雲臺電機及雲臺的製作方法

2023-11-06 23:00:13

本實用新型涉及電機技術領域，特別涉及一種雲臺電機及雲臺。

背景技術：

目前，傳統雲臺電機控制是用高級電機控制算法—磁場定向控制(Field Oriented Control，foc)對電機進行控制。編碼器通過適配的外部磁環獲取電機當前的角度，電流採樣電路獲取電機兩相電流，單片機獲取這三個數據後進行foc算法運算，輸出六路PWM信號至採用分立元件組成的三相逆變器，以驅動三相逆變器產生三相交流電對電機進行控制。這種電機不僅需要研發人員對foc算法進行大量調試，而且外部磁環直徑至少為4mm，且磁環與編碼器間有間隙要求，導致生產出的雲臺電機結構體積較大，不利於應用在飛行器等較小體積的設備上。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的是提出一種雲臺電機及雲臺，旨在減小雲臺電機的體積，進而減小雲臺的體積，方便雲臺電機及雲臺的安裝。

為實現上述目的，本實用新型提出一種雲臺電機，所述雲臺電機包括：

定子總成；

電路板，所述電路板安裝於所述定子總成上；所述電路板上設有集成有編碼器和硬體foc算法的控制晶片；

外轉子總成，所述外轉子總成環設於所述定子總成的外周，且與所述定子總成轉動連接；所述外轉子總成包括轉子，所述轉子的一端正對著所述電路板的一面，並與電路板的該面所設置的所述控制晶片間隙設置。

優選地，所述電路板還包括三相逆變集成晶片，所述電路板具有背對所述控制晶片的背面，所述三相逆變集成晶片設置於所述電路板的背面。

優選地，所述轉子為永磁磁環，所述永磁磁環以正弦波充磁方式進行充磁。

優選地，所述定子總成包括定子及定子基座，所述定子基座的內底壁凸設有安裝柱，所述定子套設於所述安裝柱上；所述電路板夾設於所述定子及定子基座之間。

優選地，所述電路板還設有第一安裝孔，所述電路板的第一安裝孔套設於所述安裝柱上。

優選地，所述定子還包括多個定子抽頭，所述第一安裝孔的外邊沿對應多個所述定子抽頭凸設有多個過線槽，多個所述定子抽頭對應穿過多個所述過線槽固定於所述電路板的背面。

優選地，所述外轉子總成還包括轉子端蓋及轉子軸，所述轉子端蓋套設於所述轉子的外周壁；所述轉子端蓋的內底壁凸設有第二安裝孔，所述轉子軸的一端固定在所述第二安裝孔內，所述外轉子經所述轉子端蓋與所述轉子軸固定連接。

優選地，所述雲臺電機還包括滾動軸承，所述滾動軸承套設於所述轉子軸上，且所述滾動軸承的外周壁與所述安裝柱的內周壁緊配合。

優選地，所述雲臺電機還包括用於防止所述轉子軸與所述定子基座發生軸向相對運動的緊固件，所述轉子軸背離所述轉子端蓋的一端凸設有軸孔，所述緊固件的一端套設於所述轉子軸的軸孔內。

優選地，所述電路板的背面還設置有檢流電阻、旁路電容及用於接入電源的插接件，所述檢流電阻與所述控制晶片及所述定子總成電氣連接，所述旁路電容與所述插接件電氣連接。

本實用新型還提出一種雲臺，該雲臺包括主控制器、慣性測量單元及如上所述的雲臺電機，所述雲臺電機的數量為三個，且分別為方位電機、橫滾電機及俯仰電機，所述方位電機、橫滾電機及俯仰電機與所述慣性測量單元均通過總線與所述主控制器通信；該雲臺電機包括定子總成；電路板，所述電路板安裝於所述定子總成上；所述電路板上設有集成有編碼器和硬體foc算法的控制晶片；外轉子總成，所述外轉子總成環設於所述定子總成的外周，且與所述定子總成轉動連接；所述外轉子總成包括轉子，所述轉子的一端正對著所述電路板的一面，並與電路板的該面所設置的所述控制晶片間隙設置。

本實用新型通過設置集成有編碼器和硬體foc算法的控制晶片，該控制晶片的體積要遠小於採用分立的單片機及編碼器所佔電路板的體積，故可以減小電路板的體積，進而減小雲臺電機的體積。同時通過外轉子中的轉子也即磁環的一端凸伸至電路板的正面，與控制晶片呈1.5至3mm的間隙設置，在保證控制晶片中編碼器與磁體的間隙要求的同時，利用電機自身的磁環作為編碼器的外部磁環使用，從而解決了由於與控制晶片適配的外部磁環積較大，且磁環與控制晶片間有間隙要求，導致生產出的雲臺電機結構體積較大的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型雲臺電機一實施例的結構示意圖；

