CN110224541A - 采用电感编码器的移动平台轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用电感编码器的移动平台轮毂电机，包括芯轴、通过轮毂轴承安装其上的轮毂外壳及设于壳内的电机本体和行星减速机构，其特征在于电机本体采用外转子内定子架构，其转子包括经转子轴承安装在芯轴上的转子中心套、一体设于中心套外围的飞轮和固定在飞轮内侧的转子磁钢，而定子包括定子支架和固定其上并与转子磁钢相对的定子线圈；转子中心套一端与行星减速机构相连，另一端与定子支架相对；还包括电感编码器，其包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，前者固定或一体成型在转子中心套与定子支架相对的一端的端面上，而后者固定在定子支架上。本发明结构简单紧凑，易于生产装配，且转向精度和可控性更强，运行更可靠。

Description

采用电感编码器的移动平台轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种采用电感编码器的移动平台轮毂电机。

背景技术

目前自动化程度较高的企业生产车间通常都配备有移动平台来输送生产材料、产品或者运载服务型机器人执行生产操作。这种移动平台的核心驱动部件是安装在平台支架底部轮轴两侧的两个轮毂电机，由轮毂电机驱动外围的轮胎运行移动。平台支架内部通常还设置有平衡机构确保平台运行平稳。

由于移动平台上搭载的服务型机器人往往要应对不同生产工位的高精度传递作业，加上运行的车间环境往往路径较为复杂，因此目前对于移动平台的运行转向精度要求越来越高。传统的移动平台通常采用两侧轮毂电机的差速控制来实施转向，但目前这种转向控制方式的精度不高，无法应对更高的转向要求。而众所周知，提高电机转向控制精度比较好的方法就是安装编码器。因此目前一些移动平台制造企业也开始将编码器引入其轮毂电机的生产制造中。

目前市面上的移动平台轮毂电机采用的编码器主要是磁电编码器，这种磁电编码器由磁鼓和霍尔元件组成，通常对于传统的电机而言，磁电编码器的磁鼓主要固定在旋转的芯轴上，而霍尔元件则固定在电机的外壳（固定定子的部分）上，即整个磁电编码器是装配在电机外部的。但轮毂电机的特点是芯轴不转动，电机外壳转动，因此磁电编码器不能像传统方式那样直接装配在电机外部，但也无法轻易的安装到电机内部，需要对轮毂电机结构进行相应的改变，而目前改变的核心通常是对轮毂电机的芯轴采用“断轴”设计。

具体来讲即将原先支撑轮毂电机内部定子及其支架的芯轴被分成两个部分来制造，一部分为原先的芯轴主干，其伸入轮毂内部与定子的支架固定，另一部分则作为转子轴与转子相连，可随转子旋转。这两个部分之间形成可供容纳磁电编码器的间隙，这样就能将磁鼓固定在转子轴端部，并与安装在芯轴主干端部的霍尔元件相对设置。但这样的编码器安装结构却存在如下缺点：

1）导致轮毂电机的结构复杂，制造困难，尤其是需要将原先一体铸造成型的芯轴分段设计，使得工序繁琐且生产成本大大提高。

）磁电编码器的安装依赖于内转子外定子的内部电机架构，但众所周知内转子外定子的电机输出力矩小，散热差，因此电机内的行星减速机构等组成部件的强度也都很小，不适应日益提高的移动平台的高强度承载需求。

发明内容

本发明目的是：提供一种结构更加简单紧凑，易于生产装配，同时转向精度和可控性更强，运行更可靠的采用电感编码器的移动平台轮毂电机。

本发明的技术方案是：一种采用电感编码器的移动平台轮毂电机，包括芯轴、通过轮毂轴承安装在芯轴上的轮毂外壳及设于轮毂外壳内的电机本体和行星减速机构，其特征在于电机本体采用外转子内定子架构，其转子包括采用转子轴承安装在芯轴上的转子中心套、一体设于转子中心套外围的飞轮和固定在飞轮内侧的转子磁钢，而定子包括定子支架和固定在定子支架上并与转子磁钢相对的定子线圈；转子中心套一端与行星减速机构相连，另一端与定子支架相对；还包括电感编码器，该电感编码器包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，其中码盘固定或者一体成型在转子中心套与定子支架相对的一端的端面上，而编码器感应线圈则固定在定子支架上。

进一步的，本发明中所述编码器感应线圈为PCB板电磁线圈，电感编码器还包括与PCB板电磁线圈电连接的处理芯片。PCB板电磁线圈是指在PCB板上采用铜箔贴附并蚀刻形成的环形线圈，为已知技术。本发明采用PCB板电磁线圈在于进一步减小电感编码器的体积，便于其在轮毂电机内部的安装。

