CN219779942U - 一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，包括：底座：定子座，固定在底座上；转镜，与轴芯组件固定连接；磁体组件，固定在转镜上，磁体组件套设在磁感组件上；光码盘，固定在转镜底部的圆环，光码盘外表面均匀间隔设置有多个透光区和反射区；PCB板，固定在底座上，PCB板包括多个霍尔传感器和位置检测组件，多个霍尔传感器位于磁体组件的下方，位置检测组件位于光码盘的下方，光码盘的下表面与位置检测组件的上表面之间的平行度为0.001mm‑0.01mm；霍尔传感器检测转镜的第一转动信息；位置检测组件检测转镜的第二转动信息，利用第一转动信息和第二转动信息确定转镜的转动信息。利用本方案，既提高转镜转动信息的检测精度，又减少了检测时间。

Description

一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，特别地涉及一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机。

背景技术

激光雷达探测是一种利用激光雷达系统发射激光束探测目标位置、速度等特征的技术，在社会生活中，主要应用在无人驾驶和自动驾驶领域中。

激光雷达电机用在车载激光雷达中，能够驱动车载激光雷达的棱镜按照预设的方向转动，将激光反射到周围环境以测量物体的距离、角度和/或速度。激光雷达电机中包括霍尔传感器，用于检测电机的旋转状态和/或参数。但是，霍尔传感器的检测精度无法满足激光雷达正常工作的需求。另外，如果使用高精度传感器检测电机的旋转状态和/或参数，存在处理时间长，输出结果延迟的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本申请提出了一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，包括：底座：定子座，固定在所述底座上，其内部设有轴芯组件，外部设有磁感组件；转镜，通过转接法兰与所述轴芯组件的轴芯固定连接，所述转镜为中空的不规则四棱台；磁体组件，固定在所述转镜的中空内腔中的环形结构，所述磁体组件套设在所述磁感组件上，所述磁体组件的轴线、所述转镜的轴线和所述定子座的轴线在同一直线上；光码盘，固定在所述转镜底部的圆环，所述光码盘外表面均匀间隔设置有多个透光区和反射区，所述光码盘与所述磁体组件的圆心重合，所述光码盘的最大解析度为1000LPI；PCB板，固定在所述底座上，PCB板包括多个霍尔传感器和位置检测组件，多个所述霍尔传感器位于所述磁体组件的下方，所述位置检测组件位于所述光码盘的下方，所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述光码盘的下表面与所述位置检测组件的上表面之间的平行度为0.001mm-0.01mm；其中，所述转镜、所述转接法兰和所述轴芯相对于所述定子座转动，所述霍尔传感器通过与所述磁体组件磁感应以检测所述转镜的第一转动信息；所述位置检测组件通过接收所述反射区反射的光线以检测所述转镜的第二转动信息，利用所述第一转动信息和所述第二转动信息确定所述转镜的转动信息；所述位置检测组件的检测角度绝对精度为≤0.025°，所述位置检测组件的检测角度重复精度为≤0.02°。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述光码盘与所述转镜底部之间固定连接，两者之间设有粘结剂层，所述光码盘与所述位置检测组件之间的距离为0.2mm-0.4mm。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述磁体组件包括钕铁硼磁环，所述钕铁硼磁环的有效工作温度为：-40℃-160℃。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述PCB板上的霍尔传感器设置数量为三个，三个所述霍尔传感器的设置位置与所述磁感组件中的三个槽极位置分别一一对应。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，相邻两个所述霍尔传感器之间的夹角为30°。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述转镜的中空内腔与所述磁体组件的外表面之间为小间隙配合；所述转镜的中空内腔的内径∮₁为19.8mm，+0.01/0mm；所述磁体组件的外径∮₂为19.8mm，0/-0.05mm。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述PCB板包括至少一个定位孔，通过所述定位孔与所述底座进行定位，所述PCB通过粘结剂固定在所述底座上。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述PCB板一部分为柔性板，另一部分为刚性板，所述霍尔传感器和所述位置检测组件设置在所述刚性板上。