圖2為本實用新型雲臺電機另一實施例的結構示意圖；

圖3為圖1所示的雲臺電機中電路板的結構示意圖；

圖4為本實用新型雲臺電機一實施例的功能模塊示意圖；

圖5為本實用新型雲臺的一實施例的功能模塊示意圖。

附圖標號說明：

本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

需要說明，若本實用新型實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、後……)，則該方向性指示僅用於解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關係、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，若本實用新型實施例中有涉及「第一」、「第二」等的描述，則該「第一」、「第二」等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護範圍之內。

本實用新型提出一種雲臺電機。

參照圖1至圖4，在本實用新型一實施例中，該述雲臺電機包括：定子總成10、電路板20及外轉子總成30。

本實施例中，定子總成10用於產生勵磁磁場，以使外轉子總成30中的轉子31在勵磁磁場的作用下轉動，從而將電能轉換成機械能。定子總成10還用於支撐電路板20等其他組件。

本實施例中，該電路板20安裝於所述定子總成10上；所述電路板20上設有集成有編碼器和硬體foc算法的控制晶片21，例如MP6570控制晶片；由於控制晶片21的體積遠小於採用分立的單片機及編碼器所佔電路板20的體積，故可以減小電路板20的體積，進而減小雲臺電機的體積。此外，控制晶片21內部集成了編碼器和硬體foc算法，採用控制晶片21代替現有技術中面積較大的單片機及編碼器，這樣單片機無需在獲取電機參數後，再進行繁雜的foc算法運算，從而減少了要研發人員對foc算法的調試工作。當然在其他實施例中，控制晶片還可以集成其他的控制功能，以實現電機驅動控制的高度集成化，在此不做限制。

為了更好的說明本實施例，參照圖3，本實施例中，以電路板20設有正面20A和背面20B為例進行說明，所述外轉子總成30環設於所述定子總成10的外周，且與所述定子總成10轉動連接；所述外轉子總成30包括轉子31，所述轉子31的一端正對著所述電路板20的一面，即電路板20的正面20A，並與電路板20的該面所設置的所述控制晶片21間隙設置。

需要說明的是，一般地電機中，編碼器都有與之適配的外部磁環來獲取電機當前的角度。裝配時，外部磁環的端面與編碼器軸向對齊安裝，且需要外部磁環的圓心與電機的轉子軸33軸心以及磁編碼器的中心三點同心，導致裝配困難，且很難保證編碼器與外部磁環的間隙要求。或者採用外部磁環與編碼器水平安裝，這種方式仍需保證外部磁環與電機的轉子軸33同心，較難裝配。

為了解決上述問題，本實施例中，轉子31優選採用永磁磁環，且以正弦波充磁方式進行充磁，從而產生呈正弦分布的氣隙磁場。轉子31也即永磁磁環的一端正對電路板20的正面20A設置，與控制晶片21呈1.5至3mm(毫米)的間隙設置，在保證編碼器與磁體的間隙要求的同時，利用電機自身的轉子31磁環作為編碼器的外部磁環使用，從而解決了由於與控制晶片21適配的外部磁環體積較大，且磁環與編碼器間有間隙要求，導致生產出的雲臺電機結構體積較大，不利於應用在飛行器等較小體積的設備上的問題。此外，還解決了外部磁鐵需要與轉子軸33同心，不利於安裝的問題。當然在其他實施例中，轉子31還可以採用其他形狀的磁體來實現，在此不做限制。

本實用新型通過設置編碼器和硬體foc算法的控制晶片21，該控制晶片21的體積要遠小於採用分立的單片機及編碼器所佔電路板20的體積，故可以減小電路板20的體積，進而減小雲臺電機的體積。同時通過所述轉子31的一端正對著所述電路板20的一面，即電路板20的正面20A，並與電路板20的該面所設置的控制晶片21呈1.5至3mm的間隙設置，在保證控制晶片21中編碼器與磁體的間隙要求的同時，利用電機自身的轉子31磁環作為編碼器的外部磁體使用，從而解決了由於體積較大，且磁環與編碼器間有間隙要求，導致生產出的雲臺電機結構體積較大的問題。

可以理解的是，本實用新型將外轉子總成30、定子總成10及電路板20集成於電機內部，從而實現雲臺電機一體設置，且體積較小，裝配簡單，可應用於飛行器雲臺等體積較小的設備上。

參照圖1至圖4，在一優選實施例中，所述電路板20還包括三相逆變集成晶片22，所述電路板20具有背對所述控制晶片21的背面20B，所述三相逆變集成晶片22設置於所述電路板20的背面20B。

本實施例中，三相逆變集成晶片22用於在接收到控制晶片21輸出的控制信號時工作，並產生三相交流電以驅動電機中的定子11工作。本實施例中，採用三相逆變集成晶片，進一步減小了雲臺電機的體積。當然在其他實施例中，還可以採用由分立元器件組成的三相逆變集成電路來實現，在此不做限制。

參照圖1至圖4，在一優選實施例中，所述定子總成10包括定子11及定子基座12，所述定子基座12的內底壁凸設有安裝柱121，所述定子11套設於所述安裝柱121上；所述電路板20夾設於所述定子11及定子基座12之間。

