CN117220463B - 云台电机及增稳云台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台电机及增稳云台，其中云台电机包括定子组件和转子组件。定子组件包括定子磁轭、定子齿和绕组线圈。定子磁轭为圆筒状，定子齿布置于定子磁轭的内侧筒底，绕组线圈缠绕在定子齿上。转子组件包括磁钢单元和转子背板。磁钢单元布置于转子背板靠近定子齿的一侧，转子背板与定子磁轭共轴线。沿定子磁轭的轴线方向，多个磁钢单元组成的圆环状结构与多个定子齿组成的圆环状结构相对设置。相比于现有技术，本发明通过减小云台电机的体积，从而相应减小增稳云台的整体尺寸，以便于增稳云台的存储和携带。另外，本发明的磁钢单元采用异型永磁体，不仅能够有效降低转矩脉动，还能提高云台电机的转矩密度。

Description

云台电机及增稳云台

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种云台电机及增稳云台。

背景技术

增稳云台应用于日常拍照摄影、巡检和监控安防、无人机航拍和紧急救援等各种场合，在拍摄设备工作时，外部作用力导致的振动和抖动会对视频的拍摄质量产生不利影响，因此，需要采用增稳云台维持拍摄设备的稳定。增稳云台主要由云台电机、陀螺仪传感器和控制电路板组成，通常云台电机的参数和品质决定了整个增稳云台产品的性能。

现有云台电机受到磁通路径方向、绕组结构和机壳占用空间的影响，导致云台电机的厚度和占用的空间体积较大，不方便云台产品的存储和携带。

发明内容

本发明的目的是提供一种云台电机及增稳云台，通过减小云台电机的体积，从而相应减小增稳云台的整体尺寸，以便于增稳云台的存储和携带。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种云台电机，包括：

定子组件，所述定子组件包括定子磁轭、定子齿和绕组线圈；所述定子磁轭为圆筒状，所述定子齿布置于所述定子磁轭的内侧筒底，所述绕组线圈缠绕在所述定子齿上；所述定子齿包括多个，多个所述定子齿以所述定子磁轭的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个所述定子齿之间为定子磁通气隙；

转子组件，所述转子组件包括磁钢单元和转子背板；所述磁钢单元布置于所述转子背板靠近所述定子齿的一侧，所述转子背板与所述定子磁轭共轴线；所述磁钢单元包括多个，多个所述磁钢单元以所述转子背板的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个所述磁钢单元之间为转子磁通气隙；所述磁钢单元轴向充磁，相邻两个所述磁钢单元的充磁方向相反；沿所述定子磁轭的轴线方向，多个所述磁钢单元组成的圆环状结构与多个所述定子齿组成的圆环状结构相对设置且具有气隙。

优选地，所述磁钢单元包括内侧部分和外侧部分，所述内侧部分与所述外侧部分一体相连，所述内侧部分相比所述外侧部分更靠近所述转子背板的轴线；以所述转子背板的轴线为中心，所述内侧部分与所述外侧部分的周向位置错开；对于任一所述磁钢单元，所述内侧部分与所述外侧部分的错开方向相同。

优选地，所述转子背板至少部分位于所述定子磁轭的内侧。

优选地，所述绕组线圈采用集中分布绕组。

优选地，所述转子背板为硅钢材质。

优选地，所述云台电机还包括输出轴和轴承，所述定子磁轭的筒底中心设有通孔，所述输出轴与所述通孔通过所述轴承转动相连，所述输出轴与所述转子背板固定相连。

优选地，所述定子齿包括十二个。

优选地，所述磁钢单元包括十个。

本发明还公开了一种增稳云台，包括上述的云台电机。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

转子组件并非位于定子齿组成的圆环状结构的径向内侧，而是与该圆环状结构轴向相对设置。因此，本发明的转子组件具有更大的旋转半径，在其它条件不变的情况下，本发明的云台电机能够实现更高的电磁转矩输出。

本发明的优选方案中，磁钢单元采用异型永磁体，在转矩密度不变时，采用本发明的磁钢单元能够有效降低转矩脉动。同时，由于内侧部分与外侧部分相互错开，在体积不变的情况下增大了磁钢单元的表面积，与磁钢单元表面积呈正相关的轴向磁通水平得到提高，在绕组匝数相同的条件下，定子绕组的磁链增加，云台电机的转矩密度得到有效提高。

