电机布置制造技术

一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、和耦接至所述绕组的多个输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在驱动模式下，其经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在制动模式下，其至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而感应所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机布置
技术介绍
本专利技术涉及具有驱动操作模式和制动操作模式的电机布置。在电机驱动设备中，往往需要通过阻止电机倚靠外部驱动力的移动或者通过阻止电机的驱动扭矩来制动电机。作为示例，考虑应用用于驱动诸如机器人臂的机器人关节的电机布置。可能希望将关节保持在适当位置，以防止由另一物体推进或者由于重力作用在臂的远端关节上而造成臂的任何意外移动。例如，在外科手术机器人领域中，可能希望将保持手术工具的机器人臂保持在适当位置，以防止工具的任何意外移动。可能希望制动电机的另一种情况在诸如电源失效的故障状态的情况下可以作为安全机制的一部分。在机器人臂的情况下，可能希望电机布置落入制动状态，以便在发生故障时，如果该臂靠近患者，或者甚至保持处于患者体内的工具，则可以抑制伤害。阻止电机移动的一种方法是在传动系中包括机械制动器。然而，向电机的传动系添加机械制动器具有诸如向传动系增加质量并增加功耗的潜在缺点。在某些应用中，还可能要求额外电路来控制制动器的操作。因此，需要一种用于制动电机的改进布置。根据本公开的一个方面，提供了一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上的以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组，每个绕组的一个端部都耦接至相应电机输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，控制电路将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至电源，以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于所述定子的制动。所述控制电路可以被布置成将所述电机的三个绕组连续地耦接至所述公共轨道。所述电源可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，使电流连续地施加在所述电机输入端中的一个与所述电机输入端中的另一个之间，从而引起转子相对于定子的制动。所述控制电路可以包括：驱动电路，该驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；以及制动电路，该制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，并且制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。所述驱动电路可以包括：驱动电路电源，该驱动电路电源包括：一对端子；一系列压控开关元件，其中，每个压控开关元件都被布置用于将相应电机输入端选择性地耦接至所述端子中的相应端子；以及变换电路，该变换电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，通过激活所述开关元件来动态地使所述绕组通电，以将每个电机输入端耦接至所述端子中的选定端子。所述制动电路可以被配置成当所述控制电路处于所述制动模式时，激活所述驱动电路的所述开关元件的子集，以将所述第一绕组和所述第二绕组中的每个连续地耦接至所述端子中的选定端子，从而引起转子相对于定子的制动。所述制动电路可以被布置成当所述控制电路处于所述制动操作模式时，将第三绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述端子中的选定端子。所述制动电路可以包括控制逻辑，该控制逻辑被配置成向所述开关元件的子集输出控制信号，以激活那些开关元件，从而使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。所述控制逻辑可以被配置成向开关元件的默认子集输出控制信号，从而使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。所述控制逻辑可以被配置成响应于压控开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与所述开关元件的默认子集不同的开关元件的子集，以将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。所述驱动电路电源可以是电压供应部，该电压供应部包括通过供电电压分离的上供电轨道和下供电轨道。所述驱动电路的所述一系列压控开关元件可以包括：一系列高侧开关元件，将每个绕组耦接至所述供电轨道中的上电压轨道；以及一系列低侧开关元件，将每个绕组耦接至所述供电轨道中的下电压轨道，所述制动电路包括其自己的电压供应部，以用于在所述控制电路处于制动模式时激活所述高侧开关元件中的一个时使用，从而将所述绕组中的第一绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述上电压轨道。所述制动电路的所述电压供应部可以与所述驱动电路的所述供电轨道串联连接。所述电源可以包括电流源。所述控制电路可以包括制动电路，该制动电路包括与所述驱动电路的所述一系列开关元件分离的一系列压控开关元件，其中，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于所述制动模式时，至少激活所述制动电路的所述开关元件的子集，以将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。所述制动电路可以包括制动电路电源，该制动电路电源包括一对端子，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于制动模式时，激活所述制动电路的所述开关元件，以将所述第一绕组和所述第二绕组中的每个连续地耦接至所述制动电路电源的所述端子中的选定端子，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。所述制动电路还可以被布置成当所述控制电路处于所述制动操作模式时，激活所述制动电路的所述开关元件，以将第三绕组连续地耦接至所述制动电路电源的所述端子中的选定端子。所述制动电路还可以包括控制逻辑，该控制逻辑被配置成向所述制动电路开关元件输出控制信号，以激活那些开关元件。所述控制逻辑可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号，以激活全部所述制动电路开关元件，从而将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。所述控制逻辑可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号以激活所述制动电路开关元件的默认子集，从而将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。所述控制逻辑可以被配置成响应于制动电路开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与开关元件的默认子集不同的开关元件的子集，以将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。