CN216490126U - 一种具有转速监控的激光雷达外转子电机及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有转速监控的激光雷达外转子电机及激光雷达，外转子电机包括电机轴；壳体包括分别设于电机轴两端的上壳和底壳；转子组件包括固设在轴承外圈的转子轭、固定在转子轭外围的光学反射镜以及套设在电机轴的靠近上壳的一端的遮光环，遮光环上设有采样位；转速采样装置设置在上壳上且与遮光环对应；多个测速装置设置在底壳上且与转子轭的底端对应，其与转速采样装置电路连接并构成双闭环控制系统；当采样位转到转速采样装置处时，转速采样装置对电机转速信号进行一次采集，并通过双闭环控制系统对电机转速进行控制调节。通过合理的结构设计，对电机转速进行监测和控制调节，提高电机转速的稳定性，保证激光雷达点云成像的稳定性。

Description

一种具有转速监控的激光雷达外转子电机及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体地涉及一种具有转速监控的激光雷达外转子电机及具有该外转子电机的激光雷达。

背景技术

激光雷达（Laser Radar），是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达主要包括壳体、电机和光学反射镜。现有技术中通常使用内转子电机以传动件连接的方式把两部分关键部件分开，由于传动链越多，光学累计误差越大，也就是说内转子电机的结构光学测量精度大大降低，影响使用体验。同时内转子电机存在轴承间棱柱的方式，体积较大，反射激光不容易控制到汽车行驶方向。

外转子电机的光学反射镜固定在转子上并随转子转动，因此电机的转速的稳定性对激光雷达点云成像的稳定性具有很大的影响。现有技术中通常采用速度电流双闭环控制系统对电机的转速进行调节控制，但是由于激光雷达电机结构紧凑，如何设计双闭环控制系统成为难点。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是提供一种具有转速监控的激光雷达外转子电机及激光雷达，通过合理的结构设计，对电机的转速数据进行一次采集，实时了解电机的转速，并对电机的转速进行调整，方便电机的控制，提高电机转速的稳定性，保证激光雷达点云成像的稳定性。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的其中一个目的在于提供一种具有转速监控的激光雷达外转子电机，包括：

电机轴，其上套设有轴承；

壳体，包括分别设于所述电机轴两端的上壳和底壳；

转子组件，包括固设在轴承外圈的转子轭、固定在所述转子轭外围的光学反射镜以及套设在所述电机轴的靠近所述上壳的一端的遮光环，所述遮光环上设有采样位；

转速采样装置，设置在所述上壳上且与所述遮光环对应；

多个测速装置，设置在所述底壳上且与所述转子轭的底端对应，其与所述转速采样装置电路连接并构成双闭环控制系统；

当所述采样位转到所述转速采样装置处时，所述转速采样装置对电机转速信号进行一次采集，并通过双闭环控制系统对电机转速进行控制调节。

可选的，还包括线路板，所述线路板包括：

第一部分，设于所述底壳上，所述测速装置设置在所述第一部分上；

第二部分，固设于所述上壳上，所述转速采样装置设置在所述第二部分的底部；

第三部分，连接在所述第一部分和第二部分之间。

可选的，所述测速装置为位置传感器，其数量为三个且沿周向间隔设在所述第一部分上。

可选的，所述底壳的上端面开设有向下凹陷的第一凹槽，所述第一部分固设在所述第一凹槽内。

可选的，所述转速采样装置为编码器。

可选的，所述上壳的上表面开设有向下凹陷的第二凹槽，所述第二部分固定在所述第二凹槽内，且所述第二凹槽开设有供所述转速采样装置延伸至所述上壳的下表面的通孔。

可选的，所述底壳的外边缘还设有向上延伸的环壁结构，所述环壁结构与所述光学反射镜之间具有间隙，所述第二部分位于所述环壁结构的外侧且所述环壁结构与所述底壳的连接处开设有供所述第二部分穿过的避让孔。

可选的，所述环壁结构为非闭合环。

可选的，所述采样位为开设在所述遮光环的沿轴向延伸的缺口。

本实用新型的另一个目的在于提供一种激光雷达，包括上述任一项所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型的具有转速监控的激光雷达外转子电机，在紧凑的激光雷达电机结构上，通过合理的结构设计，由转速采样装置和测速装置构成的双闭环控制结构，对电机的转速数据进行一次采集，实时了解电机的转速，并对电机的转速进行调整，方便电机的控制，提高电机转速的稳定性，保证了激光雷达点云成像的稳定性。

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为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的底壳和环壁的俯视结构示意图；

图4为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的上壳的俯视结构示意图；

图5为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的线路板的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机的遮光环的结构示意图。

