CN220019867U - 一种转镜装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及雷达技术领域，具体公开了一种转镜装置及激光雷达，包括壳体、轴芯、转子、第一轴承和光学镜片。其中，轴芯设于壳体；转子套设于轴芯外，且轴芯与转子的一端分别设有相配合的磁环和电机线圈，以使转子绕轴芯转动；第一轴承套设于轴芯与转子的另一端之间，且第一轴承的外圈直接固设于转子，内圈直接固设于轴芯；光学镜片固设于转子。应用本实用新型提供的转镜装置及激光雷达，通过将转子套设于轴芯外，光学镜片固设于转子并随其转动，可有效减小公差尺寸链，保证光学镜片与转子的相对位置精度。另外，第一轴承的外圈直接固设于转子，内圈直接固设于轴芯，简化了电机轴系结构，降低了电机负载，减少制造成本。

Description

一种转镜装置及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，更具体地说，涉及一种转镜装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达(Laser Radar)，是以发射激光来实现探测目标的距离及位置、速度等特征信息的系统。其工作原理是向目标发射激光束(探测信号)，然后将接收到的从目标反射回来的回波(接收信号)与探测信号进行比较，经控制中心做适当处理后，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。

转镜方案的激光雷达主要包括安装主体、高速电机和光学镜片等。现有技术中多数使用内转子电机，其通过多次转接的方式将转子和光学镜片等关键部件连接，由于转接次数多，将导致公差尺寸链过长，最终导致光学累计误差过大，因而内转子电机结构能实现的旋转精度较差，无法满足高精度的光学使用要求，影响使用体验。同时内转子电机的转子转动惯量小，在电机控制上只能实现小转动惯量的负载旋转，因而内转子电机很难带动大的光学镜片实现高速旋转。若采用外转子电机，可有效减小公差尺寸链，保证光学镜片与转子的相对位置精度，但外转子电机轴系结构复杂，转接及辅助固定部件较多。

综上所述，如何有效地解决激光雷达用外转子电机转接及辅助固定部件较多等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种转镜装置及激光雷达，该转镜装置及激光雷达的结构设计可以有效地解决激光雷达用转镜装置转接及辅助固定部件较多的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种转镜装置，包括：

壳体；

轴芯，设于所述壳体；

转子，套设于所述轴芯外，且所述轴芯与所述转子的一端分别设有相配合的磁环和电机线圈，以使所述转子绕所述轴芯转动；

第一轴承，套设于所述轴芯与所述转子的另一端之间，且所述第一轴承的外圈直接固设于所述转子，内圈直接固设于所述轴芯；

光学镜片，固设于所述转子。

可选地，上述转镜装置中，还包括设于所述壳体与所述第一轴承的内圈之间的弹性件，以对所述第一轴承的内圈提供轴向预紧力。

可选地，上述转镜装置中，所述第一轴承的内圈与所述轴芯间隙配合，并通过胶体粘结。

可选地，上述转镜装置中，所述第一轴承的外圈与所述转子过盈配合。

可选地，上述转镜装置中，还包括第二轴承，所述第二轴承套设于所述轴芯与所述转子之间，且所述第二轴承的外圈直接固设于所述转子，内圈直接固设于所述轴芯。

可选地，上述转镜装置中，所述转子的外周面具有至少一个安装平面，各所述安装平面上分别粘结有所述光学镜片。

可选地，上述转镜装置中，所述光学镜片与所述转子之间具有间隙，并通过在间隙内点胶固定连接。

可选地，上述转镜装置中，所述电机线圈套设于所述轴芯外，并与所述轴芯固定连接；所述磁环套设于所述电机线圈外，且所述磁环与所述转子固定连接。

可选地，上述转镜装置中，还包括：

霍尔传感器，设于所述壳体，用于检测所述磁环的旋转状态；

光电传感器，设于所述壳体，所述转子上设有用于与所述光电传感器配合的特征部，所述光电传感器用于与所述特征部配合以检测所述转子的旋转状态。

本实用新型提供的转镜装置包括壳体、轴芯、转子、第一轴承和光学镜片。其中，轴芯设于壳体；转子套设于轴芯外，且轴芯与转子的一端分别设有相配合的磁环和电机线圈，以使转子绕轴芯转动；第一轴承套设于轴芯与转子的另一端之间，且第一轴承的外圈直接固设于转子，内圈直接固设于轴芯；光学镜片固设于转子。