本发明的优选方案中，转子背板至少部分位于定子磁轭的内侧，使整个云台电机的轴向长度短且结构紧凑，整体易于实现超薄尺寸。

本发明的优选方案中，绕组线圈采用集中分布绕组。采用这种绕组方式，绕组线圈的端部短，绕组线圈占用空间少，有利于减小定子组件的体积。在通过相同电流时，云台电机的铜损更低。此外，集中分布绕组的绕线方式简单，可以采用自动化生产方式，相对于人工绕线能有效提高生产效率并降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例云台电机的定子组件示意图；

图2为本发明实施例云台电机的转子组件示意图；

图3为磁钢单元的分布方式的正视方向示意图；

图4为本发明实施例云台电机的示意图。

附图标记说明：1-通孔；2-定子磁轭；3-定子齿；4-绕组线圈；5-定子磁通气隙；6-转子背板；7-磁钢单元；8-转子磁通气隙。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种云台电机及增稳云台，通过减小云台电机的体积，从而相应减小增稳云台的整体尺寸，以便于增稳云台的存储和携带。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参照图1~图4，本实施例提供一种云台电机，包括定子组件和转子组件。

定子组件包括定子磁轭2、定子齿3和绕组线圈4。定子磁轭2为圆筒状，定子齿3布置于定子磁轭2的内侧筒底，绕组线圈4缠绕在定子齿3上。定子齿3包括多个，多个定子齿3以定子磁轭2的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个定子齿3之间为定子磁通气隙5。

转子组件包括磁钢单元7和转子背板6。磁钢单元7布置于转子背板6靠近定子齿3的一侧，转子背板6与定子磁轭2共轴线。磁钢单元7包括多个，多个磁钢单元7以转子背板6的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个磁钢单元7之间为转子磁通气隙8。磁钢单元7轴向充磁，相邻两个磁钢单元7的充磁方向相反。沿定子磁轭2的轴线方向，多个磁钢单元7组成的圆环状结构与多个定子齿3组成的圆环状结构相对设置且具有气隙。

本实施例云台电机的工作原理如下：

本实施例中，转子组件并非位于定子齿3组成的圆环状结构的径向内侧，而是与该圆环状结构轴向相对设置。因此，本实施例的转子组件具有更大的旋转半径，在其它条件不变的情况下，本实施例的云台电机能够实现更高的电磁转矩输出。

需要说明的是，由于磁钢单元7的形状和表面积等限制因素，现有云台电机的转矩密度较低，同时齿槽转矩和转矩脉动较大，难以在工况下平稳运行，存在较大的抖动和振动，影响产品使用时视频的拍摄质量。

为解决上述问题，本实施例中，磁钢单元7包括内侧部分和外侧部分，内侧部分与外侧部分一体相连，内侧部分相比外侧部分更靠近转子背板6的轴线。以转子背板6的轴线为中心，内侧部分与外侧部分的周向位置错开。对于任一磁钢单元7，内侧部分与外侧部分的错开方向相同，即任一磁钢单元7的内侧部分均位于外侧部分的顺时针方向，或均位于外侧部分的逆时针方向。

本实施例的磁钢单元7通过采用上述的异型永磁体，在转矩密度不变时，能够有效降低转矩脉动。具体的，通过使内侧部分与外侧部分的周向位置错开，使得气隙（定子齿3与磁钢单元7之间的气隙，下同）处的磁场中的谐波进行抵消，使得气隙磁场正弦。此外，通过使内侧部分与外侧部分的周向位置错开，抵消其中的3次谐波，有效的降低了齿槽转矩，并最终实现低转矩脉动。同时，由于内侧部分与外侧部分相互错开，在体积不变的情况下增大了磁钢单元7的表面积，与磁钢单元7表面积呈正相关的轴向磁通水平得到提高，在绕组匝数相同的条件下，定子绕组的磁链增加，云台电机的转矩密度得到有效提高。此外，为了保证电机具有最小的转矩脉动，永磁体相互错开的内侧部分与外侧部分表面积相同。这样电机气隙磁密可以表示为：

其中，B(θ,t)为气隙磁密，F_{pm_n}为永磁磁动势n次谐波幅值，P₀为气隙磁导的平均值，P_m为与永磁体形状有关的高次磁导，p_m为永磁体极对数，θ为机械角度，ω为电机角速度。

