CN212649310U - 采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，包括经轮毂轴承安装在芯轴上的轮毂壳体及设于轮毂壳体内的外转子内定子架构的电机机芯、行星减速机构和电感编码器，电机机芯的转子包括采用转子轴承安装在芯轴上的转子中心套，而定子包括固定在芯轴上的定子支架，转子中心套经行星减速机构与固定或一体成型在轮毂壳体内壁上的内齿圈相连；电感编码器包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，其特征在于码盘固定或者一体成型在轮毂壳体内壁上，而编码器感应线圈则固定在定子支架上并与码盘相对。本实用新型中电感编码器直接获取轮毂壳体的转向角位移，故用于移动平台后转向控制精度更高，运行可靠性更好。

Description

采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及一种采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机。

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。

原先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。

2）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。

为了解决上述缺点，已有技术中也专门设计了通轴式的平台轮毂电机，其进一步优化了内部配置结构，其特点是采用了非分段式的芯轴、电感编码器和外转子内定子架构的电机机芯，电机机芯设计有安装在芯轴上的转子中心套，其电感编码器分为码盘和编码器感应线圈两个部分，其中码盘被固定在转子中心套上，转子中心套再经行星减速机构与轮毂壳体内周上的内齿圈相连，而将与码盘感应的编码器感应线圈安装固定在定子支架上。

然而上述通轴式的平台轮毂电机在实际使用中暴露出如下缺点：

其中的电感编码器是通过检测转子中心套的转动角位移来间接获取外围的轮毂壳体的转动角位移，进而进行后续转向角度的计算，而非直接检测轮毂壳体的转动角位移。因此转子中心套与轮毂壳体间的行星减速机构和内齿圈所引入的干扰因素，会在一定程度上降低编码器的最终检测精度。

并且当发生如行星减速机构损坏或与内齿圈打滑这样的极端情况时，因为转子中心套的旋转是空行程，无法传递带动轮毂壳体转动，此时电感编码器检测的仅仅是转子中心套的转动角位移，无参考价值，会造成移动平台控制器的转向误判，工作不再可靠。

此外，目前的电感编码器相当于是装在电机机芯的内部，空间小，装配难度高，容易出现误操作。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，其电感编码器能够直接获取轮毂壳体的转向角位移，从而当其被用于移动平台后，转向控制精度更高，运行可靠性更好。

本实用新型的技术方案是：一种采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，包括经轮毂轴承安装在芯轴上的轮毂壳体及设于轮毂壳体内的外转子内定子架构的电机机芯、行星减速机构和电感编码器，电机机芯的转子包括采用转子轴承安装在芯轴上的转子中心套，而定子包括固定在芯轴上的定子支架，转子中心套经行星减速机构与固定或一体成型在轮毂壳体内壁上的内齿圈相连；电感编码器包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，其特征在于码盘固定或者一体成型在轮毂壳体内壁上，而编码器感应线圈则固定在定子支架上并与码盘相对。

进一步的，本实用新型中所述轮毂壳体包括凹壳和盖合固定在凹壳上的端盖，电机机芯位于行星减速机构和端盖之间，端盖上设有供芯轴穿过的轴孔，轴孔内周与芯轴间装配有支撑端盖的轮毂轴承；所述码盘固定或一体成型在端盖的内壁上。

更进一步的，本实用新型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及枢转设于行星盘上并与太阳齿轮啮合的若干行星齿轮，各行星齿轮与所述内齿圈啮合，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。

更为优选的，本实用新型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。

更为优选的，本实用新型中所述行星盘上一体连有套于芯轴上的行星盘轴套，该行星盘轴套外围装有支撑所述凹壳的轮毂轴承。

进一步的，本实用新型中所述转子还包括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，而定子还包括固定在定子支架上并与转子磁钢相对的定子线圈。

进一步的，本实用新型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。本实用新型采用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，本实用新型中所述芯轴内部设有连通轮毂壳体内外的引出线孔，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，本实用新型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，本实用新型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。对于码盘与端盖的实际固定形式，码盘可以直接贴附在端盖内壁上；而对于将码盘与端盖一体设计的形式，显然码盘本体采用与端盖相同的金属材料，成型完毕后再在端盖内壁表面附着磁性材料制作圆弧磁道。

需要指出，本实用新型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轮毂壳体的转向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，所述轮毂壳体的外周设有轮胎安装槽，用于嵌入固定实心橡胶轮胎。

本实用新型的优点是：

1）本实用新型中将电感编码器的码盘固定或一体成型在了轮毂壳体内壁上，使得电感编码器检测时直接获取轮毂壳体的转向角位移，而不像现有技术那样间接获取而受到行星减速机构的干扰，因此检测精度更高，当其被用于移动平台后，转向控制精度也更高。并且无论行星减速机构是否损坏，电感编码器都能检测获取真实的轮毂壳体转向角位移，避免移动平台控制器对于转向的误判，从而提高运行可靠性。

2）本实用新型将电感编码器的码盘设置到端盖内壁上，编码器感应线圈设置到定子支架外部，相当于将电感编码器从电机机芯中移出，由于安装空间更大，降低了装配难度。且将码盘设置在端盖上，制造和安装都更加简便。

