CN115694036A - 一种控制电机结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制电机结构，包括底座、轴芯组件、定子铁芯组件、转子磁环以及外壳；所述底座中心设置有轴芯连接部；所述外壳固定端内部中心设置有上轴承室，所述外壳的另一端为自由端；所述轴芯组件至少包括等径光轴、上轴承、下轴承和下轴承支架；所述等径光轴的顶端穿过所述外壳固定端内部中心的上轴承室；所述上轴承位于所述上轴承室内，上轴承外环与上轴承室内壁配合连接，上轴承内环与所述等径光轴配合连接；所述下轴承支架包括下轴承室和支架固定部，所述下轴承位于所述下轴承室内，所述等径光轴的底端穿过所述下轴承室与底座中心的轴芯连接部配合连接；所述支架固定部与所述外壳自由端固定连接。本发明能够提供提高电机运行的稳定性。

Description

一种控制电机结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别地涉及一种控制电机结构。

背景技术

电机是传动系统和控制系统中的重要装置，随着现代应用对位置、角度的精确控制需求的增加，控制电机的应用也越来越广泛。例如，在应用于机器人、汽车的激光雷达系统中，激光发射器发射的激光脉冲照射到反射镜片，电机带动反射镜片转动以实现精准扫描。又例如，应用在激光打标机、激光雕刻机中的振镜也是一种控制电机，其转子上通过机械扭簧或电子的方法加有复位力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流使转子偏转到一定的角度时，电磁力矩与回复力矩大小相等，转子则停止转动，因而振镜也称为摆动电机。电机上安装有传感器以感应电机偏转位置或角度，并将其转换为电信号发送给控制系统。从上述控制电机的应用领域可见，电机转动的稳定性是实现位置、角度精准控制的关键。

上述各种应用中的电机轴多采用台阶轴，即电机轴在截面上有多个不同半径的结构，其中，小半径的细阶梯用于与轴承配合，大半径的粗阶梯用于与外壳配合。台阶轴在加工时很难保证不同半径部分的同心度，因而电机在运转时容易产生晃动，对于激光雷达系统而言，电机晃动会影响到随电机转动的镜片反射光的准确性；而对于振镜而方，电机晃动会影响偏转位置或角度的准确定位。另外，台阶轴在与轴承和外壳配合时，通常采用过盈配合方式，而过盈配合的方式会使电机轴的配合面、轴承因受力而出现变形、内部结构损伤，一方面，变形的电机轴会影响电动转动的稳定性，另一方面，内部结构的损伤会影响电机寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种控制电机结构，用以提供提高电机运行的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种控制电机结构，其中包括底座和轴芯组件，以所述轴芯组件为中心，从内向外依次套设定子铁芯组件、转子磁环以及外壳；其中，所述底座中心设置有轴芯连接部；所述外壳固定端内部中心设置有上轴承室，所述外壳的另一端为自由端；所述轴芯组件至少包括等径光轴、上轴承、下轴承和下轴承支架；所述等径光轴的顶端穿过所述外壳固定端内部中心的上轴承室；所述上轴承位于所述上轴承室内，上轴承外环与上轴承室内壁配合连接，上轴承内环与所述等径光轴配合连接；所述下轴承支架包括下轴承室和支架固定部，所述下轴承位于所述下轴承室内，下轴承内环与所述等径光轴配合连接，下轴承外环与下轴承室内壁配合连接，所述等径光轴的底端穿过所述下轴承室与底座中心的轴芯连接部配合连接；所述支架固定部与所述外壳自由端固定连接。

优选地，所述等径光轴两端的端面与侧面的过渡部位为圆角结构。

优选地，所述等径光轴经过调质处理，硬度为HRC25-42。

优选地，所述等径光轴与上轴承和下轴承的配合部位经过高频淬火处理，硬度为HRC50-65。

优选地，等径光轴与上轴承和下轴承的内环过渡配合连接。

优选地，所述上轴承和下轴承分别与所述上轴承室和下轴承室过渡配合，在轴承安装入轴承室后，在轴承外环表面与轴承室内壁之间添加粘合剂以将轴承外环与轴承室相固定。

优选地，所述下轴承支架的下轴承室包括圆形侧壁及底部，底部具有直径大于所述等径光轴直径的通孔；所述支架固定部为圆环结构，下轴承室圆形侧壁与所述圆环结构之间连接有多根连接杆。

