CN213544814U - 一种振镜驱动装置及振镜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种振镜驱动装置及振镜组件，属于激光雷达技术领域。所述振镜驱动装置包括：转子轴，所述转子轴用于驱动振镜旋转；电机磁钢，所述电机磁钢套设于所述转子轴上，所述电机磁钢包括若干个磁极；电机线圈，所述电机线圈与所述电机磁钢沿竖直方向上下间隔设置；电控板，所述电控板与所述电机线圈电性连接。本实用新型所提供的振镜驱动装置通过将电机线圈和电机磁钢上下间隔设置，使得电机磁钢可以设置更多的磁极，更利于对振镜进行转动控制，从而提升了振镜驱动的稳定性。

Description

一种振镜驱动装置及振镜组件

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种振镜驱动装置及振镜组件。

背景技术

振镜是固态激光雷达中的光学扫描元件，振镜能够通过水平方向及竖直方向的扫描完成二维扫描，这里将振镜水平方向扫描时的转动轴称为慢轴，将振镜竖直方向扫描时的转动轴称为快轴。振镜沿快轴的转动通过扭力梁实现，而振镜沿慢轴的转动则通过电机来实现。

然而，现有电机的电机磁钢的尺寸受制于电机线圈的尺寸，使得电机磁钢上能够设置的磁极数量较少,导致振镜的转动不好控制，稳定性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种振镜驱动装置及振镜组件，能够实现振镜沿慢轴转动的平稳控制。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种振镜驱动装置，包括：

转子轴，所述转子轴用于驱动振镜旋转；

电机磁钢，所述电机磁钢套设于所述转子轴上，所述电机磁钢包括若干个磁极；

电机线圈，所述电机线圈与所述电机磁钢沿竖直方向上下间隔设置；

电控板，所述电控板与所述电机线圈电性连接。

可选地，所述振镜驱动装置还包括固定座，所述固定座具有容纳腔，所述转子轴、所述电机磁钢、所述电机线圈以及所述电控板均设置于所述容纳腔内；

所述转子轴与所述固定座转动连接；

所述电控板安装在所述固定座上。

可选地，所述固定座包括底部设置敞口的座体和设于所述座体底部的底板，所述底板用于封闭所述敞口；所述底板上设置安装凸台，所述电机线圈与所述电控板均安装在所述安装凸台上。

可选地，所述振镜驱动装置还包括轴承结构，所述转子轴与所述固定座通过所述轴承结构转动连接。

可选地，所述轴承结构设置有两个，其中一个所述轴承结构设置于所述转子轴与所述座体之间，另一个所述轴承结构设置于所述转子轴与所述安装凸台之间。

可选地，所述振镜驱动装置还包括角度传感器，所述角度传感器包括：

磁铁，设于所述转子轴底端；所述底板上开设有竖直通孔，所述转子轴向下延伸至所述竖直通孔内；

PCB板，设于所述底板的下方，且与所述电控板电性连接；所述PCB板上设置磁感应件。

一种振镜组件，包括振镜和上述任一所述的振镜驱动装置，所述振镜驱动装置的所述转子轴与所述振镜连接。

可选地，所述振镜包括：

振镜支架，包括第一支撑框、扭力梁以及第二支撑框，所述第二支撑框设置于所述第一支撑框内，并通过所述扭力梁连接于所述第一支撑框，所述扭力梁沿第一方向延伸；

反射镜；

线圈，所述线圈与所述反射镜沿第二方向分别设置于所述第二支撑框的两个侧面，所述第二方向同时垂直于所述第一方向与所述竖直方向；

磁体，设置为两个，两个所述磁体分别安装在所述第一支撑框，且以所述扭力梁为对称轴对称设置于所述线圈的上下两侧。

可选地，所述线圈与所述电控板电性连接。

可选地，所述振镜支架还包括设于所述第一支撑框底部的连接件，所述连接件与所述转子轴固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型所提供的振镜驱动装置通过将电机线圈和电机磁钢上下间隔设置，避免了电机磁钢的尺寸受制于电机线圈的尺寸的问题，使得电机磁钢可以设置更多的磁极，更利于对振镜进行转动控制，从而提升了振镜驱动的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种振镜驱动装置的分解示意图；

图2为本实用新型实施例中一种振镜组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中一种振镜组件的正视图；

图4为本实用新型实施例中一种振镜组件的剖视图。

附图标记：

10、振镜；20、振镜驱动装置；

11、振镜支架；12、反射镜；13、线圈；14、磁体；15、连接件；111、第一支撑框；112、扭力梁；113、第二支撑框；151、安装孔；

21、固定座；22、转子轴；23、电机磁钢、24、电机线圈；25、电控板；26、角度传感器；27、轴承结构；210、容纳腔；211、座体；212、底板；261、磁铁；262、PCB板；2121、安装凸台；2122、竖直通孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，为本实用新型实施例中一种振镜驱动装置的分解示意图。如图1所示，本实施例提供一种振镜驱动装置，该振镜驱动装置20包括转子轴22、电机磁钢23、电机线圈24以及电控板25。

其中，转子轴22用于驱动振镜10旋转。

在本实施例中，转子轴22为圆柱体，转子轴22与振镜10连接，当转子轴22被施加外力时，转子轴22做圆周运动，驱动振镜10旋转。振镜10的扫描角度等于转子轴22的转动角度，振镜10的扫描频率等于转子轴22单位时间内的转动圈数。可以理解，转子轴22不限于本实施例公开的圆柱体，其还可以为其他形状构造的驱动轴，如中空管状等。

电机磁钢23套设于转子轴22上，电机磁钢23包括若干个磁极。

在本实施例中，电机磁钢23固定套设于转子轴22外侧，以使电机磁钢23与转子轴22可以同步旋转。电机磁钢23采用环形结构，若干个磁极绕环形电机磁钢23的外侧设置，转子轴22穿过环形电机磁钢23的中心通孔。电机磁钢23与转子轴22可以一体成型，也可以通过螺纹、螺栓、铆接、焊接、过盈配合等方式固定连接，例如，转子轴22设置有外螺纹，电机磁钢23的对应位置设置有与该外螺纹适配的内螺纹，通过螺纹连接的方式，将电机磁钢23固定在转子轴22的目标位置。

电机线圈24与电机磁钢23沿竖直方向上下间隔设置。

在本实施例中，电机线圈24采用环形结构，环形电机线圈24与环形电机磁钢23相对设置，且位于电机磁钢23沿竖直方向的正下方。电机线圈24包括与若干个磁极数量一致的子线圈，每一子线圈对应一个磁极，根据振镜10的不同转速要求，如匀加速、匀速以及匀减速的任一组合，所述子线圈的圈数可灵活设置，以便更加灵活地对振镜10的转速进行控制。

需要说明的是，上述实施例提供的是电机线圈24组成方式的其中一个示例，不用于限制本申请。

电控板25与电机线圈24电性连接。

在本实施例中，电控板25采用环形结构，环形电控板25与环形电机线圈24相对设置，且位于电机线圈24沿竖直方向的正下方。电控板25用于控制电机线圈24的通电，进而控制转子轴22转动方向、转动速度等转动参数。

其中，电机线圈24以及电控板25的内径大于转子轴22的直径，以不干涉转子轴22的转动。在一些实施例中，电机磁钢23、电机线圈24以及电控板25的形状不限于本实施例公开的环形结构。电机磁钢23、电机线圈24以及电控板25的安装位置也不限于本实施例公开的具体安装位置，如沿竖直方向从上往下分别为电机线圈24、电机磁钢23及电控板25，又如电控板25不与电机线圈24和电机磁钢23同轴设置，即电控板25不位于电机线圈24的正下方。

本实施例中，以电机磁钢23为转子，电机线圈24为定子，电机线圈24通电，电机磁钢23带动转子轴22一同旋转。参考线性电机的驱动原理，线性电机包括上下间隔设置的初级和次级，其通过初级绕组通入电流以在初次级之间的气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动，进而实现直线运动；本实施例的振镜驱动装置20，相当于将线性电机的初级和次级分别卷绕，初级卷绕后形成电机线圈24，次级卷绕后形成电机磁钢23，通过向电机线圈24中通入电流最终实现电机磁钢23的旋转运动，进而实现转子轴22旋转力矩的输出。

传统的以磁钢为转子、线圈为定子的电机中，电机磁钢23一般是设置在电机线圈24内部的，电机磁钢23的大小显然受制于电机线圈24的大小，进而导致电机磁钢23上磁极的极数设置数量受限。一般地，电机的极数越多，电机转速越慢，越有利于实现对振镜10的控制。本实施例中将电机磁钢23与电机线圈24设置为一上一下，使得电机磁钢23的尺寸不受制于电机线圈24，电机磁钢23得以布置更多的磁极。

