专利名称：内外绕组冗余关节制动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于空间机械臂的内外绕组冗余关节制动器，属于电磁机构技术领域。
背景技术：
空间机械臂可以代替宇航员在太空工作，如空间站的搭建与维护，卫星的释放与回收等。当机械臂发生失电故障时，工作中的机械臂由于自身惯性和臂杆重力影响，不能立即停止运动，从而机械臂将会对宇航员或设备仪器造成伤害。因此在空间机械臂技术中，机械臂失电保护问题已成为关注的热点问题。由于制动器使用的环境特殊，现有的制动器不能满足空间环境的高可靠性要求。有如下几方面不足:首先，如果制动器绕组发生故障，将导致制动器由保持状态切换到工作状态。这种误动作将阻止机械臂正常工作，这是我们不允许发生的。其次，制动器铁心的磁性材料由于剩磁现象的存在，绕组断电后，制动器衔铁和铁心不能立即分离，造成制动延迟。
发明内容
本发明目的是为了解决现有用于空间机械臂的制动器存在误动作和制动延迟的问题，本发明提供一种内外绕组冗余关节制动器。本发明所述内外绕组冗余关节制动器，它包括制动器铁心、制动器衔铁、摩擦盘、内绕组、外绕组和多根压力弹簧，
制动器铁心、制动器衔铁和摩擦盘沿轴向依次排列，制动器衔铁与摩擦盘构成摩擦副结构；
制动器铁心的面向制动器衔铁的圆环端面开有环形凹槽，在所述环形凹槽内设置有内绕组和外绕组，内绕组设置在外绕组的内圆侧；
在制动器铁心的外圆侧壁上沿圆周方向均匀排布多根压力弹簧，压力弹簧沿轴向伸缩，制动器铁心的外圆侧壁有两个边沿，压力弹簧的一端固定在制动器铁心的一个边沿，压力弹簧的另一端从另一个边沿伸出后固定在制动器衔铁上。在电磁吸力下压力弹簧处于被压缩状态，当断电时，电磁吸力消失后，压力弹簧推动制动器衔铁远离制动器铁心，挤压制动器衔铁与摩擦盘摩擦制动。本发明的优点:为了克服现有的制动器的不足，提高可靠性，本发明设计的电磁制动器采用两套绕组。这种冗余的设计思路使得当一套绕组发生故障时，另一套绕组可以独立承担工作任务，而不影响系统整体性能。本发明所设计的电磁制动器中的绕组排布方式也有特殊之处。机械臂关节中沿轴向分布有关节电机、制动器、减速器和轴承，使得关节空间限制中，轴向方向限制尤为严重。本发明所设计的制动器绕组采用内外排布方式，避免了来自轴向方向上的限制。制动器的两套绕组采用合理的设计，保证的两套绕组切换后，制动性能没有明显差异。
在铁心与衔铁接触表面上涂有一层不导磁的绝缘材料。这层绝缘材料的使用，克服了制动器由于剩磁现象产生的衔铁不能立即分离的缺点。
图1是本发明所述内外绕组冗余关节制动器的本体结构示意 图2是本发明所述内外绕组冗余关节制动器的控制电路图。
具体实施例方式具体实施方式
一:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述内外绕组冗余关节制动器，它包括制动器铁心1-1、制动器衔铁1-2、摩擦盘1-3、内绕组1-4、外绕组1-5和多根压力弹簧1-6，
制动器铁心1-1、制动器衔铁1-2和摩擦盘1-3沿轴向依次排列，制动器衔铁1-2与摩擦盘1-3构成摩擦副结构；
制动器铁心1-1的面向制动器衔铁1-2的圆环端面开有环形凹槽，在所述环形凹槽内设置有内绕组1-4和外绕组1-5，内绕组1-4设置在外绕组1-5的内圆侧；
在制动器铁心1-1的外圆侧壁上沿圆周方向均匀排布多根压力弹簧1-6，压力弹簧1-6沿轴向伸缩，制动器铁心1-1的外圆侧壁有两个边沿，压力弹簧1-6的一端固定在制动器铁心1-1的一个边沿，压力弹簧1-6的另一端从另一个边沿伸出后固定在制动器衔铁1-2上。在电磁吸力下压力弹簧1-6处于被压缩状态，当断电时，电磁吸力消失后，压力弹簧1-6推动制动器衔铁1-2远离制动器铁心1-1，挤压制动器衔铁1-2与摩擦盘1-3摩擦制动。