所述制动电路电源包括一对供电轨道，该对供电轨道与所述驱动电路的所述供电轨道分离并且通过制动供电电压分离。所述制动电路的所述供电轨道可以与所述驱动电路的所述供电轨道并联布置。所述制动电路电源可以包括电流源。根据本公开的第二方面，提供了一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组，每个绕组的一个端部都耦接至相应电机输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，控制电路将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地直接连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。所述控制电路可以包括：驱动电路，该驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；和制动电路，该制动电路被配置成当所述控制电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机布置，所述电机布置包括：电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、以及耦接至所述绕组的多个输入端；以及控制电路，所述控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.17 GB 1504506.51.一种电机布置，所述电机布置包括：电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、以及耦接至所述绕组的多个输入端；以及控制电路，所述控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。2.根据权利要求1所述的电机布置，其中，所述控制电路包括：驱动电路，所述驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电以使所述转子相对于所述定子旋转；以及制动电路，所述制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述第一绕组和所述第二绕组连续地连接至所述公共轨道，并且所述制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。3.根据权利要求2所述的电机布置，其中，所述制动电路包括多个压控开关元件，所述多个压控开关元件被布置成在所述制动电路被激活时将相应绕组连接至所述公共轨道。4.根据权利要求3所述的电机布置，其中，所述制动电路还包括电压供应部，所述电压供应部在所述控制电路处于制动模式时激活所述开关元件，以将相应绕组连续地连接至所述公共轨道。5.根据权利要求4所述的电机布置，其中，所述电压供应部是电容器。6.根据权利要求5所述的电机布置，其中，所述电容器耦接至所述驱动电路和所述制动电路的所述压控开关元件，使得当所述控制电路处于驱动模式时，所述驱动电路给所述电容器充电，并且当所述控制电路处于制动模式时，所述电容器放电以激活所述制动电路的所述开关元件。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的电机布置，其中，所述驱动电路包括：驱动电路电源，所述驱动电路电源包括一对端子；一系列压控开关元件，所述一系列压控开关元件被布置成将每个电机输入端选择性地耦接至所述端子中的一个；以及变换电路，所述变换电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，通过激活所述开关元件来动态地使所述绕组通电，以将每个电机输入端耦接至所述端子中的选定端子。8.根据从属于权利要求4时的权利要求7所述的电机布置，其中，所述制动电路的所述压控开关元件与所述驱动电路的所述压控开关元件分离。9.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述压控开关元件是MOSFET。10.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述故障状态是所述控制电路的供电电压降低至预定值以下。11.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述电机布置包括触发电路，所述触发电路被配置成响应于指示所述故障状态的触发，使所述控制电路进入所述制动模式。12.根据权利要求2至10中的任一项所述的电机布置，其中，所述电机布置包括触发电路，所述触发电路被配置成响应于指示所述故障状态的触发，激活所述制动电路以使所述控制电路进入所述制动模式。13.根据权利要求11或12所述的电机布置，其中，所述触发电路能够操作以接收指示缺少故障状态检测的心跳信号，并且被配置成将缺乏所述心跳信号解释为所述触发。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的电机布置，其中，所述触发电路能够操作以接收指示缺少相应故障状态的多个心跳信号，并且将缺乏至少一个所述心跳信号解释为所述触发。15.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述故障状态是所述电机外生的。16.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述故障状态是所述电机组件中的一个中的故障。17.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述触发是缺乏指示缺少故障状态的信号。18.根据权利要求12所述的电机布置，其中，所述触发电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管耦接至所述驱动电路电源的所述端子中的一个，所述齐纳二极管具有关联击穿电压，其中，所述触发电路被配置成当所述供电电压下降至预定电压以下时，使所述控制电路进入所述制动操作模式，以使跨所述齐纳二极管的电压小于其击穿电压。19.根据任一项前述权利要求所述的电机布置，其中，所述控制电路包括驱动电路，所述驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述多个绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述驱动电路包括三相MOSFET桥。20.一种机器人系统，所述机器人系统包括：机器人臂，所述机器人臂包括通过铰接关节互连的一系列连杆；以及电机布置，所述电机布置用于驱动至少一个所述铰接关节，所述电机布置包括：电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、和耦接至所述绕组的多个输入端；以及控制电路，所述控制电路被配置成当驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。21.一种电机布置，所述电机布置包括：电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组，每个绕组的一个端部都耦接至相应电机输入端；以及控制电路，所述控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路将所述绕组中的第一绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·罗伯茨，
申请(专利权)人：剑桥医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB