用于加热冷环境中的机器人的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于加热冷环境中的机器人的方法，所述机器人具有永磁体无刷或三相同步电动机（1），该电动机（1）具有包括三个定子线圈（L1、L2、L3）的三个电动机相和具有永磁体励磁的转子（2），所述三个定子线圈与能够由控制单元（4）控制的逆变器（3）连接。如果电动机静止不动，则将电流施加到所述电动机（1）的各定子线圈（L1、L2、L3）的至少一个相中以生成定向的磁通（Φ），所述定向的磁通（Φ）与转子的永磁体以使所产生的扭矩接近于零的方式相互作用。本发明专利技术还提出了一种用于加热冷环境中的机器人的系统，其中逆变器（3）和处于静止状态的所述电动机（1）用于加热重要的传动系部件，其中通过至少一个监控单元（5）监视所述电动机的温度以避免过热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及加热冷环境中的机器人，尤其是工业机器人的方法和系统，本专利技术的机器人具有永磁体无刷或三相同步电动机，该永磁体无刷或三相同步电动机具有包括三个定子线圈的三相绕组和具有永磁体励磁的转子，其中三个定子线圈与能够由控制单元控制的逆变器(inverter)连接。
技术介绍
当今，机器人仅可以在大约+5°C至50°C的温度范围内操作。在例如冷藏库等冷的环境中或者在室外环境中，温度可以低至例如-20°C至-30°C，这使工业机器人的使用受到限制。当今的标准工业机器人的温度范围主要受到关节轴承密封件以及齿轮的润滑油的限制。为了在低于+5°C的条件下使机器人运转，需要在操作之前加热齿轮及其周围的部 件。一旦机器人处于正常操作中，传动系所散发出的能量足以使机器人的关键区域被保持加热。然而，在静止不动之后，经常需要通过下述方式来加热传动系或者通过进行预热运动，或者通过进行额外的外部局部加热；但是，进行热身运动会使冷的部件磨损很利害，而进行额外的外部局部加热会增加设备的成本。当使用一些专用低温密封件等时，机器人的一些部件可在常规的规格之外运行。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种加热冷环境中的机器人的方法和系统。利用一种加热冷环境中的机器人的方法解决了该问题，本专利技术的机器人具有永磁体无刷或三相同步电动机，所述电动机具有包括三个定子线圈的三个电动机相和具有永磁体励磁的转子，其中三个定子线圈与能够由控制单元控制的逆变器连接，如果所述电动机静止不动则将电流施加到所述电动机的至少一个相中以生成定向的磁通，所述定向的磁通与所述转子的永磁体以使所产生的扭矩接近于零的方式相互作用。进一步地，利用一种用于加热冷环境中的机器人的系统解决了该问题，本专利技术的机器人具有永磁体无刷或三相同步电动机，所述电动机具有包括三个定子线圈的三个电动机相和具有永磁体励磁的转子，其中三个定子线圈与能够由控制单元控制的逆变器连接，其中利用逆变器和处于静止状态的永磁体无刷或三相同步电动机用于加热重要的传动系部件，并且其中通过至少一个监控单元(5)监视所述电动机的温度以避免过热。优点是流过定子绕组的电流利用电阻损耗来加热定子，这将对电动机进行有利的预热。以这种方式，本专利技术能够非常快速地加热传动系。这一方面节约了时间，另一方面保护了机器人的机械结构免遭损坏。几乎不需要额外的设备，并且其过程非常容易实施。在从属权利要求中涉及了本专利技术的进一步优选的实施例。附图说明下面将通过示例性实施例并参考附图进一步描述本专利技术，在附图中图I示出具有在定子坐标系中的转子坐标系和转子位置的永磁体无刷或同步电动机，图2示出具有逆变器和电动机的机器人驱动系统，图3示出直流电流流过一个定子线圈的第一应用实例，图4示出直流电流流过两个定子线圈的第二应用实例，以及图5示出与转子轴线d对准的定向的磁通并且定向的直流电流流过两个定子线圈的第三应用实例。具体实施例方式图I示出具有在定子坐标系中的转子坐标系和转子位置的永磁体无刷或同步电、动机I，该永磁体无刷或同步电动机I包括 三个电动机相,其包括定子线圈LpLyL3, 直角定子坐标系，其分别具有轴线a和轴线b， 具有永磁体的转子2,该永磁体具有北极N和南极S , 直角转子坐标系，其分别具有轴线d和轴线q， 相对于定子坐标系a，b的转子位置a，这表示a与定子轴线a和转子轴线d之间的角度相对应。