云台电机及云台的制作方法

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种云台电机及云台。

背景技术：

目前，传统云台电机控制是用高级电机控制算法—磁场定向控制(Field Oriented Control，foc)对电机进行控制。编码器通过适配的外部磁环获取电机当前的角度，电流采样电路获取电机两相电流，单片机获取这三个数据后进行foc算法运算，输出六路PWM信号至采用分立元件组成的三相逆变器，以驱动三相逆变器产生三相交流电对电机进行控制。这种电机不仅需要研发人员对foc算法进行大量调试，而且外部磁环直径至少为4mm，且磁环与编码器间有间隙要求，导致生产出的云台电机结构体积较大，不利于应用在飞行器等较小体积的设备上。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种云台电机及云台，旨在减小云台电机的体积，进而减小云台的体积，方便云台电机及云台的安装。

为实现上述目的，本实用新型提出一种云台电机，所述云台电机包括：

定子总成；

电路板，所述电路板安装于所述定子总成上；所述电路板上设有集成有编码器和硬件foc算法的控制芯片；

外转子总成，所述外转子总成环设于所述定子总成的外周，且与所述定子总成转动连接；所述外转子总成包括转子，所述转子的一端正对着所述电路板的一面，并与电路板的该面所设置的所述控制芯片间隙设置。

优选地，所述电路板还包括三相逆变集成芯片，所述电路板具有背对所述控制芯片的背面，所述三相逆变集成芯片设置于所述电路板的背面。

优选地，所述转子为永磁磁环，所述永磁磁环以正弦波充磁方式进行充磁。

优选地，所述定子总成包括定子及定子基座，所述定子基座的内底壁凸设有安装柱，所述定子套设于所述安装柱上；所述电路板夹设于所述定子及定子基座之间。

优选地，所述电路板还设有第一安装孔，所述电路板的第一安装孔套设于所述安装柱上。

优选地，所述定子还包括多个定子抽头，所述第一安装孔的外边沿对应多个所述定子抽头凸设有多个过线槽，多个所述定子抽头对应穿过多个所述过线槽固定于所述电路板的背面。

优选地，所述外转子总成还包括转子端盖及转子轴，所述转子端盖套设于所述转子的外周壁；所述转子端盖的内底壁凸设有第二安装孔，所述转子轴的一端固定在所述第二安装孔内，所述外转子经所述转子端盖与所述转子轴固定连接。

优选地，所述云台电机还包括滚动轴承，所述滚动轴承套设于所述转子轴上，且所述滚动轴承的外周壁与所述安装柱的内周壁紧配合。

优选地，所述云台电机还包括用于防止所述转子轴与所述定子基座发生轴向相对运动的紧固件，所述转子轴背离所述转子端盖的一端凸设有轴孔，所述紧固件的一端套设于所述转子轴的轴孔内。

优选地，所述电路板的背面还设置有检流电阻、旁路电容及用于接入电源的插接件，所述检流电阻与所述控制芯片及所述定子总成电气连接，所述旁路电容与所述插接件电气连接。

本实用新型还提出一种云台，该云台包括主控制器、惯性测量单元及如上所述的云台电机，所述云台电机的数量为三个，且分别为方位电机、横滚电机及俯仰电机，所述方位电机、横滚电机及俯仰电机与所述惯性测量单元均通过总线与所述主控制器通信；该云台电机包括定子总成；电路板，所述电路板安装于所述定子总成上；所述电路板上设有集成有编码器和硬件foc算法的控制芯片；外转子总成，所述外转子总成环设于所述定子总成的外周，且与所述定子总成转动连接；所述外转子总成包括转子，所述转子的一端正对着所述电路板的一面，并与电路板的该面所设置的所述控制芯片间隙设置。

本实用新型通过设置集成有编码器和硬件foc算法的控制芯片，该控制芯片的体积要远小于采用分立的单片机及编码器所占电路板的体积，故可以减小电路板的体积，进而减小云台电机的体积。同时通过外转子中的转子也即磁环的一端凸伸至电路板的正面，与控制芯片呈1.5至3mm的间隙设置，在保证控制芯片中编码器与磁体的间隙要求的同时，利用电机自身的磁环作为编码器的外部磁环使用，从而解决了由于与控制芯片适配的外部磁环积较大，且磁环与控制芯片间有间隙要求，导致生产出的云台电机结构体积较大的问题。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型云台电机一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型云台电机另一实施例的结构示意图；

