集成扫描棱镜的外转子电机的制作方法

1.本实用新型涉及扫描棱镜，更具体地说，涉及一种集成扫描棱镜的外转子电机。


背景技术：

2.激光雷达的扫描装置可将激光器发出的一维激光光束投射至固定的视场角，形成二维截面扫描。现有的技术方案中，外置电机驱动扫描转镜是最具有代表性的方式。外置电机驱动扫描转镜方案的技术原理见图1。扫描转镜在外置电机驱动下高速旋转，其工作面为沿圆周方向的斜切面。出射激光在工作面上发生反射，光路偏转后指向目标方向。以上技术方案通过外置电机驱动扫描转镜，将激光雷达的扫描线偏转至目标所在方位的特定视场，完成测绘扫描工作。但是从加工、系统稳定性、成本、尺寸大小和重量上存在一定的缺陷。
3.外置电机驱动扫描转镜方案是目前应用较为广泛的一种技术路线，但该方案存在以下问题：1、外置电机方案容易引发轴摆。轴摆对线扫型激光雷达的危害主要体现在两个方面。第一，轴摆会改变转镜工作面与出射光之间的夹角，使实际光斑偏离理想光路，从而导致测距误差；第二，轴摆会改变编码器的码盘与读头之间的相对位置，从而产生测角误差。2、外置电机与扫描转镜之间需要用联轴器连接，联轴器的存在增加了轴向尺寸，也存在一定的不可靠性；3、为了保证扫描转镜在高转速下的稳定性，需要在扫描转镜外围增加一个套筒，用于对扫描转镜动平衡配平和动平衡装调。套筒会增加转子的转动惯量，从而增加系统功耗。另外，在动平衡装调过程中，受限于结构特征，外置电机方案往往采用增重动平衡，增重动平衡存在配重物脱落风险，同时难以达到较高的动平衡品质等级；4、外置电机方案中，扫描转镜对电机是一个远端负载，其质量负载及离心负载将通过输出轴的力臂对电机内部的支点形成弯矩，如果输出轴自身刚度不足，扫描转镜的工作面与出射光轴之间的几何关系将发生变化，使系统内部几何参数的标定失去意义，并使最终数据测距误差。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种消除电机轴摆、集成度高、机构紧凑体积小的集成扫描棱镜的外转子电机。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集成扫描棱镜的外转子电机，其特征在于，包括框架型结构的电机转子，所述电机转子的外壁设置有平面反射镜，所述电机转子内壁上设置有电机磁钢，所述电机转子内设置有轴形的电机定子，所述电机定子上缠绕有电机绕组，所述电机定子与电机转子通过轴承连接实现相对旋转；所述电机定子前后两端设置有轴承，所述轴承通过轴承压环固定设置在端盖内，所述电机定子通过两端设置的轴承锁紧螺母与轴承固定连接。
6.按上述方案，所述端盖与电机磁钢之间设置有磁钢压圈。
7.按上述方案，所述平面反射镜为粘贴在电机转子外壁的玻璃平面镜，所述玻璃平面镜的工作面上镀有介质反射膜。
8.按上述方案，所述电机转子的外壁加工出工作面并镀金属膜作为平面反射镜。
9.按上述方案，位于前端的端盖与所述轴承之间设置有波形垫圈。
10.按上述方案，所述端盖内设置有钢制轴承衬套。
11.实施本实用新型的集成扫描棱镜的外转子电机，具有以下有益效果：
12.1、本实用新型电机转子为框架型结构，其作为电机转子的同时又充当反射镜的固定基座，结构紧凑体积小，集成度高；
13.2、本实用新型电机转子负载处于两端轴承的中间，受力环境更好；
14.3、本实用新型电机定子与电机转子之间采用轴承预紧、游隙消除等措施，更容易解决轴摆问题；
15.4、本实用新型采用去重动平衡调节方式，避免了额外增加配重套筒零件增加重量，去重动平衡同时增加了调节精度，也避免了配重物高速甩出风险；
16.5、本实用新型可以采用玻璃基底的平面反射镜作为扫描转镜，通过粘接的方式固定，玻璃平面镜的加工简单，成本较低，其面形和镀膜质量容易保证，且反射率高。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
18.图1是现有技术中外置电机驱动扫描转镜方案的示意图；