应用本实用新型提供的转镜装置其有益效果在于，通过将转子套设于轴芯外并在磁环和电机线圈的配合作用下绕轴芯旋转，光学镜片固设于转子并随其转动，可有效减小公差尺寸链，保证光学镜片与转子的相对位置精度。另外，第一轴承的外圈直接固设于转子，内圈直接固设于轴芯，减少了转接及辅助固定部件，简化了电机轴系结构，降低了电机负载，减少制造成本。

在一个优选的实施方式中，光学镜片与转子之间具有间隙并通过在间隙内点胶固定连接，从而避免因光学镜片与转子的材料线膨胀系数差异大，在温度变化大时导致的光学镜片光学面面形的变化影响激光雷达的正常功能。且光学镜片直接固定于转子，无需其他转接及辅助固定件，进一步简化了结构，降低了电机负载减轻了重量，避免一体式转镜重量大及负载大对电机性能的影响。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括上述任一种转镜装置。由于上述的转镜装置具有上述技术效果，具有该转镜装置的激光雷达也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个具体实施例的转镜装置的结构示意图；

图2为图1的截面示意图；

图3为图1的A部位放大示意图。

附图中标记如下：

壳体1，轴芯2，转子3，第一轴承4，磁环5，电机线圈6，光学镜片7，弹性件8，第二轴承9，间隙10，霍尔传感器的电路板11，光电传感器的电路板12，柔性电路板的排线13；底座101，上盖102，螺钉103。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种转镜装置及激光雷达，以简化电机轴系结构，降低电机负载，减少制造成本。

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的转镜装置适用但不局限于激光雷达，为便于说明，以下各实施例以其用于激光雷达为例。激光雷达包括激光发生装置、激光接收装置和转镜装置。转镜装置与激光发生装置和激光接收装置配合，可实现反射镜的旋转，以将激光反射到不同的方向。本实用新型的转镜装置采用外转子电机并通过对电机结构及光学镜片与转子的连接关系进行优化，以降低电机负载，减低制造成本，保证精度。

请参阅图1-图3，图1为本实用新型一个具体实施例的转镜装置的结构示意图；图2为图1的截面示意图；图3为图1的A部位放大示意图。

在一个具体实施例中，本实用新型提供的转镜装置包括壳体1、轴芯2、转子3、第一轴承4和光学镜片7。其中，壳体1为转镜装置的主体支撑结构及外部防护结构，以为各部件提供安装支撑及保护。轴芯2设于壳体1，可以理解的是，轴芯2作为外转子电机的定子。转子3套设于轴芯2外，可以理解的是，转子3与轴芯2之间具有空隙，以满足第一轴承4及磁环5和电机线圈6的安装。磁环5和电机线圈6套装，且磁环5和电机线圈6中的一者设于轴芯2的一端，另一者设于转子3的一端，磁环5和电机线圈6配合以使转子3绕轴芯2转动。第一轴承4套设于轴芯2的另一端与转子3的另一端之间，且第一轴承4的外圈直接固设于转子3，内圈直接固设于轴芯2。需要说明的是，第一轴承4的外圈直接固设于转子3，指其通过机械配合、粘结、卡扣等方式直接与转子3固定连接而不经其他转接件；第一轴承4的内圈直接固设于轴芯2，指第一轴承4通过机械配合、粘结等方式直接与轴芯2固定连接而不经其他转接件。光学镜片7固设于转子3，则转子3的旋转带动光学镜片7旋转。光学镜片7的数量可根据需要设置，如图2所示为五个光学镜片7以组成五面体反射镜，在其他实施例中也可以设置三个光学镜片7以组成三面体反射镜或者设置三个以上光学镜片7。