图3为图1所示的云台电机中电路板的结构示意图；

图4为本实用新型云台电机一实施例的功能模块示意图；

图5为本实用新型云台的一实施例的功能模块示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种云台电机。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，该述云台电机包括：定子总成10、电路板20及外转子总成30。

本实施例中，定子总成10用于产生励磁磁场，以使外转子总成30中的转子31在励磁磁场的作用下转动，从而将电能转换成机械能。定子总成10还用于支撑电路板20等其他组件。

本实施例中，该电路板20安装于所述定子总成10上；所述电路板20上设有集成有编码器和硬件foc算法的控制芯片21，例如MP6570控制芯片；由于控制芯片21的体积远小于采用分立的单片机及编码器所占电路板20的体积，故可以减小电路板20的体积，进而减小云台电机的体积。此外，控制芯片21内部集成了编码器和硬件foc算法，采用控制芯片21代替现有技术中面积较大的单片机及编码器，这样单片机无需在获取电机参数后，再进行繁杂的foc算法运算，从而减少了要研发人员对foc算法的调试工作。当然在其他实施例中，控制芯片还可以集成其他的控制功能，以实现电机驱动控制的高度集成化，在此不做限制。

为了更好的说明本实施例，参照图3，本实施例中，以电路板20设有正面20A和背面20B为例进行说明，所述外转子总成30环设于所述定子总成10的外周，且与所述定子总成10转动连接；所述外转子总成30包括转子31，所述转子31的一端正对着所述电路板20的一面，即电路板20的正面20A，并与电路板20的该面所设置的所述控制芯片21间隙设置。

需要说明的是，一般地电机中，编码器都有与之适配的外部磁环来获取电机当前的角度。装配时，外部磁环的端面与编码器轴向对齐安装，且需要外部磁环的圆心与电机的转子轴33轴心以及磁编码器的中心三点同心，导致装配困难，且很难保证编码器与外部磁环的间隙要求。或者采用外部磁环与编码器水平安装，这种方式仍需保证外部磁环与电机的转子轴33同心，较难装配。

为了解决上述问题，本实施例中，转子31优选采用永磁磁环，且以正弦波充磁方式进行充磁，从而产生呈正弦分布的气隙磁场。转子31也即永磁磁环的一端正对电路板20的正面20A设置，与控制芯片21呈1.5至3mm(毫米)的间隙设置，在保证编码器与磁体的间隙要求的同时，利用电机自身的转子31磁环作为编码器的外部磁环使用，从而解决了由于与控制芯片21适配的外部磁环体积较大，且磁环与编码器间有间隙要求，导致生产出的云台电机结构体积较大，不利于应用在飞行器等较小体积的设备上的问题。此外，还解决了外部磁铁需要与转子轴33同心，不利于安装的问题。当然在其他实施例中，转子31还可以采用其他形状的磁体来实现，在此不做限制。

本实用新型通过设置编码器和硬件foc算法的控制芯片21，该控制芯片21的体积要远小于采用分立的单片机及编码器所占电路板20的体积，故可以减小电路板20的体积，进而减小云台电机的体积。同时通过所述转子31的一端正对着所述电路板20的一面，即电路板20的正面20A，并与电路板20的该面所设置的控制芯片21呈1.5至3mm的间隙设置，在保证控制芯片21中编码器与磁体的间隙要求的同时，利用电机自身的转子31磁环作为编码器的外部磁体使用，从而解决了由于体积较大，且磁环与编码器间有间隙要求，导致生产出的云台电机结构体积较大的问题。

可以理解的是，本实用新型将外转子总成30、定子总成10及电路板20集成于电机内部，从而实现云台电机一体设置，且体积较小，装配简单，可应用于飞行器云台等体积较小的设备上。

参照图1至图4，在一优选实施例中，所述电路板20还包括三相逆变集成芯片22，所述电路板20具有背对所述控制芯片21的背面20B，所述三相逆变集成芯片22设置于所述电路板20的背面20B。

本实施例中，三相逆变集成芯片22用于在接收到控制芯片21输出的控制信号时工作，并产生三相交流电以驱动电机中的定子11工作。本实施例中，采用三相逆变集成芯片，进一步减小了云台电机的体积。当然在其他实施例中，还可以采用由分立元器件组成的三相逆变集成电路来实现，在此不做限制。

参照图1至图4，在一优选实施例中，所述定子总成10包括定子11及定子基座12，所述定子基座12的内底壁凸设有安装柱121，所述定子11套设于所述安装柱121上；所述电路板20夹设于所述定子11及定子基座12之间。