如上所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，所述光码盘的反射率小于99％。

在本申请的PCB板上设置多个霍尔传感器和位置检测组件，利用多个霍尔传感器获得转镜的第一转动信息，利用位置检测组件和编码盘配合获得转镜的第二转动信息，通过第一转动信息和第二转动信息共同确定转镜的转动信息，既提高了转镜转动信息的检测精度，又减少了检测时间。

附图说明

下面，将结合附图对本申请的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本申请的一个实施例用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机的俯视方向结构示意图；

图2是图1沿A-A方向的剖视图；

图3是根据本申请的一个实施例定子座俯视方向结构意图；

图4是图3沿A-A方向的剖视图；

图5是根据本申请的一个实施例转镜仰视结构示意图；

图6是图5沿A-A方向的剖视图；

图7是根据本申请的一个实施例光码盘结构示意图；

图8是图7中A部分局部结构放大图；以及

图9是根据本申请的一个实施例PCB板结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

图1是根据本申请的一个实施例用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机的俯视方向结构示意图。图2是图1沿A-A方向的剖视图。如图1和图2所示，低转速光感应电机100包括：底座110、定子座120、转镜130、磁体组件140、光码盘150和PCB板160。其中，底座110包括形状不规则的底板和与底板垂直设置的多个形状不规则侧壁，多个侧壁沿转镜130的外周方向设置围设形成第一容置腔，转镜130设置在第一容置腔内。定子座120固定在底座110上，其内部设有轴芯组件，外部设有磁感组件；转镜130与定子座120中的轴芯固定连接，更具体地，转镜130通过转接法兰132与轴芯组件123中的轴芯固定连接。磁体组件140固定在转镜130的中空内腔中，在磁体组件140与磁感组件在磁感作用下，驱动转镜130和轴芯组件一起旋转运动。

光码盘150固定在转镜130的底部位置，PCB板160固定在底座110上，底座110的底板上开设有用于容纳PCB板的容置槽。PCB板160包括多个霍尔传感器和位置检测组件，霍尔传感器通过与磁体组件磁感应以检测转镜的第一转动信息，位置检测组件与光码盘150相互作用以检测转镜的第二转动信息。将霍尔传感器检测的第一转动信息和位置检测组件的第二转动信息相结合，共同确定转镜的转动参数，大大提高了转镜转动参数的精度，能够满足激光雷达正常工作的需求。进一步地，霍尔传感器和位置检测组件共同工作，缩短了确定转镜转动参数的时间。

图3是根据本申请的一个实施例定子座俯视方向结构意图。图4是图3沿A-A方向的剖视图。如图3和图4所示，定子座120为柱状体结构，且柱状体结构的底端部向外延伸成凸缘121。定子座上开设有沿着其轴向的第一贯穿孔122，第一贯穿孔122在柱状体结构内形成中空。凸缘121在柱状体结构的底端的部分在圆周方向上延伸为扇形，在凸缘121上开设有对称分布的安装孔125和定位销孔126。

如图4所示，轴芯组件123设置在定子座120的第一贯穿孔122内，轴芯组件123包括：轴芯1231、第一轴承1232和第二轴承1233、内挡1234、外挡1235、波形垫圈1236和轴套1237，轴芯1231穿设在第一贯穿孔122内，轴套1237、第一轴承1232、内档1234和第二轴承1233依次套设在轴芯1231上，第一轴承1232和第二轴承1233的外圈与第一贯穿孔122的内壁相接。其中，第二轴承1233为法兰轴承，法兰轴承凸出的边缘卡设在第一贯穿孔122内壁的承重台阶上。在雷达电机旋转180°工作时，法兰轴承的边缘卡设在承重台阶上，支撑轴芯组件123稳定运转。外挡1235与内挡1234均为圆筒状结构，外挡1235套设在内挡1234上。波形垫圈1236套设在内档1234上，并位于第一轴承1232与外挡1235之间。波形垫圈1236与第一轴承1232的外圈接触，通过波形垫圈1236的弹力对第一轴承1232和第二轴承1233的外圈形成一定的预压力，这样能够提高轴承的旋转精度、提高轴承的刚度以及提高轴承的使用寿命。磁感组件124固定在定子座120外部，其包括定子铁芯1241和定子绕组1242，定子铁芯1241与定子座120过渡配合。定子座120上设置有定位槽，定子铁芯1241的对应位置有定位凸起，当定子铁芯1241固定在定子座120上时，定位凸起卡设在定位槽中，使得定子铁芯1241上的槽极与正下方的霍尔传感器相对应。定子绕组1242缠绕在定子铁芯1241上的槽型结构上，该槽型结构既能够满足电机爬电距离的要求，又能够减轻电机的重量。

图5是根据本申请的一个实施例转镜仰视结构示意图。图6是图5沿A-A方向的剖视图。在图1、图5和图6所示的实施例中，转镜130为不规则四棱台结构，其内部为中空内腔131，中空内腔131贯穿转镜130，既可以减小转镜130的重量，又可以解决转镜130旋转时残余不平衡量的问题。转镜130的不规则形状与外部激光源的设置位置、方向和数量有关，可以根据实际需要，做其他结构选择。结合图2和图4所示，转镜130通过转接法兰132与轴芯组件123固定连接。转接法兰132固定在第二容置腔133中，转接法兰132的上表面与第二容置腔133的顶壁接触固定。其中，转接法兰132的上表面与第二容置腔133顶壁的平行度为0.001mm-0.01mm。尽量保证二者平面平行，使得转镜130在旋转过程中顺畅而不发生晃动。

磁体组件140固定在中空内腔131中的环形结构，磁体组件140套设在定子座120上，磁体组件140的轴线、转镜130的轴线和定子座120的轴线在同一直线上，避免雷达电机在运转时，出现振动和噪声大等问题。根据本申请的一个实施例，中空内腔131内壁与磁体组件140的外表面之间为小间隙配合。进一步地，中空内腔131的内径∮₁为19.8mm，+0.01/0mm；磁体组件140的外径∮₂为19.8mm，0/-0.05mm。磁体组件140与转镜130之间为小间隙配合能够防止间隙过大，导致磁体组件与定子铁芯1241不同心造成磁拉锯异常的问题。

根据本申请的一个实施例，磁体组件140包括钕铁硼磁环，钕铁硼磁环充磁面上充满多个N磁极和多个S磁极。其中，N磁极和S磁极数量相等且一一间隔设置而成的环形结构，钕铁硼磁环在旋转时，其正下方的霍尔传感器能够检测到磁场的变化，进而输出钕铁硼磁环的旋转信息。其中，钕铁硼磁环的有效工作温度为：-40℃-160℃。钕铁硼磁环能够在高温和低温的环境下正常工作，进一步提高了激光雷达电机的工作稳定性。

图7是根据本申请的一个实施例光码盘结构示意图。图8是图7中A部分局部结构放大图。结合图6、图7和图8所示，光码盘150为固定在转镜130底部的圆环结构，两者之间设有粘结剂层。光码盘150与磁体组件140的圆心重合，使得光码盘150与磁体组件140获得的转动信息一致。光码盘150上设置有标定刻度151、均匀间隔设置的多个透光区152和多个反射区153。从标定刻度151开始计数反射区153的数量，能够计算出光码盘的旋转角度；通过计数标定刻度151的数量，能够计算出光码盘的旋转圈数。例如，光码盘上有1000个透光区和1000个反射区，旋转一圈为360°，则每对相邻的透光区和反射区的旋转角度为360°/(1000×2)，通过计数旋转过的透光区和/或反射区的数量，能够计算出光码盘的旋转角度。

