉(zhuǎn)角度，而縱坐標(biāo)代表該外層動(dòng)子所產(chǎn)生的鎖住轉(zhuǎn)矩大小，并且，圖中所示的三條曲線分別代表該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100 操作于未旋轉(zhuǎn)前(第一曲線Cvl)、操作于旋轉(zhuǎn)角度為7. 5度時(shí)(第二曲線Cv2)以及操作于旋轉(zhuǎn)角度為15度時(shí)(第三曲線CU)的鎖住轉(zhuǎn)矩變化圖。由圖3D可明顯看出，當(dāng)該外層定子40與該外層動(dòng)子30的磁極位置相同時(shí)(即該外層動(dòng)子30相對(duì)于該外層定子40操作于未旋轉(zhuǎn)前)，由該第一曲線Cvl可獲知磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)， 并且最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)大約30牛頓-米(N-m)。相對(duì)地，當(dāng)該外層定子40與該外層動(dòng)子30的磁極位置偏移180度電氣角時(shí)(即該外層動(dòng)子30相對(duì)于該外層定子40操作于旋轉(zhuǎn)角度為 15度時(shí))，由該第三曲線Cv3可獲知磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100處于低頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，并且最大轉(zhuǎn)矩僅達(dá)大約5牛頓-米(N-m)。此外，若當(dāng)該外層定子40與該外層動(dòng)子30的磁極位置偏移介于0度至180度電氣角之間時(shí)，以本例而言，是為該外層動(dòng)子30相對(duì)于該外層定子40操作于旋轉(zhuǎn)角度為7. 5度時(shí)，由該第二曲線Cv2可獲知磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器 100處于高頓轉(zhuǎn)扭矩與低頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)之間，并且最大轉(zhuǎn)矩達(dá)大約20牛頓-米(N-m)。請(qǐng)參見圖5A至圖5C分別為本發(fā)明該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器的該內(nèi)層定子鐵心樣式與繞線方法的三種實(shí)施例。針對(duì)該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100的該內(nèi)層定子10設(shè)計(jì)成不同的樣式，以提供可行的鐵心樣式與繞線方法。借由磁路結(jié)構(gòu)的改變，以彌補(bǔ)馬達(dá)磁路與結(jié)構(gòu)上天生的缺陷，使馬達(dá)同時(shí)滿足易制動(dòng)器且高鎖住轉(zhuǎn)矩(holding torque)的需求。簡而言之，本發(fā)明所提供的該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100與機(jī)構(gòu)整合，采以模塊化設(shè)計(jì)，并使該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100具有斷電自鎖功能(auto-locking)。當(dāng)斷電時(shí)，通過該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100內(nèi)磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)(cogging)效應(yīng)，使機(jī)器臂關(guān)節(jié)呈現(xiàn)鎖住狀態(tài)(holding status)，并未受負(fù)載影響產(chǎn)生位移，整體該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器100可小型輕量化且具備高自鎖扭力的需求。綜上所述，本發(fā)明系具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、該制動(dòng)器具有低速超高扭力能力，可進(jìn)行高/低頓轉(zhuǎn)扭矩的切換，斷電時(shí)，可因高頓轉(zhuǎn)扭矩而使該制動(dòng)器呈現(xiàn)固定狀態(tài)，可省電節(jié)能效果；2、該制動(dòng)器可薄化設(shè)計(jì)，無需任何減速機(jī)構(gòu)，有效改善傳統(tǒng)制動(dòng)器體積與成本，并且，因無減速機(jī)構(gòu)，所以維護(hù)費(fèi)用較低；3、系統(tǒng)斷電時(shí)，因該制動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到高鎖住扭矩模式，即自動(dòng)鎖住，此可增加系統(tǒng)安全及可靠性高；4、可采用簡易反饋控制而能實(shí)現(xiàn)對(duì)該制動(dòng)器容易控制。