综上，磁极包括N极和S极，磁极总是成对出现的，因此，电机磁钢23由若干个N极与对应数量的S极构成。在本实施例中，电机磁钢23是做圆周运动的，将每一磁极看作是多边形的一条边，若干个磁极沿电机磁钢23的外圆周设置，磁极的数量越多，若干个磁极连线形成的多边形越接近圆，输出的扭矩越均匀，使得电机运行越平稳，从而实现对振镜10转速的平稳控制。同时，假设磁极个数为q，电机极对数为p，输入信号频率为f，电机转速为n，其中p＝1/2q,则根据公式n＝60f/p可知：在输入信号频率f一定的情况下，电机极对数p增大，电机转速n减小。因此，本实施例所提供的振镜驱动装置20通过设置更多的磁极，有利于获得较小的电机转速，更适于振镜10沿慢轴的转动控制，使其转动更加平稳。

在一些实施例中，振镜驱动装置20还包括固定座21，固定座21具有容纳腔210，转子轴22、电机磁钢23、电机线圈24和电极板25均设置在容纳腔210内，转子轴22与固定座21转动连接，电控板25安装在固定座21上。

为了方便上述振镜驱动装置20的装配，参考图1和图3，固定座21包括底部设置敞口的座体211和设于座体211底部的底板212，底板212用于封堵敞口；底板212上设置安装凸台2121，电机线圈24和电控板25均安装在安装凸台2121上，以实现稳固放置。

其中，座体211为敞开式结构，具体包括顶板以及与顶板连接的两个支撑侧板(图未标示)，两个支撑侧板相对设置，且与底板212连接，进而形成了容纳腔210。其中，座体211的顶部设置有圆形通孔(图未标示)，转子轴22通过该圆形通孔穿出固定座21后与振镜10连接。

具体地，座体211的内径大于电机磁钢23、电机线圈24或电控板25的外径，以使容纳腔210能够容纳上述零部件。如图4所示，安装凸台2121与底板212的连接处形成了第一台阶，电控板25卡接于第一台阶处，以实现电控板25的稳定放置。安装凸台2121的顶部设置第二台阶，电机线圈24卡接于第二台阶处，以实现电机线圈24的放置。因此，电机线圈24与电控板25在安装凸台2121上也一上一下间隔设置，互不干涉。

在一些实施例中，请参阅图1和图4，振镜驱动装置20还包括轴承结构27，转子轴22与固定座21通过轴承结构27转动连接。

可选地，轴承结构27设置有两个，且在竖直方向间隔分布，以保证转子轴22转动的稳定。其中一个轴承结构27设于转子轴22与座体211之间，另一个轴承结构27设于转子轴22与安装凸台2121之间。底板212上开设有竖直通孔2122，竖直通孔2122贯穿安装凸台2121以及整个底板212，转子轴22向下延伸至竖直通孔2122内。转子轴22与座体211顶部设置的圆形通孔的孔壁之间设置一个轴承结构27，转子轴22与竖直通孔2122的孔壁之间设置另一个轴承结构27。

在一些实施例中，请参阅图2至图4，振镜驱动装置20还包括角度传感器26，用于检测转子轴22的转动参数。

具体地，角度传感器26包括设于转子轴22底部的磁铁261和设于固定座21下方的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板262，PCB板262与电控板25电性连接，PCB板262上设有磁感应件，用于感应磁铁261相对于PCB板262旋转时的磁场变化，并将信号经处理后变成电压信号输出至电控板25，进而得以获得转子轴22的转动参数，实现整个振镜驱动装置20转动驱动的精确控制。在本实施例中，磁感应件可为霍尔器件。PCB板262设于底板212的下方，且与底板212相连；转子轴22向下延伸至竖直通孔2122底部，磁铁261设置在转子轴22的底端。

在一些其他的实施例中，角度传感器26也可以采用光电编码器实现；光电编码器是一种常见的传感器，主要用于检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数，这里不再赘述其原理和结构。

请参阅图2，本实施例还提供了一种振镜组件，其包括振镜10及上述的振镜驱动装置20，振镜驱动装置20的转子轴22与振镜10连接，进而得以驱动振镜10绕第一轴线转动；这里的第一轴线为转子轴22的中心轴线，也是振镜10水平扫描时的慢轴。由于振镜组件包括了上述振镜驱动装置20，所以至少具有上述振镜驱动装置20所具有的有益效果，在此不再赘述。

请参阅图2至图4，振镜10包括振镜支架11、反射镜12、线圈13和磁体14。其中，振镜支架11包括第一支撑框111、扭力梁112和第二支撑框113，第二支撑框113设于第一支撑框111内，并通过扭力梁112连接于第一支撑框111，扭力梁112沿第一方向(如图2所示的X轴方向)延伸。反射镜12与线圈13分别设于第二支撑框113沿第二方向(如图2所示的Y轴方向)的两侧，第一方向与第二方向是水平面内相互垂直的两个方向。磁体14设置有两个，均安装在第一支撑框111上，且以扭力梁112为对称轴对称地设置于线圈13的上下两侧。