19.图2是本实用新型集成扫描棱镜的外转子电机的结构示意图；
20.图3是本实用新型扫描棱镜动平衡调节面的结构示意图；
21.图4是电机转子与平面反射镜的结构示意图。
具体实施方式
22.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
23.如图2-图4所示，本实用新型的集成扫描棱镜的外转子电机实施例包括电机转子8、电机定子1和平面反射镜9。
24.电机转子8为框架型结构，电机转子8外壁设置有平面反射镜9，电机转子8内壁上设置有电机磁钢7，电机磁钢7为永磁体。电机转子内设置有轴形的电机定子1，电机定子1上缠绕有电机绕组6，通电后产生交变磁场，驱动电机磁钢7及电机转子8进行圆周运动。电机定子1前后两端设置有轴承2，轴承2通过轴承压环11固定设置在端盖4内。端盖与电机磁钢7之间设置有磁钢压圈5。轴承2和端盖4之间设置有轴承衬套3，电机定子1通过两端设置的轴承锁紧螺母10与轴承2固定连接。
25.电机前端的端盖4和轴承2之间设置波形垫圈12，后端的端盖4和轴承2之间没有设置波形垫圈12，波形垫圈12对轴承2施加定压预紧效果，轴承2的预紧能够消除轴承2内部游隙，从而消除轴摆现象。除此之外，也可以采用定位预紧的方式消除轴摆。
26.本实施例的平面反射镜9为四棱镜，但其也可以是三棱镜、五棱镜、六棱镜甚至更多面的棱镜，也可以是楔形转镜、塔镜等等各类扫描转镜。
27.本实施例的电机为外转子电机，电机转子8为一框架型结构，作为电机转子8的同时，又充当了平面反射镜9的固定基座，将电机的磁钢和绕组6置于四棱镜的内部，大大节省了系统的轴向尺寸。同时，负载完全处于前后两端的轴承2之间，负载力臂对比外置远端负
载来说大大缩短，两个轴承2均可对质量负载及离心负载进行可靠支撑，电机定子1的受力环境得到改善。电机的内部轴承2为深沟球轴承、角接触轴承、圆锥滚子轴承等。
28.本实施例电机定子1与电机转子8通过轴承2连接实现相对旋转运动，在轴承2装入端盖4之前，需要将前后轴承衬套3分别装入前后端盖4中，由于端盖4采用铝合金材质，轴承2直接装入端盖4，二者材质不同，在高低温情况下轴承2与端盖4的变形量不同，容易引起配合失效相对滑动、噪音以及磨损等问题，故在此装入钢制的轴承衬套3，保证了此处的稳定性。
29.在电机的组装过程中，电机定子1与前后的两端轴承2内圈间隙配合，前后两端轴承锁紧螺母10将轴承2与电机定子1固定，消除轴承2与电机定子1径向之间的间隙。在固定端盖4时，波形垫圈12定压预紧可消除轴承2游隙，从而达到消除电机轴摆。上述方案中，轴承2的预紧以波形垫圈12定压预紧为例进行了描述。可替代地，也可以采用定位预紧的方式。
30.动平衡调节方案如图3所示。图中，前端盖4和后端盖4分别在外侧端面增加了动平衡调节面(序号a、b)。由于前后端盖4处于电机轴向两端，轴向距离最远，在此进行动平衡调节最适宜，同时动平衡调节面(序号a、b)处于扫描镜内部，在此处去重时，切削产生的飞屑不会损伤外部的工作面。与增重动平衡调节方式相比：在整个调节过程中，可以做到任意角度任意重量去进行配平衡，由于是在结构件上去除材料，重量不会增加，也不会出现高速旋转情况下配重物脱落风险。
31.本实施例中，平面反射镜9采用4片尺寸完全相同的矩形平面镜制作，均布于电机转子8的四周，其基底为玻璃材质，在其工作面上，可加镀工作光波段的介质反射膜，与常规的金属基底镀金属膜相比，其反射率更高(可超过99％)，同时保证了膜层具有更好的损伤阈值及附着力。
32.扫描转镜的工作面以平面反射镜9粘接方案进行了描述。可替代地，扫描转镜的工作面也可以在电机转子8的外壁上直接加工而成，在转子外壁上直接加工出工作面并镀金属膜，省去了平面镜粘接的工艺过程。同时，扫描转镜在高速旋转时的可靠性也得到了保证。
33.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。