优选地，所述圆环结构外侧壁开设有一圈凹槽，通过向所述凹槽内添加粘合剂以将下轴承支架与外壳自由端固定在一起。

优选地，在轴承端面与轴承室端面之间设置有衬垫。

优选地，所述底座上固定电机线路板和编码器，在所述外壳自由端固定对应所述编码器的码盘。

本发明采用等径光轴作为支撑，杜绝了台阶轴由于同心度不好引起的晃动问题；本发明的转动部件通过上下两个轴承具有两个受力点，因而转动部件在转动时运行更加平稳；本发明的轴承与等径光轴采用过渡配合，轴承除了在电机运行时受到转动部件的重力和向外的离心力外没有其他的受力情况，并且基于轴承的上下分布情况，电动运行时两个轴承之间的力臂大，因而轴承受力小，从而可见，本发明提供的电机结构能够有效提高轴承的使用寿命。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1A-1B分别是根据本发明一个实施例的一种电机结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的一种电机结构分解示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的一种电机结构的轴向剖视立体图；

图4A-图4B分别是根据本发明的一个实施例的底座结构示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的外壳轴向剖面立体示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的下轴承支架的立体结构示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的铁芯截面示意图；以及

图8是根据本发明的一个实施例的铁芯套筒截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

图1A-1B分别是根据本发明一个实施例的一种电机结构示意图，图2是根据本发明一个实施例的一种电机结构分解示意图，图3是根据本发明一个实施例的一种电机结构的轴向剖视立体图。本实施例中的电机结构包括底座1、轴芯组件2、定子铁芯组件3、转子磁环4以及外壳5，其中，所述底座1中心设置有高出底座本体10平面的安装台11，其为轴芯连接部。所述轴芯组件2至少包括等径光轴21、上轴承22、下轴承23和下轴承支架24。所述定子铁芯组件3包括铁芯31及铁芯套筒32。以所述轴芯组件2为中心，从内向外依次套设定子铁芯组件3、转子磁环4以及外壳5。

参见2并结合图3、图4A和图4B，图4A和图4B分别为根据本发明一个实施例的底座结构示意图。在本实施例中，所述底座1中心设置有高出底座本体10平面的安装台11，其为轴芯连接部。所述安装台11上开设有与所述等径光轴21的底端过盈配合的安装孔12，所述安装台11上沿所述安装孔12的圆周方向开设有多个调整槽13，用以调整所述等径光轴的底端与安装孔的过盈配合。其中，所述安装台11的高度为3-8mm，在一个实施例中，基于等径光轴 21的整体长度，所述安装台11的高度为5mm。

其中，当所述电机应用于激光雷达系统时，壳体5上需要安装有多个反射镜片。为了减少底座外表面对反射镜片的干扰，所述底座1的外表面经过消光工艺处理，从而降低了在电机外壳上安装反射镜片时底座对反射光的干扰。

由于需要在所述底座1上固定电机线路板6，而线路板6需要与定子铁芯绕组(图1中未示出)连接，为了方便将绕组的引出线焊接到线路板6上，在所述底座1上开设有孔，如图4A和图4B中开设在安装台11旁边的引线孔14，在线路板6的对应位置上也开设有孔。线路板6的正面焊接有元器件，铁芯绕组接线点置于线路板6的背面。当线路板6正面向上固定于底座1本体上时，铁芯绕组接线点向下暴露于所述引线孔14。在焊接时，绕组引出线穿过线路板 6上的孔及底座1上的引线孔14，焊接在线路板6的背面。

根据应用的场景，在所述底座1上设置有安装结构，如图4A和图4B中所示的两个连接结构15、16，其上设置有安装孔，用于与应用场景中的其他结构相连接。需要说明的是，如图4A和图4B中所示的连接结构15、16的形状及其在底座1中的位置根据应用场景的需求而与之匹配，因而并不限于图中所示的位置和形状。