振镜10的线圈13与电控板25电性连接，当交流电信号流过线圈13，产生变化电磁场，磁体14的磁场对线圈13内运动电荷产生沿特定方向的洛伦兹力，使得第二支撑框113及其上的反射镜12绕第二轴线偏转，这里的第二轴线可以理解为振镜10扫描的快轴，进而使得电控板25可以控制振镜10实施在竖直方向的扫描动作。

在一些实施例中，请再次参阅图2至图4，振镜支架11还包括设于第一支撑框111底部的连接件15，连接件15与转子轴22固定连接。如图3所示，连接件15的底部开设安装孔151，转子轴22插设于安装孔151内，实现了振镜驱动装置20输出端与振镜10的连接。

需要说明的是，上述实施例提供了振镜10的其中一种示例，不用于限制振镜10的具体组成方式。满足在本申请任一实施例提供的振镜驱动装置20的驱动下实现对激光光束的偏转，从而实现对目标物体进行光学扫描的其他组成方式的振镜10均在本申请的保护范围内。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种振镜驱动装置，其特征在于，包括：

转子轴(22)，所述转子轴(22)用于驱动振镜(10)旋转；

电机磁钢(23)，所述电机磁钢(23)套设于所述转子轴(22)上，所述电机磁钢(23)包括若干个磁极；

电机线圈(24)，所述电机线圈(24)与所述电机磁钢(23)沿竖直方向上下间隔设置；

电控板(25)，所述电控板(25)与所述电机线圈(24)电性连接。

2.根据权利要求1所述的振镜驱动装置，其特征在于，所述振镜驱动装置还包括固定座(21)，所述固定座(21)具有容纳腔(210)，所述转子轴(22)、所述电机磁钢(23)、所述电机线圈(24)以及所述电控板(25)均设置于所述容纳腔(210)内；

所述转子轴(22)与所述固定座(21)转动连接；

所述电控板(25)安装在所述固定座(21)上。

3.根据权利要求2所述的振镜驱动装置，其特征在于，所述固定座(21)包括底部设置敞口的座体(211)和设于所述座体(211)底部的底板(212)，所述底板(212)用于封闭所述敞口；所述底板(212)上设置安装凸台(2121)，所述电机线圈(24)与所述电控板(25)均安装在所述安装凸台(2121)上。

4.根据权利要求3所述的振镜驱动装置，其特征在于，所述振镜驱动装置还包括轴承结构(27)，所述转子轴(22)与所述固定座(21)通过所述轴承结构(27)转动连接。

5.根据权利要求4所述的振镜驱动装置，其特征在于，所述轴承结构(27)设置有两个，其中一个所述轴承结构(27)设置于所述转子轴(22)与所述座体(211)之间，另一个所述轴承结构(27)设置于所述转子轴(22)与所述安装凸台(2121)之间。

6.根据权利要求3-5任一项所述的振镜驱动装置，其特征在于，所述振镜驱动装置还包括角度传感器(26)，所述角度传感器(26)包括：

磁铁(261)，设于所述转子轴(22)底端；所述底板(212)上开设有竖直通孔(2122)，所述转子轴(22)向下延伸至所述竖直通孔(2122)内；

PCB板(262)，设于所述底板(212)的下方，且与所述电控板(25)电性连接；所述PCB板(262)上设置磁感应件。

7.一种振镜组件，其特征在于，包括振镜(10)和权利要求1-6任一项所述的振镜驱动装置，所述振镜驱动装置的所述转子轴(22)与所述振镜(10)连接。

8.根据权利要求7所述的振镜组件，其特征在于，所述振镜(10)包括：

振镜支架(11)，包括第一支撑框(111)、扭力梁(112)以及第二支撑框(113)，所述第二支撑框(113)设置于所述第一支撑框(111)内，并通过所述扭力梁(112)连接于所述第一支撑框(111)，所述扭力梁(112)沿第一方向延伸；

反射镜(12)；

线圈(13)，所述线圈(13)与所述反射镜(12)沿第二方向分别设置于所述第二支撑框(113)的两个侧面，所述第二方向同时垂直于所述第一方向与所述竖直方向；

磁体(14)，设置为两个，两个所述磁体(14)分别安装在所述第一支撑框(111)，且以所述扭力梁(112)为对称轴对称设置于所述线圈(13)的上下两侧。

9.根据权利要求8所述的振镜组件，其特征在于，所述线圈(13)与所述电控板(25)电性连接。

10.根据权利要求8所述的振镜组件，其特征在于，所述振镜支架(11)还包括设于所述第一支撑框(111)底部的连接件(15)，所述连接件(15)与所述转子轴(22)固定连接。

Images