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，包含 一內(nèi)層定子，包含一鐵心與繞設(shè)在該鐵心上的一繞組；一內(nèi)層動(dòng)子，套接于該內(nèi)層定子外徑，該內(nèi)層動(dòng)子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成；一外層動(dòng)子，套接于該內(nèi)層動(dòng)子外徑，該外層動(dòng)子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成；一外層定子，套接于該內(nèi)層動(dòng)子外徑，并且與該外層動(dòng)子疊接，該外層定子由多個(gè)N極永久磁鐵、多個(gè)S極永久磁鐵與多個(gè)鐵金屬材料交錯(cuò)設(shè)置而成；及一固定軸，穿設(shè)于該內(nèi)層定子內(nèi)；借此，利用該外層動(dòng)子與該外層定子的該多個(gè)永久磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)效應(yīng)，而能在斷電時(shí)，自動(dòng)切換所述制動(dòng)器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量以鎖住該內(nèi)層動(dòng)子的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器還包含一外層動(dòng)子上蓋，罩合該外層動(dòng)子，并且該外層動(dòng)子上蓋頂面設(shè)有一 U型開孔槽； 一內(nèi)層動(dòng)子上蓋，覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子的一側(cè)，并且該內(nèi)層動(dòng)子上蓋頂面設(shè)有一凸柱； 一內(nèi)層動(dòng)子下蓋，覆蓋于該內(nèi)層動(dòng)子的另一側(cè)；及一外層定子下蓋，罩合該外層定子；其中，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋的該凸柱穿設(shè)該外層動(dòng)子上蓋的該U型開孔槽，并通過該內(nèi)層動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)該凸柱在該U型開孔槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以決定所述制動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)行程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該內(nèi)層動(dòng)子上蓋設(shè)有一第一中心開孔，并且所述磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器還包含一第一軸承，該第一軸承嵌固于該第一中心開孔中，并該固定軸穿設(shè)在該第一軸承中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該內(nèi)層動(dòng)子下蓋設(shè)有一第二中心開孔，并且所述磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器還包含一第二軸承，該第二軸承嵌固于該第二中心開孔中，并該固定軸穿設(shè)在該第二軸承中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該內(nèi)層定子為多極繞組定子結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該內(nèi)層動(dòng)子的交錯(cuò)設(shè)置為每一該N極永久磁鐵、每一該鐵金屬材料、每一該S極永久磁鐵與每一該鐵金屬材料依序重復(fù)排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該外層動(dòng)子的交錯(cuò)設(shè)置為每一該N極永久磁鐵、每一該鐵金屬材料、每一該S極永久磁鐵與每一該鐵金屬材料依序重復(fù)排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，該外層定子的交錯(cuò)設(shè)置為每一該N極永久磁鐵、每一該鐵金屬材料、每一該S極永久磁鐵與每一該鐵金屬材料依序重復(fù)排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，通過該外層定子與該外層動(dòng)子的相對(duì)位移，可限制該外層定子與該外層動(dòng)子的切換角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，其特征在于，通過設(shè)計(jì)該內(nèi)層動(dòng)子、該外層定子與該外層動(dòng)子的容置溝槽，以增加該內(nèi)層動(dòng)子、該外層定子與該外層動(dòng)子間的氣隙磁通密度，而提高該致動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩能力。
全文摘要
一種具有斷電自鎖功能的磁控式機(jī)器臂關(guān)節(jié)制動(dòng)器，主要包含一內(nèi)層定子、一內(nèi)層動(dòng)子、一外層動(dòng)子、一外層定子以及一固定軸。該內(nèi)層動(dòng)子、該外層動(dòng)子以及該外層定子分別具有多個(gè)永久磁鐵。并且，該內(nèi)層定子、該內(nèi)層動(dòng)子、該外層動(dòng)子以及該外層定子是由該固定軸同時(shí)穿設(shè)而形成同軸配置。該內(nèi)層動(dòng)子相對(duì)于該內(nèi)層定子轉(zhuǎn)動(dòng)，以提供該制動(dòng)器的動(dòng)力輸出。借此，利用該外層動(dòng)子與該外層定子的該多個(gè)永久磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)效應(yīng)，而能在斷電時(shí)，自動(dòng)切換所述制動(dòng)器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量以鎖住該內(nèi)層動(dòng)子的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。
文檔編號(hào)B25J17/00GK102371589SQ20101025258
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者王伯恭, 蔡明祺, 蔡清雄, 許宏成, 許良伊, 鄭銘揚(yáng), 黃建欽 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司, 國立成功大學(xué)