CN212649311U - 采用电感编码器的低速直驱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低速直驱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直驱型电机机芯和电感编码器，其特征在于直驱型电机机芯的定子包括固定在芯轴上的定子支架和固定在定子支架上的定子线圈，而直驱型电机机芯的转子包括固定或一体设于轮毂壳体内周壁上的磁钢定位环和固定在磁钢定位环上并位于定子线圈外围的磁钢；电感编码器包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，码盘固定或者一体成型在轮毂壳体内端壁上，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

采用电感编码器的低速直驱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低速直驱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：

1）对于低速的移动平台而言，往往可以采用直驱型的电机机芯，无需行星减速机构，那么上述轮毂电机的内部结构就显得过于复杂。

2）电感编码器必须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。

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低速直驱型移动平台轮毂电机，不仅结构简单，易于装配，且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低速直驱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直驱型电机机芯和电感编码器，其特征在于直驱型电机机芯的定子包括固定在芯轴上的定子支架和固定在定子支架上的定子线圈，而直驱型电机机芯的转子包括固定或一体设于轮毂壳体内周壁上的磁钢定位环和固定在磁钢定位环上并位于定子线圈外围的磁钢；电感编码器包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，码盘固定或者一体成型在轮毂壳体内端壁上，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，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。

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端壁上；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。

更进一步的，本实用新型中所述凹壳内周壁上设有供所述磁钢定位环嵌入的台阶槽，磁钢定位环一端与台阶槽的端壁抵紧，而另一端由所述端盖顶紧。

本实用新型的优点是：

1）本实用新型的这种轮毂电机使用直驱型电机机芯，使其适用于低速的移动平台，并且由于取消行星减速机构，故轮毂壳体内部结构简单，易于装配。

2）本实用新型在使用了直驱型电机机芯的前提下，将电感编码器的码盘固定或一体成型在了轮毂壳体内端壁上，使得电感编码器检测时直接获取轮毂壳体的转向角位移，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。

3）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。

4）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、定子支架；5、定子线圈；6、磁钢定位环；7、磁钢；8、码盘；8a、圆弧磁道；9、编码器感应线圈；10、感应线圈固定螺钉；11、实心橡胶轮胎；12、端盖固定螺钉；a、台阶槽。

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低速直驱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直驱型电机机芯和电感编码器。

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12固定在凹壳2a上的端盖2b共同构成，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，凹壳2a末端中心成型轴承座，装配有套于芯轴1上的另一个轮毂轴承3以支撑凹壳2a。

再结合图1所示，本实施例中的直驱型电机机芯的定子由键槽配合固定在芯轴1上并由两侧卡圈（图中未标出）轴向卡位的定子支架4和固定在定子支架4上的定子线圈5共同构成，而直驱型电机机芯的转子由固定设于轮毂壳体2内周壁上的磁钢定位环6和固定在磁钢定位环6上并位于定子线圈5外围的磁钢7共同构成。具体如图1所示，所述轮毂壳体2的凹壳2a内周壁上设有供所述磁钢定位环6嵌入的台阶槽a，磁钢定位环6一端与该台阶槽a的端壁抵紧，而另一端由所述端盖2b顶紧，从而完成与轮毂壳体2的固定。

所述电感编码器由码盘8、与码盘8配合的编码器感应线圈9及与编码器感应线圈9电连接的处理芯片（图中未画出）共同构成。

本实用新型中将码盘8一体成型在轮毂壳体2的内端壁（也即端盖2b的内壁）上，而编码器感应线圈9则固定在定子支架4上并与码盘8相对。

本实施例中的编码器感应线圈9为PCB板电磁线圈，采用感应线圈固定螺钉10锁紧固定在定子支架4上。所述码盘8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8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8a，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9和定子线圈5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11。

本实用新型的特点如下：

1）本实用新型的这种轮毂电机使用直驱型电机机芯，使其适用于低速的移动平台，并且由于取消行星减速机构，故轮毂壳体2内部结构简单，易于装配。

2）本实用新型在使用了直驱型电机机芯的前提下，将电感编码器的码盘8固定或一体成型在了轮毂壳体2内端壁上，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，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。

3）本实用新型将电感编码器的码盘8设置到端盖2b内壁上，编码器感应线圈9设置到定子支架4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8设置在端盖2b上，制造和安装都更加简便。

4）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 (7)

1.一种采用电感编码器的低速直驱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直驱型电机机芯和电感编码器，其特征在于直驱型电机机芯的定子包括固定在芯轴（1）上的定子支架（4）和固定在定子支架（4）上的定子线圈（5），而直驱型电机机芯的转子包括固定或一体设于轮毂壳体（2）内周壁上的磁钢定位环（6）和固定在磁钢定位环（6）上并位于定子线圈（5）外围的磁钢（7）；电感编码器包括码盘（8）和与码盘（8）配合的编码器感应线圈（9），码盘（8）固定或者一体成型在轮毂壳体（2）内端壁上，而编码器感应线圈（9）则固定在定子支架（4）上并与码盘（8）相对。

2.根据权利要求1所述的采用电感编码器的低速直驱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），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（8）固定或一体成型在端盖（2b）的内壁上。

3.根据权利要求1所述的采用电感编码器的低速直驱型移动平台轮毂电机，其特征在于所述编码器感应线圈（9）为PCB板电磁线圈，通过感应线圈固定螺钉（10）固定至所述定子支架（4）上，电感编码器还包括与PCB板电磁线圈电连接的处理芯片。

4.根据权利要求3所述的采用电感编码器的低速直驱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（9）和定子线圈（5）的引出线从芯轴（1）内部引出。

5.根据权利要求1所述的采用电感编码器的低速直驱型移动平台轮毂电机，其特征在于所述码盘（8）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（8a）。

6.根据权利要求1所述的采用电感编码器的低速直驱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（11）。

7.根据权利要求2所述的采用电感编码器的低速直驱型移动平台轮毂电机，其特征在于所述凹壳（2a）内周壁上设有供所述磁钢定位环（6）嵌入的台阶槽（a），磁钢定位环（6）一端与台阶槽（a）的端壁抵紧，而另一端由所述端盖（2b）顶紧。

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