3）本实用新型将电感编码器搬到电机机芯外部，工作时，散热更好。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构主剖面图；

图2为图1中的端盖的内壁（码盘表面）轴向视图。

其中：1、芯轴；1a、引出线孔；2、轮毂壳体；2a、凹壳；2b、端盖；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；13a、行星盘轴套；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；19、端盖固定螺钉；20、感应线圈固定螺钉。

具体实施方式

实施例：如图1所示，为本实用新型采用电感编码器的改良型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上的轮毂壳体2及设于轮毂壳体2内的外转子内定子架构的电机机芯、行星减速机构以及电感编码器。

本实施例中所述轮毂壳体2由凹壳2a和盖合并采用端盖固定螺钉19固定在凹壳2a上的端盖2b共同构成，电机机芯位于行星减速机构和端盖2b之间，端盖2b上设有供芯轴1穿过的轴孔，轴孔内周与芯轴1间装配有支撑端盖2b的其中一个轮毂轴承3。

再结合图1所示，本实施例中的电机机芯，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经行星减速机构与固定在轮毂壳体2内壁上的内齿圈15相连，另一端与定子支架8相对。

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以及固定于轮毂壳体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通过行星轴承17安装在相应的行星枢轴16上。并且所述行星盘13上一体连有套于芯轴1上的行星盘轴套13a，该行星盘轴套13a内周与芯轴1键槽配合固定，而行星盘轴套13a的外围装有支撑所述凹壳2a的另一轮毂轴承3。

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。

本实用新型的核心改进如下：将码盘10一体成型在轮毂壳体2内壁上，而编码器感应线圈11则固定在定子支架8上并与码盘10相对。

本实施例中的编码器感应线圈11为PCB板电磁线圈，采用感应线圈固定螺钉20锁紧固定在定子支架8上。所述码盘10具体是同端盖2b一体成型，故其是与端盖2b相同的金属材料，而如图2所示，码盘10表面沿圆周分布有关于圆心（也即芯轴1轴心）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内部设有连通轮毂壳体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轮毂壳体2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。

本实施例中所述轮毂壳体2的凹壳2a外周设有轮胎安装槽，用于嵌入固定实心橡胶轮胎18。

本实用新型的特点如下：

1）本实用新型中将电感编码器的码盘10一体成型在了轮毂壳体2内壁上，使得电感编码器检测时直接获取轮毂壳体2的转向角位移，而不像现有技术那样间接获取而受到行星减速机构的干扰，因此检测精度更高，当其被用于移动平台后，转向控制精度也更高。并且无论行星减速机构是否损坏，电感编码器都能检测获取真实的轮毂壳体2转向角位移，避免移动平台控制器对于转向的误判，从而提高运行可靠性。

2）本实用新型将电感编码器的码盘10设置到端盖2b内壁上，编码器感应线圈11设置到定子支架8外部，相当于将电感编码器从电机机芯中移出，由于安装空间更大，降低了装配难度。且将码盘10设置在端盖2b上，制造和安装都更加简便。

3）本实用新型将电感编码器搬到电机机芯外部，工作时，散热更好。

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

Claims (10)

1.一种采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，包括经轮毂轴承(3)安装在芯轴(1)上的轮毂壳体(2)及设于轮毂壳体(2)内的外转子内定子架构的电机机芯、行星减速机构和电感编码器，电机机芯的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)，而定子包括固定在芯轴(1)上的定子支架(8)，转子中心套(5)经行星减速机构与固定或一体成型在轮毂壳体(2)内壁上的内齿圈(15)相连；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)，其特征在于码盘(10)固定或者一体成型在轮毂壳体(2)内壁上，而编码器感应线圈(11)则固定在定子支架(8)上并与码盘(10)相对。

2.根据权利要求1所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，其特征在于所述轮毂壳体(2)包括凹壳(2a)和盖合固定在凹壳(2a)上的端盖(2b)，电机机芯位于行星减速机构和端盖(2b)之间，端盖(2b)上设有供芯轴(1)穿过的轴孔，轴孔内周与芯轴(1)间装配有支撑端盖(2b)的轮毂轴承(3)；所述码盘(10)固定或一体成型在端盖(2b)的内壁上。

3.根据权利要求2所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，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)及枢转设于行星盘(13)上并与太阳齿轮(12)啮合的若干行星齿轮(14)，各行星齿轮(14)与所述内齿圈(15)啮合，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。

4.根据权利要求3所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，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。

5.根据权利要求3所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，其特征在于所述行星盘(13)上一体连有套于芯轴(1)上的行星盘轴套(13a)，该行星盘轴套(13a)外围装有支撑所述凹壳(2a)的轮毂轴承(3)。

6.根据权利要求1所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，其特征在于所述转子还包括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)，而定子还包括固定在定子支架(8) 上并与转子磁钢(7)相对的定子线圈(9)。

7.根据权利要求1所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，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板电磁线圈电连接的处理芯片。

8.根据权利要求6所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，其特征在于所述芯轴(1)内部设有连通轮毂壳体(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。

9.根据权利要求1所述的采用电感编码器的改良型移动平台轮毂电机，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)。

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

Images