等径光轴21为一个等径圆柱体，相比较于台阶轴，加工时更容易保持轴的圆柱度和同心度，加工难度低，因而等径光轴21上下同心，运转顺畅。为了方便与轴承、底座等的连接，等径光轴21两端的端面与侧面的过渡部位为圆角结构，在一个实施例中，将等径光轴21两端做倒0.2圆角处理。

为了保证等径光轴21有足够的强度，以杜绝电机因轴芯材质问题导致后续出现的转动部件晃动等不良现象，对等径光轴21整体进行调质处理，使其硬度为HRC25-42，优选硬度为HRC30-36。进一步地，由于轴与轴承的配合部位为主要受力面，因而在等径光轴21与上轴承22和下轴承23的配合部位进行高频淬火处理，使其硬度为HRC50-65，优选硬度为HRC55-62，既节省成本，又提高了轴的强度。

参见图3，配合图5，图5是根据本发明一个实施例的外壳轴向剖面立体示意图。外壳5为一个整体一体式结构，其为两段式的两个半径不同的空心圆柱，第一圆柱51的半径小于第二圆柱52的半径，第一圆柱51的顶端为外壳体整体的固定端，第一圆柱51末端与第二圆柱52为一体式连接，第二圆柱52与底座1相邻近，第二圆柱52为外壳体整体的自由端。为方便在某些应用场合在第一圆柱51的顶端安装其他部件，本实施例中顶端具有一定厚度以保证顶端的支撑强度。在一个实施例，顶端的厚度约为1-2mm，同时预留有安装孔、定位孔等结构。

第一圆柱51顶端内部中心设置有上轴承室53。所述上轴承室53为一圈向外壳内部凸出的空心圆柱，其内部直径与上轴承22的外环直径相适应，以使上轴承22的外环与上轴承室53内壁过渡配合。因而在安装时，上轴承22能够顺畅地滑入上轴承室53，避免了上轴承22的外环受力造成轴承内部结构的损伤。为了避免电机长时间运转后出现轴承跑外环现象，在将上轴承22安装入上轴承室53时，在上轴承22外环表面与上轴承室53内壁之间添加粘合剂以将上轴承22的外环与上轴承室53相固定。在一个更好的实施例中，为了防止上轴承室53在加工过程其与上轴承22端面相抵的底部角度加工不到位而出现轴承外环受力情况，在上轴承22端面与上轴承室53底部之间增加衬垫251，如材质为红钢丝、厚度在0.25-0.3mm的滑丝。

第一圆柱51顶端内部的边缘设置有伸向外壳内部的转子限位块54，参见图3，其为一圈凸起，用于与转子磁环3的上端面相抵。当然也可以是其他结构，例如多个沿圆周间隔排列的凸块。

参见图3，配合图6，图6是根据本发明一个实施例的下轴承支架的立体结构示意图。所述下轴承支架24包括下轴承室241和支架固定部242。所述下轴承室241包括圆形侧壁及底部，底部具有直径大于所述等径光轴21直径的通孔，以使所述等径光轴21能够穿过所述下轴承室241。所述下轴承23 位于所述下轴承室241内，下轴承23内环与所述等径光轴21配合，下轴承23 外环与下轴承室241内壁配合。其中，所述等径光轴21与上轴承22和下轴承23的内环均为过渡配合，下轴承23外环与下轴承室241内壁为过渡配合，在将下轴承23安装入下轴承室241时，在下轴承23外环表面与下轴承室241内壁之间添加粘合剂以将下轴承23的外环与下轴承室241相固定。与上轴承室 53相类似，为防止下轴承室241底部在加工时底部角度加工不到位而出现轴承外环受力情况，在下轴承23端面与下轴承室241底部之间增加衬垫252。所述支架固定部242为圆环结构，下轴承室241圆形侧壁与所述圆环结构242之间连接有多根连接杆243，所述圆环结构与下轴承室241为同心结构。在一个实施例中，所述连接杆243沿着径向方向连接在下轴承室241圆形侧壁与所述圆环结构242之间。在另一个实施例中，所述连接杆243共有三根，相互之间夹角为120度，以三角支架的方式提供更加稳定的支撑，并且由于只有三根，因而不会干扰定子铁芯绕组。支架固定部242的外径与电机外壳5内直径相适应。并且，所述圆环结构外侧壁开设有一圈凹槽244，通过向所述凹槽244内添加粘合剂以将下轴承支架24与外壳5的第一圆柱51末端固定在一起。