更进一步的，本发明中所述芯轴内部设有连通轮毂外壳内外的引出线孔，供编码器感应线圈和定子线圈的引出线从芯轴内部引出。这些引出线引出后均与移动平台的控制器电连接。

进一步的，本发明中所述码盘表面沿圆周分布有关于圆心呈中心对称的两个以上的圆弧磁道。同常规技术一样，本发明中采用的码盘其本体材料通常采用PCB或金属合金材料，如铝合金，其上通过附着磁性材料形成码道。对于码盘与转子中心套固定的形式而言，码盘可以直接贴附在转子中心套端部；而对于将码盘与转子中心套一体设计的形式，显然码盘本体采用与转子支架（转子中心套）相同的金属合金材料，如铝合金，成型完毕后再在转子中心套端面上附着磁性材料制作圆弧磁道。

需要指出，本发明中采用的电感编码器本身为常规技术，其通过电感的变化将转子旋转的角位移转换成相应的电脉冲以数字量输出给移动平台的控制器，由控制器精准的获取轮毂电机的旋转角度位置，进而在差速转向控制中能够更加精确的控制移动平台的旋转方向。

进一步的，本发明中所述行星减速机构包括与转子中心套固定并套于芯轴上的太阳齿轮、与芯轴固定的行星盘、枢转设于行星盘上并与太阳齿轮啮合的若干行星齿轮以及固定或一体设于轮毂外壳内侧并与各行星齿轮啮合的内齿圈，上述行星齿轮在行星盘上以太阳齿轮为中心呈等角度间隔分布。

更进一步的，本发明中所述行星盘上固定有若干行星枢轴，各行星齿轮通过行星轴承安装在相应的行星枢轴上。

进一步的，所述轮毂外壳的外周设有轮胎安装槽，用于嵌入固定实心橡胶轮胎。

本发明的优点是：

1）本发明的内部电机本体采用外转子内定子架构来配合安装电感编码器，且专门设计了转子中心套，并利用其端面来固定或一体成型电感编码器内的码盘，与固定在定子支架上的编码器感应线圈配合。相比目前的轮毂电机，其芯轴无需实施“断轴”设计来安装编码器，不仅使得轮毂电机内部结构简单紧凑，且大大简化了零部件生产和装配工艺，节约了生产成本，使得轮毂电机的制造更加简单，利于提高生产效率。

）本发明中的电机本体采用外转子内定子架构，相比常规的移动平台轮毂电机，其电机输出力矩大，散热好，电机内部的行星减速机构等组成部件的强度也更高，适应日益提高的移动平台的高强度承载需求。

）本发明中采用电感编码器取代传统的磁电编码器，感应更加灵敏，确保移动平台的转向精度和可控性更强，运行起来更加可靠。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构主剖面图；

图2为图1中的转子中心套端面（码盘表面）轴向视图。

其中：1、芯轴；1a、引出线孔；2、轮毂外壳；3、轮毂轴承；4、转子轴承；5、转子中心套；6、飞轮；7、转子磁钢；8、定子支架；9、定子线圈；10、码盘；10a、圆弧磁道；11、编码器感应线圈；12、太阳齿轮；13、行星盘；14、行星齿轮；15、内齿圈；16、行星枢轴；17、行星轴承；18、实心橡胶轮胎。

具体实施方式

实施例：如图1所示，为本发明采用电感编码器的移动平台轮毂电机的一种具体实施方式，同常规技术一样，其具有芯轴1、通过两侧轮毂轴承3安装在芯轴1上的轮毂外壳2及设于轮毂外壳2内的电机本体、行星减速机构以及编码器。本发明的核心改进在于电机本体采用外转子内定子架构，而编码器采用电感编码器。

具体结合图1所示，本实施例中采用外转子内定子架构的电机本体，其转子由采用两个转子轴承4安装在芯轴1上的转子中心套5、一体设于转子中心套5外围的飞轮6和固定在飞轮6内侧的转子磁钢7共同构成。而定子则由定子支架8和固定在定子支架8上并与转子磁钢7相对的定子线圈9共同构成。转子中心套5一端与行星减速机构相连，另一端与定子支架8相对。所述电感编码器由码盘10、与码盘10配合的编码器感应线圈11及与编码器感应线圈11电连接的处理芯片（图中未画出）共同构成。

如图1所示，本实施例中的码盘10一体成型在转子中心套5与定子支架8相对的一端的端面上，而编码器感应线圈11则固定在定子支架8上。

本实施例中的编码器感应线圈11为PCB板电磁线圈，采用螺钉锁紧固定在定子支架8上。所述码盘10本体是与转子中心套5相同的铝合金材料，而如图2所示，码盘10表面沿圆周分布有关于圆心呈中心对称的两个的圆弧磁道10a，用于同PCB板电磁线圈进行感应。