应用本实用新型提供的转镜装置其有益效果在于，通过将转子3套设于轴芯2外并在磁环5和电机线圈6的配合作用下绕轴芯2旋转，光学镜片7固设于转子3并随其转动，可有效减小公差尺寸链，保证光学镜片7与转子3的相对位置精度。另外，第一轴承4的外圈直接固设于转子3，内圈直接固设于轴芯2，减少了转接及辅助固定部件，简化了电机轴系结构，降低了电机负载，减低制造成本。

在一个实施例中，该转镜装置还包括设于壳体1与第一轴承4的内圈之间的弹性件8，以对第一轴承4的内圈提供轴向预紧力。弹性件8的两端分别与第一轴承4的内圈与壳体1相抵，通过弹性件8的变形以向第一轴承4的内圈提供沿第一轴承4轴向的预紧力，从而提高第一轴承4的旋转精度和刚度，以利于延长第一轴承4的使用寿命。弹性件8具体可以为压缩弹性件，其压缩量与弹性件8自身力学特性密切相关，以弹性件8采用弹簧为例，压缩量乘以弹簧弹性系数等于轴向弹力，轴向弹力即转化为第一轴承4的轴向预紧力，轴向预紧力大小和第一轴承4使用寿命密切相关，具体可根据轴承所需的轴向预紧力将其换算为相应的弹簧压缩量。通过弹性件8的设置，其与磁环5、转子3、光学镜片7、第一轴承4组成转子组件，在弹性件8的轴向预紧力下，通过电机线圈6与磁环5之间电磁力作用，即可实现围绕定子的旋转运动。需要说明的是，弹性件8并不局限于弹簧，也可以为波形垫圈等其他具有弹性的结构件或弹性材料件。

在一个实施例中，第一轴承4的内圈与轴芯2间隙配合。轴芯2的一端穿设于第一轴承4的内圈，如图2所示的上段穿设于第一轴承4，故而轴芯2该段的外径与内圈的内径向配合，具体为间隙配合，以便于装配。当然，此处的间隙配合应满足在转子3相对轴芯2旋转时，第一轴承4的内圈与轴芯2保持静止。

进一步地，第一轴承4的内圈与轴芯2通过胶体粘结。通过胶体粘结一方面保证了内圈与轴芯2的连接可靠性，另一方面，在装配过程中，由于胶体固化需一定时间，故而为第一轴承4内圈的预紧提供了可能。即通过胶体固定时，在胶体未完全固化的状态下，第一轴承4的内圈未与轴芯2紧固，因而可以通过弹性件8向其施加轴向预紧，并随着胶液的固化最终将第一轴承4的内圈与轴芯2紧固在预紧状态。在其他实施例中，第一轴承4的内圈也可以通过过盈配合等方式直接与轴芯2固定。

在一个实施例中，第一轴承4的外圈与转子3过盈配合。具体第一轴承4的外圈的外径与转子3中心部位的内径过盈配合，以保证转子3的旋转精度。通过过盈配合固定，简化了结构，降低了成本，且装配简单。在其他实施例中，第一轴承4的外圈也可以通过粘结等方式与转子3固定。

在一个实施例中，该转镜装置还包括第二轴承9，第二轴承9套设于轴芯2与转子3之间，且第二轴承9的外圈直接固设于转子3，内圈直接固设于轴芯2。具体第二轴承9的内圈的固定方式及外圈的固定方式可参考上述第一轴承4的相应设置，此处不再赘述。通过设置第二轴承9，以与第一轴承4配合，提高了系统可靠性，使得转子3与轴芯2的配合更为平稳。在与第一轴承4的内圈配合的设置有弹性件8的情况下，则第一轴承4内圈的轴向预紧力传递至第一轴承4的外圈，又第一轴承4的外圈与第二轴承9的外圈均与转子3固定，故将轴向预紧力传递至第二轴承9的外圈，最后传递至第二轴承9的内圈，使得第二轴承9也处于轴向预紧状态。在其他实施例中，也可以设置第三轴承，第三轴承的设置方式与第二轴承9相同，此处不再赘述。