本實施例中，定子基座12的內底壁凸設有一安裝柱121，且該安裝柱121還設有固定定子11的凸臺，在安裝時，先將電路板20固定安裝在定子基座12上，再將定子11套設於安裝柱121的凸臺上。如此設置，可以保證定子11與定子基座12連接穩固，並且可以進一步避免定子11與定子基座12之間沿軸向發生相對運動的問題發生。

進一步地，所述電路板20還設有第一安裝孔23，所述電路板20的第一安裝孔23套設於所述安裝柱121上。

本實施例中，電路板20的第一安裝孔23套設在定子基座12的安裝柱121上，且電路板20夾設在定子11與定子基座12之間，如此設置，可以實現電機的一體設置，從而避免了電路板20與電機本體分體安裝，所佔體積較大的問題。

參照圖1至圖4，在一優選實施例中，所述定子11還包括多個定子抽頭(圖未示出)，所述第一安裝孔23的外邊沿對應多個所述定子抽頭凸設有多個過線槽24，多個所述定子抽頭對應穿過多個所述過線槽24固定於所述電路板20的背面20B。

本實施例中，定子抽頭對應定子11的三相繞組的數量為三對，電路板20的背面20B對應三對定子抽頭的位置設置有焊盤25，定子抽頭穿過過線槽24焊接在電路板20的背面20B，從而實現與三相逆變電路22之間的電氣連接。當電路板20的背面20B對應三對定子抽頭的位置還可設置彈性導電件，並與定子抽頭彈性抵接。

參照圖1至圖4，在一優選實施例中，所述外轉子總成30還包括轉子端蓋32及轉子軸33，所述轉子端蓋32套設於所述轉子31的外周壁；所述轉子端蓋32的內底壁凸設有第二安裝孔(圖未標示)，所述轉子軸33的一端固定在所述第二安裝孔內，所述外轉子31經所述轉子端蓋32與所述轉子軸33固定連接。

本實施例中，轉子端蓋32與轉子31可以通過膠水固定連接，轉子端蓋32與轉子31還可以過盈配合，轉子軸33的一端固定在轉子端蓋32的第二安裝孔內，從而經轉子端蓋32與轉子軸33固定連接。如此設置，實現了當轉子31在勵磁磁場的作用下轉動時，帶動轉子軸33高速旋轉，從而將電能轉換成機械能。

參照圖1至圖4，進一步地，所述雲臺電機還包括滾動軸承40，所述滾動軸承40套設於所述轉子軸33上，且所述滾動軸承40的外周壁與所述安裝柱121的內周壁緊配合。

本實施例中，滾動軸承40的數量為兩個，兩個軸承分設於轉子端蓋32的內底壁及定子基座12的內底壁，兩個滾動軸承40用於減小轉子軸33與定子基座12的摩擦，降低轉子軸33的損耗，延長轉子軸33的實用壽命。

進一步地，所述雲臺電機還包括用於防止所述轉子軸33與所述定子基座12發生軸向相對運動的緊固件50，所述轉子軸33背離所述轉子端蓋32的一端凸設有軸孔，所述緊固件50的一端套設於所述轉子軸33的軸孔內。

本實施例中，緊固件50優選採用螺釘為了避免轉子軸33與所述轉子端蓋32發生軸向相對運動的緊固件50，在緊固件50的一端套所述轉子軸33的軸孔內後，再將膠水注入軸孔內，以使緊固件50與轉子軸33的緊密配合。緊固件50的另一端的橫截面大於轉子軸33的橫截面，從而限制轉子軸33與定子基座12發生軸向相對運動。

參照圖1至圖4，進一步地，所述電路板20的背面20B還設置有檢流電阻(圖未示出)、旁路電容(圖未示出)及用於接入電源的插接件26，所述檢流電阻與所述MP6570控制晶片21及所述定子總成10電氣連接，所述旁路電容與所述插接件26電氣連接。

本實施例中，檢流電阻的數量為三個，且用於對定子繞組的三相電流進行採樣，並將電流採樣信號輸出至控制晶片21。插接件26用於接入電源，還用於通過總線實現電機與雲臺之間的通信。旁路電容用於在插接件26接入電源時，濾除電源中的雜波。

本實用新型還提出一種雲臺。

參照圖5，該雲臺包括主控制器100、慣性測量單元200及如上所述的雲臺電機300，所述雲臺電機的數量為三個，且分別為方位電機、橫滾電機及俯仰電機，所述方位電機310、橫滾電機320及俯仰電機330與所述慣性測量單元200均通過總線與所述主控制器通信。該雲臺的具體結構參照上述實施例，由於本雲臺採用了上述雲臺電機300所有實施例的全部技術方案，因此至少具有上述雲臺電機300所有實施例的技術方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。

本實施例中，方位電機、橫滾電機及俯仰電機與所述慣性測量單元200均通過總線與所述主控制器100通信，主控制器100將獲取的IMU數據進行姿態解算，並將控制信號輸出至對應的雲臺電機300。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是在本實用新型的發明構思下，利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護範圍內。