本实施例中所述芯轴1内部设有连通轮毂外壳2内外的引出线孔1a，供编码器感应线圈11和定子线圈9的引出线（图上未标出）从芯轴1内部引出。这些引出线引出后均与移动平台的控制器电连接。该电感编码器的工作原理同已知技术，其通过电感的变化将转子（转子中心套5）旋转的角位移转换成相应的电脉冲以数字量输出给移动平台的控制器，由控制器精准的获取轮毂电机的旋转角度位置，进而在差速转向控制中能够更加精确的控制移动平台的旋转方向。

依旧如图1所示，本实施例中所述行星减速机构由与转子中心套5固定并套于芯轴1上的太阳齿轮12、与芯轴1固定的行星盘13、枢转设于行星盘13上并与太阳齿轮12啮合的三个行星齿轮14以及固定于轮毂外壳2内侧并与各行星齿轮14啮合的内齿圈15共同构成。上述行星齿轮14在行星盘13上以太阳齿轮12为中心呈等角度间隔分布。并且所述行星盘13上对应行星齿轮14的数量固定有行星枢轴16，各行星齿轮14通过两个行星轴承17安装在相应的行星枢轴16上。

本实施例中所述轮毂外壳2的外周设有轮胎安装槽，用于嵌入固定实心橡胶轮胎18。

本发明的特点如下：

1）本发明的内部电机本体采用外转子内定子架构来配合安装电感编码器，且专门设计了转子中心套5，并利用其端面来一体成型电感编码器内的码盘10，与固定在定子支架8上的编码器感应线圈11配合。相比目前的轮毂电机，其芯轴1无需实施“断轴”设计来安装编码器，不仅使得轮毂电机内部结构简单紧凑，且大大简化了零部件生产和装配工艺，节约了生产成本，使得轮毂电机的制造更加简单，利于提高生产效率。

）本发明中的电机本体采用外转子内定子架构，相比常规的移动平台轮毂电机，其电机输出力矩大，散热好，电机内部的行星减速机构等组成部件的强度也更高，适应日益提高的移动平台的高强度承载需求。

）本发明中采用电感编码器取代传统的磁电编码器，感应更加灵敏，确保移动平台的转向精度和可控性更强，运行起来更加可靠。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用电感编码器的移动平台轮毂电机，包括芯轴（1）、通过轮毂轴承（3）安装在芯轴（1）上的轮毂外壳（2）及设于轮毂外壳（2）内的电机本体和行星减速机构，其特征在于电机本体采用外转子内定子架构，其转子包括采用转子轴承（4）安装在芯轴（1）上的转子中心套（5）、一体设于转子中心套（5）外围的飞轮（6）和固定在飞轮（6）内侧的转子磁钢（7），而定子包括定子支架（8）和固定在定子支架（8）上并与转子磁钢（7）相对的定子线圈（9）；转子中心套（5）一端与行星减速机构相连，另一端与定子支架（8）相对；还包括电感编码器，该电感编码器包括码盘（10）和与码盘（10）配合的编码器感应线圈（11），其中码盘（10）固定或者一体成型在转子中心套（5）与定子支架（8）相对的一端的端面上，而编码器感应线圈（11）则固定在定子支架（8）上。

2.根据权利要求1所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述编码器感应线圈（11）为PCB板电磁线圈，电感编码器还包括与PCB板电磁线圈（11）电连接的处理芯片。

3.根据权利要求1或2所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述芯轴（1）内部设有连通轮毂外壳（2）内外的引出线孔（1a），供编码器感应线圈（11）和定子线圈（9）的引出线从芯轴（1）内部引出。

4.根据权利要求1所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述码盘（10）表面沿圆周分布有关于圆心呈中心对称的两个以上的圆弧磁道（10a）。

5.根据权利要求1所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述行星减速机构包括与转子中心套（5）固定并套于芯轴（1）上的太阳齿轮（12）、与芯轴（1）固定的行星盘（13）、枢转设于行星盘（13）上并与太阳齿轮（12）啮合的若干行星齿轮（14）以及固定或一体设于轮毂外壳（2）内侧并与各行星齿轮（14）啮合的内齿圈（15），上述行星齿轮（14）在行星盘（13）上以太阳齿轮（12）为中心呈等角度间隔分布。

6.根据权利要求5所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述行星盘（13）上固定有若干行星枢轴（16），各行星齿轮（14）通过行星轴承（17）安装在相应的行星枢轴（16）上。

7.根据权利要求1所述的采用电感编码器的移动平台轮毂电机，其特征在于所述轮毂外壳（2）的外周设有轮胎安装槽，用于嵌入固定实心橡胶轮胎（18）。