再参见图3，等径光轴21的上端穿过外壳5的第一圆柱51的顶端，在顶端的上轴承室53与上轴承22的内环配合，从而将外壳5支撑起来。等径光轴 21的下端穿过与第一圆柱51末端固定在一起的下轴承支架24中心的下轴承室 241，在下轴承室241与下轴承23的内环配合，下端与底座1中心的安装台11 的安装孔12过盈配合，且具有足够的过盈距离(安装台11的高度)，外壳5 的第一圆柱末端由下轴承支架24支撑。从而可见，外壳在两端分别受力，相比于现有技术中通过一个轴承支撑外壳的情况，本发明提供的结构能够使作为运动部件的外壳5在转动时更加稳定，不会产生晃动。

参见图2及图3，配合图7和图8所示，图7为铁芯截面示意图，图8为铁芯套筒截面示意图。定子铁芯组件3包括铁芯31及铁芯套筒32。所述铁芯套筒32内部与所述等径光轴21，外部与所述铁芯31配合。所述铁芯31内部侧壁沿轴向开设有多个第一通槽或第一凸棱，在本实施例中为两个第一凸棱 311。所述铁芯套筒32外侧壁沿轴向开设有对应的第二凸棱或第二通槽，在本实施例中为两个第二通槽321。当所述铁芯31套置在铁芯套筒32上时，所述第一凸棱311与所述第二通槽321配合在一起，从而使二者定位在一起。为了不损伤铁芯31，所述第一凸棱311与所述第二通槽321过渡配合，为增加铁芯 31与铁芯套筒32的连接牢固性，在安装时向所述第二通槽内添加粘合剂以将所述铁芯31和所述铁芯套筒32固定在一起。

所述铁芯套筒32套置在所述等径光轴21外，为了不损伤所述等径光轴21，所述铁芯套筒32与所述等径光轴21过渡配合。为了保证铁芯套筒32与所述等径光轴21的连接牢固性，所述铁芯套筒32内侧壁沿轴向开设有多个第三通槽322。在安装时，向所述多个第三通槽322添加粘合剂，再套置在所述等径光轴21上时，经过烘烤使所述铁芯套筒32和所述等径光轴21牢固地固定在一起。

所述定子铁芯组件3的两端分别通过一个轴套261、262与轴承内环相抵接，参见图2、图3，所述轴套261、262包括第一端和第二端，其中，第一端的端面直径大于所述第二端的端面直径，所述第二端的端面宽度与所述轴承内环宽度相适应；所述第一端的端面与所述铁芯套筒32端面相抵接，所述第二端的端面与轴承内环相抵接。本发明中的轴承(包括下轴承22和下轴承23) 位于轴承室(包括上轴承室和下轴承室)内，其一端由轴承室底部限位，由于轴承内环与等径光轴21过渡配合，为防止轴承内环在轴向上移动，本发明通过轴套限位对轴承的另一端限位，从由保证了上下两个轴承能够稳定地位于其各自的轴承室内，且不会损伤轴承。

参见图2和图3，转子磁环4套置在定子铁芯组件3外，转子磁环4外径与外壳5内径具有配合公差，能够使转子磁环4顺利安装入外壳5内部，且配合紧密，其上端面与外壳5顶部的转子限位块54相抵接，下端面与下轴承支架24的支架固定部242相抵接，从而可以使转子磁环4与外壳5保持相对静止，能够随着外壳的转动而转动。

结合前述各图，底座1、等径光轴21、上下两个轴承22、23的内环、定子铁芯组件3为电机的静止部件，转子磁环4、外壳5和下轴承支架24为转动部件。

为了实现对电机的控制，本实施例提供的底座1上固定有电机线路板6，线路板6上具有电机控制电路，例如其中包括控制器、换向电路等。线路板6 上还设置有编码器，在所述外壳5的第二圆柱内固定对应所述编码器的码盘7，码盘7上具有反射区。在电机运行时，码盘7随着外壳5转动，线路板6上的编码器感应反射区产生电信号给线路板6上的控制器，控制器根据感应电信号确定电机的转动角度。