根据上式可知，空载气隙磁场分为三项，第一项为谐波次数为np_m不随永磁体变化的静止磁场，第二、三项分别为旋转磁场。随着永磁体形状的改变降低，使得P_m的减小，从而削弱高次气隙磁密幅值。通过削弱高次气隙磁密的方法削弱转矩脉动。

作为一种可能的示例，本实施例中，转子背板6至少部分位于定子磁轭2的内侧。即，转子背板6至少部分嵌入定子磁轭2内（两者互不接触）。本实施例的云台电机采用盘式结构，轴向长度短且结构紧凑，整体易于实现超薄尺寸。

作为一种可能的示例，本实施例中，绕组线圈4采用集中分布绕组。采用这种绕组方式，绕组线圈4的端部短，绕组线圈4占用空间少，有利于减小定子组件的体积。在通过相同电流时，云台电机的铜损更低。此外，集中分布绕组的绕线方式简单，可以采用自动化生产方式，相对于人工绕线能有效提高生产效率并降低生产成本。

作为一种可能的示例，本实施例中，转子背板6为硅钢材质，以利用其高磁导率的特性。

作为一种可能的示例，本实施例中，云台电机还包括输出轴和轴承，定子磁轭2的筒底中心设有通孔1，输出轴与通孔1通过轴承转动相连，输出轴与转子背板6固定相连。输出轴可以与动作部件直接相连，也可以通过中间传动结构与动作部件间接相连。

作为一种可能的示例，本实施例中，定子齿3包括十二个，磁钢单元7包括十个。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它数量的定子齿3和磁钢单元7。

本实施例还提供一种增稳云台，包括上述的云台电机。由于该增稳云台包括本实施例的上述云台电机，因而也具备本实施例云台电机的上述优点，此处不再赘述。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种云台电机，其特征在于，包括：

定子组件，所述定子组件包括定子磁轭、定子齿和绕组线圈；所述定子磁轭为圆筒状，所述定子齿布置于所述定子磁轭的内侧筒底，所述绕组线圈缠绕在所述定子齿上；所述定子齿包括多个，多个所述定子齿以所述定子磁轭的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个所述定子齿之间为定子磁通气隙；

转子组件，所述转子组件包括磁钢单元和转子背板；所述磁钢单元布置于所述转子背板靠近所述定子齿的一侧，所述转子背板与所述定子磁轭共轴线；所述磁钢单元包括多个，多个所述磁钢单元以所述转子背板的轴线为中心呈圆环状分布，相邻两个所述磁钢单元之间为转子磁通气隙；所述磁钢单元轴向充磁，相邻两个所述磁钢单元的充磁方向相反；沿所述定子磁轭的轴线方向，多个所述磁钢单元组成的圆环状结构与多个所述定子齿组成的圆环状结构相对设置且具有气隙；

所述磁钢单元包括内侧部分和外侧部分，所述内侧部分与所述外侧部分一体相连，所述内侧部分相比所述外侧部分更靠近所述转子背板的轴线；以所述转子背板的轴线为中心，所述内侧部分与所述外侧部分的周向位置错开；对于任一所述磁钢单元，所述内侧部分与所述外侧部分的错开方向相同；此处的错开是指，在相邻两个所述磁钢单元相对的一侧，于所述内侧部分与所述外侧部分的连接位置形成阶梯面，以在所述内侧部分和所述外侧部分体积不变的情况下，增大所述磁钢单元的整体表面积，进而提高与所述磁钢单元表面积呈正相关的轴向磁通水平；所述内侧部分与所述外侧部分表面积相同；

所述转子背板至少部分位于所述定子磁轭的内侧。

2.根据权利要求1所述的云台电机，其特征在于，所述绕组线圈采用集中分布绕组。

3.根据权利要求1所述的云台电机，其特征在于，所述转子背板为硅钢材质。

4.根据权利要求1所述的云台电机，其特征在于，所述云台电机还包括输出轴和轴承，所述定子磁轭的筒底中心设有通孔，所述输出轴与所述通孔通过所述轴承转动相连，所述输出轴与所述转子背板固定相连。

5.根据权利要求1所述的云台电机，其特征在于，所述定子齿包括十二个。

6.根据权利要求1所述的云台电机，其特征在于，所述磁钢单元包括十个。

7.一种增稳云台，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的云台电机。