其中：1、电机轴；2、转子组件；21、转子轭；22、光学反射镜；23、遮光环；231、缺口；3、上壳；31、第二凹槽；32、通孔；4、底壳；41、环壁；411、避让孔；42、第一凹槽；5、轴承；6、线路板；61、第一部分；62、第二部分；63、第三部分；7、转速采样装置；8、测速装置；9、定子组件；10、磁钢。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例：

参见图1至图6，本实用新型实施例的一种具有转速监控的激光雷达外转子电机，包括电机轴1、壳体、轴承5、转子组件2、线路板6、测速装置8、转速采样装置7、磁钢10和定子组件9。壳体包括上壳3和底壳4，上壳3和底壳4分别设在轴的两端，具体的，上壳3通过螺钉固定在轴的上端，轴的下端通过过盈配合压入底壳4内固定。轴的上端靠近上壳3位置套设有轴承5，轴上对应轴承5位置处设有O型环，轴承5与O型环紧密贴合固定。转子组件2包括转子轭21、光学反射镜22和遮光环23。其中，转子轭21套设于轴承5的外周，转子轭21的外周为两层台阶状。光学反射镜22固定在转子轭21的外周且搭接在转子轭21的下层的台阶面上。遮光环23套设在电机轴1靠近上壳3的一端上且搭接压靠在转子轭21和光学反射镜22上，遮光环23上设有采样位。磁钢10设置在转子轭21的靠近底壳4的一端的内壁上。定子组件9固定在电机轴1的靠近底壳4的一端上且位于磁钢10的内侧。线路板6设置在壳体上。测速装置8设置在底壳4上且对应转子轭21的底端，转速采样装置7设置在上壳3上且与遮光环23对应。测速装置8与转速采样装置7电路连接并构成双闭环控制系统。当采样位转到转速采样装置7处时，转速采样装置7对电机转速信号进行一次采集，并通过双闭环控制系统对电机转速进行控制调节。对于双闭环控制系统的电路及工作原理在此不做详细描述和限定，为现有常规的速度电流双闭环控制系统的工作原理和电路结构。由于激光雷达电机的结构紧凑性，双闭环控制系统的设计成为难点，本申请通过合理设计转速采样装置7和测速装置8，将两者的其中一个设置在底壳4上，一个设计在上壳3上，利用底壳4和转子轭21底端之间的间隙设计转速采样装置7且利用上壳3与遮光环23之间的间隙设置测速装置8，两者之间电路连接构建成一个双闭环速度控制系统，对电机转速进行实时监测并控制调节，从而大大提高了电机转速的稳定性，保证了激光雷达点云成像的稳定性。测速装8置和转速采样装置7不占用原有激光雷达电机以外的空间，结构设计合理，解决现有激光雷达电机的测速装置的设计和安装难题。

如图5所示，线路板6包括三部分，分别为设置在底壳4上的第一部分61、设置在上壳3的第二部分62和连接第一部分61与第二部分62且位于转子轭21外周的环壁41外侧的第三部分63，转速采样装置7设置在上壳3上，测速装置8设置在底壳4上。更具体的，如图3所示，在底壳4的左侧上表面上开设有向下凹陷的第一凹槽42，第一部分61卡固在第一凹槽42内。如图4所示，在上壳3的左侧上表面上开设有向下凹陷的第二凹槽31，第二部分62通过螺钉等紧固件固定在第二凹槽31内，对应地，在第二凹槽31上开设有供螺钉等紧固件连接的连接孔。为了便于转速采样装置7能够与上壳3下方的遮光环23上的采样点对应以对遮光环23的转速进行采样，在第二凹槽31上开设有贯穿上壳3的通孔32，转速采样装置7固定在第二部分62的底部并伸入通孔32内延伸至上壳3的底面并悬于遮光环23的正上方，更具体的，如图5所示，转速采样装置7为倒U型结构，倒U型结构的两侧壁对应遮光环23的内周壁和外周壁也即遮光环23位于U型结构的两侧壁之间，当遮光环23随着转子轭21转动至其上的采样点到达转速采样装置7的两侧壁中间时，转速采样装置7即对转速进行一次采集。优选地，本实施例中转速采样装置7为现有市场上常规的编码器，其工作原理和具体结构在此不做详细描述和限定。对于采样位而言，如图6所示，采样位为开设在遮光环23上的沿遮光环23的轴向方向由上至下延伸的缺口231，缺口231的底部未延伸至遮光环23的底周面。

对于测速装置8而言，其为现有市场上常规的位置传感器，本实施例中优选为霍尔传感器，其具体结构和工作原理不做详细描述和限定，为现有技术。如图5所示，本实施例中霍尔传感器的数量为三个，三个霍尔传感器沿周向间隔设置在第一部分61上，也就是说三个霍尔传感器落在转子轭21的下圆周面在底壳4上的投影上。