在一个实施例中，定子铁芯缠绕三相绕组，所述三相绕组的引出线与线路板上的换向电路连接。定子铁芯上的绕组在控制器的控制下，按照换向表中的通电顺序依次通电，从而产生交变电场，交变电场在转子磁环4的作用下产生扭矩，从而驱动电机的转子磁环4、外壳5和下轴承支架24等转动部件转动。

本发明采用等径光轴作为支撑，杜绝了台阶轴由于同心度不好引起的晃动问题；本发明的转动部件通过上下两个轴承具有两个受力点，因而转动部件在转动时运行更加平稳；本发明提供的电机外壳为整体外壳，包括一体式两段空心圆柱结构，上面圆柱半径小、下面圆柱半径大，通过下轴承与支架配合后对外壳底部进行支撑做圆周运动，整体上保证了外壳上下同心、运转顺畅、下部平面不波动；本发明的轴承与等径光轴采用过渡配合，轴承除了在电机运行时受到转动部件的重力和向外的离心力外没有其他的受力情况，并且基于轴承的上下分布情况，电动运行时两个轴承之间的力臂大，因而轴承受力小，从而可见，本发明提供的电机结构能够有效提高轴承的使用寿命。

由于本发明提供的电机结构能够使电机运行平稳、使用寿命长，当配合不同的控制方式时，可以应用在不同的领域，例如，应用在无人机、无人驾驶汽车等的激光雷达中，或者作为振镜电机应用在激光打标机等领域，因而应用范围广、控制精度高。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (10)

1.一种控制电机结构，其中包括底座和轴芯组件，以所述轴芯组件为中心，从内向外依次套设定子铁芯组件、转子磁环以及外壳；其中，

所述底座中心设置有轴芯连接部；所述外壳固定端内部中心设置有上轴承室，所述外壳的另一端为自由端；所述轴芯组件至少包括等径光轴、上轴承、下轴承和下轴承支架；

所述等径光轴的顶端穿过所述外壳固定端内部中心的上轴承室；所述上轴承位于所述上轴承室内，上轴承外环与上轴承室内壁配合连接，上轴承内环与所述等径光轴配合连接；

所述下轴承支架包括下轴承室和支架固定部，所述下轴承位于所述下轴承室内，下轴承内环与所述等径光轴配合连接，下轴承外环与下轴承室内壁配合连接，所述等径光轴的底端穿过所述下轴承室与底座中心的轴芯连接部配合连接；所述支架固定部与所述外壳自由端固定连接。

2.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，所述等径光轴两端的端面与侧面的过渡部位为圆角结构。

3.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，所述等径光轴经过调质处理，硬度为HRC25-42。

4.根据权利要求3所述的控制电机结构，其中，所述等径光轴与上轴承和下轴承的配合部位经过高频淬火处理，硬度为HRC50-65。

5.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，等径光轴与上轴承和下轴承的内环过渡配合连接。

6.根据权利要求5所述的控制电机结构，其中，所述上轴承和下轴承分别与所述上轴承室和下轴承室过渡配合，在轴承安装入轴承室后，在轴承外环表面与轴承室内壁之间添加粘合剂以将轴承外环与轴承室固定在一起。

7.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，所述下轴承支架的下轴承室包括圆形侧壁及底部，底部具有直径大于所述等径光轴直径的通孔；所述支架固定部为圆环结构，下轴承室圆形侧壁与所述圆环结构之间连接有多根连接杆。

8.根据权利要求7所述的控制电机结构，其中，所述圆环结构外侧壁开设有一圈凹槽，通过向所述凹槽内添加粘合剂以将下轴承支架与外壳自由端固定在一起。

9.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，在轴承端面与轴承室端面之间设置有衬垫。

10.根据权利要求1所述的控制电机结构，其中，所述底座上固定电机线路板和编码器，在所述外壳自由端固定对应所述编码器的码盘。

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