在一个实施例中，转子3的外周面具有至少一个安装平面，各安装平面上分别粘结有光学镜片7。常规转镜结构多为一体式转镜，其需要通过辅助部件固定在外转子电机的转子3上，且一体式转镜重量大，增加辅助部件使得重量增加，成本及工艺风险相应增加，因而对电机的性能及制造成本均有不利影响。因此，本实施例中通过在转子3的外周面设置安装平面，并直接将光学镜片7粘结于安装平面，无需辅助部件，简化了结构，避免了重量增加，降低了电机负载，避免一体式转镜重量大及负载大对电机性能的影响，且降低了成本。具体的，可根据光学镜片7的数量相应设置安装平面，以使各光学镜片7均与安装平面粘结。另外，根据需要也可以将部分光学镜片7直接与安装平面粘结，剩余部分光学镜片7可采用间接固定的方式安装。在其他实施例中，光学镜片7也可以通过卡接等方式与转子3固定连接，或者也可以通过设置转接结构将光学镜片7与转子3间接固定连接。

在一个实施例中，光学镜片7与转子3之间具有间隙10，并通过在间隙10内点胶固定连接。以该转镜装置用于车载激光雷达为例，其对环境适应要求非常高，特别是高低温环境温度差带来的部件尺寸变化，若光学镜片7与转子3的材料线膨胀系数差异大，则在使用过程中因为温度变化极易导致光学镜片7的光学面面形的变化，进而影响激光雷达正常功能。因此，该实施例中在光学镜片7与转子3之间设置间隙10，并通过在间隙10内点胶固定，具体间隙10的大小根据激光雷达环境适应温度范围内最大温差与光学镜片7、转子3材料线膨胀系数及基本尺寸计算获得，如设置为0.05mm～0.15mm，具体如0.1mm。间隙10的存在一方面便于填胶，保证光学镜片7能通过胶体固定在转子3的安装面上，另一方面，间隙10的存在为因材料线膨胀系数不同导致的部件尺寸变化预留了空间，即用于温度变化时变形量的吸收，保证光学镜片7在大温度差值条件下不会因材料形变产生的应力导致光学面形变化。从而避免上述变化影响激光雷达的正常功能。

在一个实施例中，电机线圈6套设于轴芯2外，并与轴芯2固定连接；磁环5套设于电机线圈6外，且磁环5与转子3固定连接。具体的，电机线圈6可通过自身结构内径与轴芯2中段的外径相配合，再通过胶水完成紧固；磁环5通过自身结构外径与转子3中心部位下部的内径相配合，再通过胶水完成紧固。可以理解的是，电机线圈6的外径和磁环5的内径之间应设置有一定间隙，以保证磁环5跟随转子3做相对旋转运动时不会与电机线圈6的外径产生摩擦。电机线圈6设于轴芯2，则通过电机线圈6的电流周期性变化，产生旋转的磁场，通过驱动磁环5及与之固定连接的转子3旋转。如上设置能够精确控制电流方向。

在其他实施例中，也可以将磁环5套设于轴芯2外，并与轴芯2固定连接；电机线圈6套设于磁环5外，且电机线圈6与转子3固定连接。则通过转动运动本身带动机械元件周期性动作来改变电机线圈6电极的连接方向，使电机线圈6里的电流变化。

在一个实施例中，该转镜装置还包括霍尔传感器，其设于壳体1，用于检测磁环5的旋转状态。霍尔传感器的结构及工作原理请参考现有技术，此处不再赘述。通过霍尔传感器以对磁环5的旋转状态进行检测，从而反映转子3的旋转状态，保证电机旋转精度。

在一个实施例中，该转镜装置还包括光电传感器，其设于壳体1，转子3上设有用于与光电传感器配合的特征部，光电传感器用于与特征部配合以检测转子3的旋转状态。光电传感器的结构及工作原理请参考现有技术，此处不再赘述。通过光电传感器以检测转子3的旋转状态，以便于实现电机速度检测与控制。需要说明的是，转子3上特征部的具体结构根据光电传感器的结构相应设置，如光电传感器具有U形开口，特征部包括能够由U形开口穿过的遮挡部，则转子3转动时，遮挡部间断的对光线进行遮挡，光电传感器间断的接收光信号，输出电脉冲。或者特征部也可以为黑白色块，则转子3转动时，黑白色块的反光性不同，光电传感器间断的接收反射光信号，输出电脉冲。