本实施例中，定子基座12的内底壁凸设有一安装柱121，且该安装柱121还设有固定定子11的凸台，在安装时，先将电路板20固定安装在定子基座12上，再将定子11套设于安装柱121的凸台上。如此设置，可以保证定子11与定子基座12连接稳固，并且可以进一步避免定子11与定子基座12之间沿轴向发生相对运动的问题发生。

进一步地，所述电路板20还设有第一安装孔23，所述电路板20的第一安装孔23套设于所述安装柱121上。

本实施例中，电路板20的第一安装孔23套设在定子基座12的安装柱121上，且电路板20夹设在定子11与定子基座12之间，如此设置，可以实现电机的一体设置，从而避免了电路板20与电机本体分体安装，所占体积较大的问题。

参照图1至图4，在一优选实施例中，所述定子11还包括多个定子抽头(图未示出)，所述第一安装孔23的外边沿对应多个所述定子抽头凸设有多个过线槽24，多个所述定子抽头对应穿过多个所述过线槽24固定于所述电路板20的背面20B。

本实施例中，定子抽头对应定子11的三相绕组的数量为三对，电路板20的背面20B对应三对定子抽头的位置设置有焊盘25，定子抽头穿过过线槽24焊接在电路板20的背面20B，从而实现与三相逆变电路22之间的电气连接。当电路板20的背面20B对应三对定子抽头的位置还可设置弹性导电件，并与定子抽头弹性抵接。

参照图1至图4，在一优选实施例中，所述外转子总成30还包括转子端盖32及转子轴33，所述转子端盖32套设于所述转子31的外周壁；所述转子端盖32的内底壁凸设有第二安装孔(图未标示)，所述转子轴33的一端固定在所述第二安装孔内，所述外转子31经所述转子端盖32与所述转子轴33固定连接。

本实施例中，转子端盖32与转子31可以通过胶水固定连接，转子端盖32与转子31还可以过盈配合，转子轴33的一端固定在转子端盖32的第二安装孔内，从而经转子端盖32与转子轴33固定连接。如此设置，实现了当转子31在励磁磁场的作用下转动时，带动转子轴33高速旋转，从而将电能转换成机械能。

参照图1至图4，进一步地，所述云台电机还包括滚动轴承40，所述滚动轴承40套设于所述转子轴33上，且所述滚动轴承40的外周壁与所述安装柱121的内周壁紧配合。

本实施例中，滚动轴承40的数量为两个，两个轴承分设于转子端盖32的内底壁及定子基座12的内底壁，两个滚动轴承40用于减小转子轴33与定子基座12的摩擦，降低转子轴33的损耗，延长转子轴33的实用寿命。

进一步地，所述云台电机还包括用于防止所述转子轴33与所述定子基座12发生轴向相对运动的紧固件50，所述转子轴33背离所述转子端盖32的一端凸设有轴孔，所述紧固件50的一端套设于所述转子轴33的轴孔内。

本实施例中，紧固件50优选采用螺钉为了避免转子轴33与所述转子端盖32发生轴向相对运动的紧固件50，在紧固件50的一端套所述转子轴33的轴孔内后，再将胶水注入轴孔内，以使紧固件50与转子轴33的紧密配合。紧固件50的另一端的横截面大于转子轴33的横截面，从而限制转子轴33与定子基座12发生轴向相对运动。

参照图1至图4，进一步地，所述电路板20的背面20B还设置有检流电阻(图未示出)、旁路电容(图未示出)及用于接入电源的插接件26，所述检流电阻与所述MP6570控制芯片21及所述定子总成10电气连接，所述旁路电容与所述插接件26电气连接。

本实施例中，检流电阻的数量为三个，且用于对定子绕组的三相电流进行采样，并将电流采样信号输出至控制芯片21。插接件26用于接入电源，还用于通过总线实现电机与云台之间的通信。旁路电容用于在插接件26接入电源时，滤除电源中的杂波。

本实用新型还提出一种云台。

参照图5，该云台包括主控制器100、惯性测量单元200及如上所述的云台电机300，所述云台电机的数量为三个，且分别为方位电机、横滚电机及俯仰电机，所述方位电机310、横滚电机320及俯仰电机330与所述惯性测量单元200均通过总线与所述主控制器通信。该云台的具体结构参照上述实施例，由于本云台采用了上述云台电机300所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述云台电机300所有实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，方位电机、横滚电机及俯仰电机与所述惯性测量单元200均通过总线与所述主控制器100通信，主控制器100将获取的IMU数据进行姿态解算，并将控制信号输出至对应的云台电机300。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。