结合图1和图2对本 实施方式所述制动器的原理进行说明，制动器有三个工作状态:快速吸合状态、保持状态和制动状态。由于制动器在吸合过程中需要一个较大的电磁吸力使衔铁快速动作，而在衔铁完全吸合后仅需一个较小的电磁吸力来保持，因此图2所示的外电路中，控制装置2-2对交流电源2-1进行PWM变换产生两个控制电压Ul和U2，U1>U2，快速吸合状态时，控制装置2-2输出U1，保持状态时，控制装置2-2输出U2。较小的电压U2使得制动器在保持过程中产生较小的温升，提高整个系统的可靠性。图2中的Rl为内绕组1-4的线圈的等效电阻值，R2为外绕组1-5的线圈的等效电阻值，内绕组1-4和外绕组1-5为冗余设计。当一套绕组发生故障时，另一套绕组可以独立承担工作任务。制动器的具体工作过程如下:在快速吸合状态中，外电路控制电压为U1，内绕组1-4和外绕组1-5通电产生磁动势，磁动势通过制动器铁心1-1底部、制动器铁心1-1内壁、制动器铁心1-1外壁和制动器衔铁1-2内部形成闭合磁路。产生的电磁吸力/根据静态电磁吸力公式获取:
权利要求
1.内外绕组冗余关节制动器，其特征在于，它包括制动器铁心(1-1)、制动器衔铁(1-2)、摩擦盘(1-3)、内绕组(1-4)、外绕组(1-5)和多根压力弹簧(1-6)， 制动器铁心(1-1)、制动器衔铁(1-2)和摩擦盘(1-3)沿轴向依次排列，制动器衔铁(1-2)与摩擦盘(1-3)构成摩擦副结构； 制动器铁心(1-1)的面向制动器衔铁(1-2)的圆环端面开有环形凹槽，在所述环形凹槽内设置有内绕组(1-4)和外绕组(1-5)，内绕组(1-4)设置在外绕组(1-5)的内圆侧；在制动器铁心(1-1)的外圆侧壁上沿圆周方向均匀排布多根压力弹簧(1-6)，压力弹簧(1-6)沿轴向伸缩，制动器铁心(1-1)的外圆侧壁有两个边沿，压力弹簧(1-6)的一端固定在制动器铁心(1-1)的一个边沿，压力弹簧(1-6)的另一端从另一个边沿伸出后固定在制动器衔铁(1-2)上。
2.根据权利要求1所述内外绕组冗余关节制动器，其特征在于，制动器铁心(1-1)和制动器衔铁(1-2)均采用为导磁材料，在制动器铁心(1-1)和制动器衔铁(1-2)相接触的表面涂绝缘材料。
3.根据权利要求2所述内外绕组冗余关节制动器，其特征在于，制动器铁心(1-1)和制动器衔铁(1-2)采用2Crl3材料。
4.根据权利要求1所述内外绕组冗余关节制动器，其特征在于，摩擦盘(1-3)采用钛合金TC4材料。
5.根据权利要求1所述内外绕组冗余关节制动器，其特征在于，内绕组(1-4)和外绕组.4 Λ 、 、，、(1-5) M足条件，
全文摘要
内外绕组冗余关节制动器，属于电磁机构技术领域，本发明为解决现有用于空间机械臂的制动器存在误动作和制动延迟的问题。本发明包括制动器铁心、制动器衔铁、摩擦盘、内绕组、外绕组和多根压力弹簧，制动器铁心、制动器衔铁和摩擦盘沿轴向依次排列，制动器衔铁与摩擦盘构成摩擦副结构；制动器铁心的面向制动器衔铁的圆环端面开有环形凹槽，在所述环形凹槽内设置有内绕组和外绕组，内绕组设置在外绕组的内圆侧；在制动器铁心的外圆侧壁上沿圆周方向均匀排布多根压力弹簧，压力弹簧沿轴向伸缩，制动器铁心的外圆侧壁有两个边沿，压力弹簧的一端固定在制动器铁心的一个边沿，压力弹簧的另一端从另一个边沿伸出后固定在制动器衔铁上。
文档编号F16D65/22GK103148123SQ201310093119
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者尚静, 王永博, 王昊, 李婷婷, 丛宁, 江善林, 邹继斌, 胡建辉 申请人:哈尔滨工业大学