在一个实施例中，壳体1包括底座101和上盖102，轴芯2的一端与底座101固定连接，另一端与上盖102固定连接。通过底座101和上盖102的分体式设计，便于各部件的装配。具体的，轴芯2可通过自身底端的特征实现与底座101的定位，如轴芯2底端的形状与底座101上容置槽的形状相同，具体轴芯2底端的截面形状可以为多边形或圆形等，以与底座101定位。另外，轴芯2的底端与底座101实现定位的同时再通过螺钉103实现紧固，轴芯2的上端与上盖102之间通过螺钉103连接，从而使轴芯2实现两端紧固，增强轴芯2的运行可靠性与稳定性。

在设置有霍尔传感器和光电传感器的实施例中，如图2所示，霍尔传感器的电路板11与光电传感器的电路板12通过柔性电路板的排线13实现连接，霍尔传感器的电路板11具体可以通过螺钉固定于底座101，其为电机线圈6供电，并与磁环5相互配合检测电机旋转状态，保证电机旋转精度。光电传感器的电路板12具体可以通过螺钉固定于上盖102。如上设置，结构紧凑，实现了空间的充分利用。

基于上述实施例中提供的转镜装置，本实用新型还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括上述实施例中任意一种转镜装置。由于该激光雷达采用了上述实施例中的转镜装置，所以该激光雷达的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种转镜装置，其特征在于，包括：

壳体(1)；

轴芯(2)，设于所述壳体(1)；

转子(3)，套设于所述轴芯(2)外，且所述轴芯(2)与所述转子(3)的一端分别设有相配合的磁环(5)和电机线圈(6)，以使所述转子(3)绕所述轴芯(2)转动；

第一轴承(4)，套设于所述轴芯(2)与所述转子(3)的另一端之间，且所述第一轴承(4)的外圈直接固设于所述转子(3)，内圈直接固设于所述轴芯(2)；

光学镜片(7)，固设于所述转子(3)。

2.根据权利要求1所述的转镜装置，其特征在于，还包括设于所述壳体(1)与所述第一轴承(4)的内圈之间的弹性件(8)，以对所述第一轴承(4)的内圈提供轴向预紧力。

3.根据权利要求1所述的转镜装置，其特征在于，所述第一轴承(4)的内圈与所述轴芯(2)间隙配合，并通过胶体粘结。

4.根据权利要求1所述的转镜装置，其特征在于，所述第一轴承(4)的外圈与所述转子(3)过盈配合。

5.根据权利要求1所述的转镜装置，其特征在于，还包括第二轴承(9)，所述第二轴承(9)套设于所述轴芯(2)与所述转子(3)之间，且所述第二轴承(9)的外圈直接固设于所述转子(3)，内圈直接固设于所述轴芯(2)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的转镜装置，其特征在于，所述转子(3)的外周面具有至少一个安装平面，各所述安装平面上分别粘结有所述光学镜片(7)。

7.根据权利要求6所述的转镜装置，其特征在于，所述光学镜片(7)与所述转子(3)之间具有间隙(10)，并通过在间隙(10)内点胶固定连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的转镜装置，其特征在于，所述电机线圈(6)套设于所述轴芯(2)外，并与所述轴芯(2)固定连接；所述磁环(5)套设于所述电机线圈(6)外，且所述磁环(5)与所述转子(3)固定连接。

9.根据权利要求1-5任一项所述的转镜装置，其特征在于，还包括：

霍尔传感器，设于所述壳体(1)，用于检测所述磁环(5)的旋转状态；

光电传感器，设于所述壳体(1)，所述转子(3)上设有用于与所述光电传感器配合的特征部，所述光电传感器用于与所述特征部配合以检测所述转子(3)的旋转状态。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的转镜装置。