根据本申请的一个实施例，光码盘150的CPR＝1000，即每转计数1000。因此，光码盘150最大解析度为1000LPI(Lines per inch)，反射率小于99％。光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射。反射光与入射光之比，就是反射率。当位置检测组件发射光线射向光码盘的反射区时，反射区又将光线返回到位置检测组件，位置检测组件接收到的光线与射出的光线相比小于99％称之为反射率小于99％。通过在光码盘150上设置多个透光区和反射区153，通过反射区153反射光线，形成信号输出，通过计算能够得到具体的旋转角度。另外再配合霍尔传感器一起工作，能够提高测量转镜130旋转信息的精度，进而提高激光雷达的工作精度。

图9是根据本申请的一个实施例PCB板结构示意图。结合图1和图9，PCB板160包括柔性板161和刚性板162，采用柔性板161，能够根据外部连接位置而发生形变，且不会破坏PCB板160的正常工作。PCB板160利用定位孔163与底座110进行精准定位，PCB板160采用粘结剂固定在底座110上，防止PCB板160在工作时发生偏移。

PCB板160还包括多个霍尔传感器164和位置检测组件165，多个霍尔传感器164和位置检测组件165固定在刚性板162上。当PCB板160固定在底座110上时，多个霍尔传感器164位于磁体组件140的下方，位置检测组件165位于光码盘150的下方。霍尔传感器164通过与磁体组件140磁感应检测转镜获得第一转动信息，位置检测组件165通过接收反射区反射的光线检测转镜获得第二转动信息。其中，第一转动信息的误差大于第二转动信息的误差。举例而言，第一转动信息的误差为±15°，第二转动信息的误差为±0.02°。首先利用霍尔传感器164确定转镜的大概转动角度，然后再利用位置检测组件165确定转镜的精确转动角度，通过大概转动角度和精确转动角度，能够快速确定转镜的精确转动角度。因此，利用第一转动信息和第二转动信息共同确定转镜的转动信息，既能够提高转镜转动信息的精度，又减少了获得精确转动信息的时间。

根据本申请的一个实施例，霍尔传感器164的数量为三个，三个霍尔传感器164的设置位置与磁感组件中的三个槽极位置分别一一对应。如此，能够使得槽极上的绕组出现位置与霍尔传感器164的距离最近，减少绕组走线的浪费，并且避免绕组与其他金属接触，出现漏电的问题。其中，相邻两个霍尔传感器164之间的夹角α为30°，该角度刚好对应电机的槽极配合，且霍尔传感器164垂直位于磁体组件的下方，磁体组件旋转时与霍尔传感器之间形成磁感应，以实现雷达电机旋转信息的输出。

根据本申请的一个实施例，光码盘与位置检测组件165之间的距离为0.2mm-0.4mm，优选地，光码盘与位置检测组件165之间的距离为0.3mm。光码盘的下表面与位置检测组件的上表面之间的平行度为0.001mm-0.01mm，优选地，光码盘的下表面与位置检测组件的上表面之间的平行度为0.005mm。光码盘与位置检测组件之间的距离非常小，对二者之间的平行度要求较高。光码盘的下表面与位置检测组件的上表面之间具有较高的平行度，能够提高位置检测组件165的检测准确性。

位置检测组件165包括光线发射端和光线接收端，位置检测组件165位于光码盘的正下方，位置检测组件165的光线发射端发射光线，当光线照射到光码盘上的反射区时，将光线反射被光线接收端接收，从而精准判定转镜运转的绝对精度和重复精度。绝对精度是指对于编码器测量得到的数据与真实物体世界的差值大小。例如：对于一个物体指向30°方向，两个编码器同时测量到其指向的角度为30.08°和29.98°，则第二个编码器比第一个编码器精度在30°位置时的精度更高。如果一个编码器在全量程即360°中，每一个点位置的测量数据与真实物体角度误差在0.05°内，称0.05°为其绝对精度；重复精度是指编码器返回该位置时得到的数据与上次在该位置时数据的差值大小。例如：对于一个物体指向30°方向，编码器测量到的数据为30.02°，然后物体运动到另一个位置后又返回30°，编码器测量得到的数据为30.01°，那么该过程中的精度为0.01°。同理，编码器在全量程360°中，每一个位置的返回值误差都在0.01°内，则0.01°是编码器的重复精度。根据本申请的一个实施例，置检测组件165的检测角度绝对精度为≤0.025°，位置检测组件165的检测角度重复精度为≤0.02°。