图2示出具有逆变器和电动机的机器人驱动系统，该机器人驱动系统包括 旋转场逆变器3，其具有六个半导体器件3A、3B、3C、3D、3E、3F，该六个半导体器件3A、3B、3C、3D、3E、3F设置成与输入直流电压U0三相桥接并且分别输出电动机相电流I1'工2、工3， 控制单元4，其控制逆变器3的半导体器件3A、3B、3C、3D、3E、3F，接收来自电动机相电流传感器10、11的信号， 永磁体无刷或同步电动机1，其具有定子线圈Li、L2、L3, 具有(一个或多个)永磁体的转子2， 转子位置传感器7， 用于转子2的制动器6, 磁通①，其由定子线圈Lp L2、L3产生， 电动机温度传感器8， 环境温度传感器9， 电流传感器10、11， 监控单元5，其控制制动器6和控制单元4，并且接收来自转子位置传感器7、电动机温度传感器8和环境温度传感器9的信号。本专利技术提出使用机器人驱动系统作为电源，以便在机器人开始操作之前在不设置预热运动循环的情况下通过下述方式加热永磁体无刷或同步电动机I :沿转子的d-方向施加定子电流(参见图I中的d-坐标)，该设置不会产生任何运动，而是由于电阻损耗而产生热量。由于电动机I与齿轮直接连接，这样产生的热量将通过热传导直接传递到齿轮及其润滑油和密封件中。以这种方式，不需要设置额外的加热设备，并且可以避免机器人的冷传动系的运转。现有的具有逆变器3的机器人驱动系统能够通过以大约几kHz的频率开关相电压对电动机I激发直流电流(参见图2)。由于各定子线圈U、L2, L3产生定子电感，所以电流被滤波。该特征通常有助于产生准正弦三相电流，该准正弦三相电流生成用于驱动电动机I的旋转场，但是，如果电动机I静止不动，该特征也用于生成静态的“准直流”电流。为了控制由逆变器的脉冲直流电压引起的电流，常规的方法是在电动机的两相中使用电流传感器10、11，并且使用电流调节器控制逆变器的开关模式以实现期望的平均电流。由于三相电流累加为零，因此不需要第三电动机相电流传感器。图3示出直流电流流过一个定子线圈的第一应用实例。在本专利技术的该实施例中，将脉冲直流电流Itl施加到电动机的一个相中(在逆变器3和控制单元4的帮助下)——在所示的情况下，直流电流Itl流过定子线圈L1。通过例如脉冲宽度调制的开关模式(在半导体器件3A、3B、3C、3D、3E、3F的帮助下)来控制电流的大小。直流电流Itl生成定向的磁通O，该磁通O与转子2的永磁体相互作用。 基于施加电流时的初始转子位置a (参见图1)，则产生使电动机作用与制动器6相反的扭矩，这是不希望的操作方法。在没有制动器6的情形下，电动机将“蹿”到换向位置(commutation position),即，取向为定子磁通的方向。当将转子对准时,移动停止并且速度降为零。为了避免不希望的扭矩，可以实施下述过程第一步骤接通逆变器3，释放制动器6。第二步骤电动机I的转子2单独地移动若干度以进入换向位置。第三步骤再次应用制动器6。第四步骤如果在此时施加直流电流Itl，则所产生的扭矩将接近于零，这是优选的操作模式。归因于齿轮箱变速器，机器人臂在该过程中的实际移动量非常小。然而，为了避免碰撞，机器人应处于容许少量移动的安全位置。该方法的缺点是因为制动器的打开可能使机器人臂下落而导致安全隐患，所以该方法不能应用在承受重力载荷的轴上。图4示出直流电流流过两个定子线圈的第二应用实例，这表示将直流电流施加到电动机的两个相中，并且直流电流Itl被分配为流过定子线圈L1的第一直流电流L/2和流过定子线圈L3的第二直流电流\11。该方法具有与前述方法类似的优点和缺点，但是由于所有线圈均被加热，所以该方法使定子内具有更好的热量分配。图5示出与转子轴线d对准的定向的磁通并且定向的直流电流流过两个定子线圈的第三应用实例。在本专利技术的该实施例中，通过获知固定的转子位置，其通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：桑克·科克，延斯·霍夫舒尔特，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：