根据本实施例的优选实施例，为了防止线路板6的第二部分62不会刮擦到转子组件2，如图1至图3所示，在光学反射镜22的外周还设有防护环壁41，防护环壁41的内壁与光学反射镜22的外壁之间预留有间隙，防护环壁41的底部与底壳4的外周沿连接，第二部分62位于防护环壁41的外侧，也就是说环壁41和底壳4构成一个顶部开口的U型结构。为了使得第二部分62延伸至在环壁41的外侧，在第二部分62上或者第二部分62与环壁41的连接处开设有避让孔411，第二部分62通过该避让孔411伸出至环壁41的外侧。优选地，环壁41与底壳4为一体成型结构。对于环壁41而言，如图3所示，环壁41的内壁呈由上而下逐渐靠近光学反射镜22的倒锥形结构。形成摇篮式结构，不仅可以防止线路板6与转子组件2发生刮擦，还可以保护光学反射镜22，避免光学反射镜22发生碰撞损坏。更优选地，环壁41的内壁面为弧形面。可选的，环壁41为非闭合环状。如图3所示，环壁41的前面开有开口。

对于遮光环23而言，如图1和图6所示，包括两部分，上部分为设置采样位的环部，下部分为压靠在转子轭21和光学反射镜22上的T型状的压板部。

对于光学反射镜22而言，可以为现有常规的激光雷达用棱镜，具体为棱镜为棱台式多面分布，每个面均为均匀斜面，用于反射激光，棱镜为玻璃材质或高反射率材料（具体不做详细描述和限定，为现有市场上常规的光学反射镜22用反射材料）涂覆于棱台表面。

本实用新型实施例还提供了一种激光雷达，包括上述实施例的具有转速监控的激光雷达外转子电机。对于激光雷达中除电机以外的其他的结构不做详细描述和限定，为现有常规结构。由于采用了上述实施例的外转子电机，故而至少具有上述实施例的外转子电机的有益效果。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，包括：

电机轴(1)，其上套设有轴承(5)；

壳体，包括分别设于所述电机轴(1)两端的上壳(3)和底壳(4)；

转子组件(2)，包括固设在轴承(5)外圈的转子轭(21)、固定在所述转子轭(21)外围的光学反射镜(22)以及套设在所述电机轴(1)的靠近所述上壳(3)的一端的遮光环(23)，所述遮光环(23)上设有采样位；

转速采样装置(7)，设置在所述上壳(3)上且与所述遮光环(23)对应；

多个测速装置(8)，设置在所述底壳(4)上且与所述转子轭(21)的底端对应，其与所述转速采样装置(7)电路连接并构成双闭环控制系统；

当所述采样位转到所述转速采样装置(7)处时，所述转速采样装置(7)对电机转速信号进行一次采集，并通过双闭环控制系统对电机转速进行控制调节。

2.根据权利要求1所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，还包括线路板(6)，所述线路板(6)包括：

第一部分(61)，设于所述底壳(4)上，所述测速装置(8)设置在所述第一部分(61)上；

第二部分(62)，固设于所述上壳(3)上，所述转速采样装置(7)设置在所述第二部分(62)的底部；

第三部分(63)，连接在所述第一部分(61)和第二部分(62)之间。

3.根据权利要求2所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述测速装置(8)为位置传感器，其数量为三个且沿周向间隔设在所述第一部分(61)上。

4.根据权利要求2或3所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述底壳(4)的上端面开设有向下凹陷的第一凹槽(42)，所述第一部分(61)固设在所述第一凹槽(42)内。

5.根据权利要求2所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述转速采样装置(7)为编码器。

6.根据权利要求2或5所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述上壳(3)的上表面开设有向下凹陷的第二凹槽(31)，所述第二部分(62)固定在所述第二凹槽(31)内，且所述第二凹槽(31)开设有供所述转速采样装置(7)延伸至所述上壳(3)的下表面的通孔(32)。

7.根据权利要求2所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述底壳(4)的外边缘还设有向上延伸的环壁(41)结构，所述环壁(41)结构与所述光学反射镜(22)之间具有间隙，所述第二部分(62)位于所述环壁(41)结构的外侧且所述环壁(41)结构与所述底壳(4)的连接处开设有供所述第二部分(62)穿过的避让孔(411)。

8.根据权利要求7所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述环壁(41)结构为非闭合环。

9.根据权利要求1所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机，其特征在于，所述采样位为开设在所述遮光环(23)的沿轴向延伸的缺口(231)。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的具有转速监控的激光雷达外转子电机。

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