综上所述，在本申请的PCB板上设置多个霍尔传感器和位置检测组件，利用多个霍尔传感器获得转镜的第一转动信息，利用位置检测组件和编码盘配合获得转镜的第二转动信息，通过第一转动信息和第二转动信息共同确定转镜的转动信息，既提高了转镜转动信息的检测精度，又减少了检测时间。本申请的光码盘的最大解析度为1000LPL，位置检测组件的检测角度绝对精度为≤0.025°，位置检测组件的检测角度重复精度为≤0.02°，因此位置检测组件的检测精度能够保证获得足够准确的转动信息。将光码盘的下表面和位置检测组件的上表面之间的平行度为0.001mm-0.01mm，提高位置检测组件的检测准确性。进一步地，转镜的中空内腔与磁体组件的外表面之间为小间隙配合，防止二者之间因间隙过大，导致磁体组件与定子铁芯不同心造成磁拉锯异常的问题。

上述实施例仅供说明本申请之用，而并非是对本申请的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本申请公开的范畴。

Claims (9)

1.一种用于无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，包括：

底座：

定子座，固定在所述底座上，其内部设有轴芯组件，外部设有磁感组件；

转镜，通过转接法兰与所述轴芯组件的轴芯固定连接，所述转镜为中空的不规则四棱台；

磁体组件，固定在所述转镜的中空内腔中的环形结构，所述磁体组件套设在所述磁感组件上，所述磁体组件的轴线、所述转镜的轴线和所述定子座的轴线在同一直线上；

光码盘，固定在所述转镜底部的圆环，所述光码盘外表面均匀间隔设置有多个透光区和反射区，所述光码盘与所述磁体组件的圆心重合，所述光码盘的最大解析度为1000LPI；

PCB板，固定在所述底座上，所述PCB板包括多个霍尔传感器和位置检测组件，多个所述霍尔传感器位于所述磁体组件的下方，所述位置检测组件位于所述光码盘的下方，所述光码盘的下表面与所述位置检测组件的上表面之间的平行度为0.001mm-0.01mm；

其中，所述转镜、所述转接法兰和所述轴芯相对于所述定子座转动，所述霍尔传感器通过与所述磁体组件磁感应以检测所述转镜的第一转动信息；所述位置检测组件通过接收所述反射区反射的光线以检测所述转镜的第二转动信息，利用所述第一转动信息和所述第二转动信息确定所述转镜的转动信息；所述位置检测组件的检测角度绝对精度为≤0.025°，所述位置检测组件的检测角度重复精度为≤0.02°。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述光码盘与所述转镜底部之间固定连接，两者之间设有粘结剂层，所述光码盘与所述位置检测组件之间的距离为0.2mm-0.4mm。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述磁体组件包括钕铁硼磁环，所述钕铁硼磁环的有效工作温度为：-40℃-160℃。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述PCB板上的霍尔传感器设置数量为三个，三个所述霍尔传感器的设置位置与所述磁感组件中的三个槽极位置分别一一对应。

5.根据权利要求4所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，相邻两个所述霍尔传感器之间的夹角为30°。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述转镜的中空内腔与所述磁体组件的外表面之间为小间隙配合；所述转镜的中空内腔的内径∮₁为19.8mm，+0.01/0mm；所述磁体组件的外径∮₂为19.8mm，0/-0.05mm。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述PCB板包括至少一个定位孔，通过所述定位孔与所述底座进行定位，所述PCB通过粘结剂固定在所述底座上。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述PCB板一部分为柔性板，另一部分为刚性板，所述霍尔传感器和所述位置检测组件设置在所述刚性板上。

9.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车激光雷达的低转速光感应电机，其特征在于，所述光码盘的反射率小于99％。