一种模块化伺服电机的制作方法

本实用新型涉及一种电机技术，尤其涉及一种模块化伺服电机，属于机电控制领域。

背景技术：

目前，伺服电机的结构主要包括转子、定子、编码器等，在使用伺服电机时，需要将伺服电机与驱动器连接，由伺服电机内的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值、目标值调整电机转速及转矩。

一般情况下，在伺服电机上设置有接线盒，用于连接电源以及驱动器，驱动器设置在伺服电机外部。由于现有技术中的伺服电机需要外接驱动器，而驱动器又外置于伺服电机，就导致在使用伺服电机时，需要安置电机本体及驱动器，还要保护用于连接电机本体和驱动器的电线，这就限制了伺服电机的使用环境，例如在狭窄的环境、液体环境中就不适宜使用伺服电机。另外，为伺服电机外接驱动器也给用户在使用过程中带来不便。

技术实现要素：

本实用新型提供一种模块化伺服电机，通过将与伺服电机本体连接的驱动器放置在壳体的内部，能够使模块化伺服电机一体化，便于用户使用。同时，将驱动器封装在壳体内，使得模块化伺服电机能够在液体环境中使用，另外，这样的设置方式还使模块化伺服电机的整体体积较小，能够在狭小环境中使用。

本实用新型提供的模块化伺服电机，包括：电机本体、壳体、端盖；

所述壳体上设有开口，所述壳体通过所述开口与所述端盖止口连接；

所述壳体内部容置有所述电机本体；

所述端盖上设置有驱动器，所述驱动器容置于所述壳体内部；所述驱动器与所述电机本体的定子电性连接。本实施例提供的模块化伺服电机，将驱动器内置于壳体中，使得整个模块化伺服电机的体积更小。

可选的，所述驱动器包括：设置有晶体管的功率电路板，其中，所述晶体管为碳化硅晶体管。碳化硅晶体管与普通晶体管相比，体积更小，使用碳化硅晶体管构成的功率电路板的体积也就更小，从而能够减小整个驱动器的体积，使驱动器能够放置在模块化伺服电机的壳体1的内部。

可选的，所述驱动器还包括：电源电路板、控制电路板，所述电源电路板、所述控制电路板、所述功率电路板之间相互电性连接。

可选的，所述端盖与所述驱动器之间设置有硅胶导热板。设置硅胶导热板，有利于将驱动器产生的热量传递至端盖，从而加快整个电机的散热速度。

可选的，所述模块化伺服电机还包括：转子轴；

所述转子轴的第一端设置在所述定子的内部，以使所述转子轴随着所述定子产生的旋转磁场旋转；

所述转子轴的第二端伸出所述壳体。

可选的，所述模块化伺服电机还包括：霍尔编码器；

所述转子轴的所述第一端设置有极化磁铁；

所述霍尔编码器设置在所述极化磁铁与所述驱动器之间，用于根据检测到的所述极化磁铁的极性计算所述转子轴的转速；

或者，还包括：增量编码器；

所述转子轴的所述第一端设置有光栅轮；。

所述增量编码器设置在所述光栅轮与所述驱动器之间，用于检测所述转子轴的转速或转子的位置。

可选的，所述壳体内还包括静电磁铁、动铁、齿合片；

所述静电磁铁、所述动铁、所述齿合片依次套设在所述转子轴上；

其中，所述齿合片与所述转子轴固定连接；

所述静电磁铁与所述壳体内壁固定连接；

所述动铁与所述静电磁铁通过弹性元件连接，以使所述弹性元件在复位状态下，所述动铁与所述齿合片相接触，所述弹性元件在形变状态下，所述动铁与所述齿合片分离。设置有静电磁铁、动铁、齿合片后，在驱动器突然断电时，能够使转子轴停止旋转，从而避免驱动器意外断电，而电机的转子轴还由于惯性继续旋转，导致发生危险。

可选的，所述动铁与所述齿合片相互接触的一侧的表面上设置有相配合的卡槽，以使所述动铁与所述齿合片接触时啮合。从而达到更好的卡合效果，达到在驱动器突然断电时，快速停止转子轴旋转的目的。

可选的，所述霍尔编码器与所述驱动器电性连接。从而将检测到的转子轴的输出参数传递至驱动器，以使驱动器能够根据电机的输出参数调整定子的输出电参数，从而校正电机的输出参数。

可选的，还包括，防水密封环，所述防水密封环设置在所述壳体的所述开口处，以使所述端盖与所述壳体的所述开口密闭连接。使模块化伺服电机具有防水的效果，从而能够应用在液体环境中。

本实用新型提供的模块化伺服电机的技术效果是：通过将驱动器内置于外壳中，且驱动器与电机本体的定子电性连接，使用户无需在使用模块化伺服电机时，将电机本体与驱动器通过电线连接，使用户在使用模块化伺服电机时更加方便。同时，由于将模块化伺服电机的本体与驱动器一体设置，能够减小模块化伺服电机的体积，使得本实用新型提供的模块化伺服电机能够在狭小环境使用。另外，由于驱动器和电机本体都封装在壳体内部，使得模块化伺服电机能够在液体环境下使用。

附图说明

图1为本实用新型一示例性实施例示出的模块化伺服电机的结构图；

图2为本实用新型另一示例性实施例示出的模块化伺服电机的结构图。

具体实施方式

图1为本实用新型一示例性实施例示出的模块化伺服电机的结构图。

如图1所示，本实施例提供的模块化伺服电机，包括：电机本体、壳体1、端盖2。

壳体1上设有开口，壳体1通过开口与端盖2止口连接；。

其中，开口的轮廓和端盖2的轮廓可以为圆形。

具体的，

可以在开口处设置凹槽，在端盖2上设置与上述凹槽相配合的凸台，使端盖2能够通过凹槽与凸台配合的方式卡合在壳体1的开口处。

可选的，为了使模块化伺服电机密封，可以在组装模块化伺服电机时，可以在壳体1与端盖2连接处做密封处理。例如，在壳体1和端盖2的接触位置设置用于防水的密封垫，使伺服电机能够应用在液体环境中。

实际应用时，壳体1的内部容置有电机本体。

其中，电机本体包括定子、转子，定子通电后能够产生旋转磁场。转子设置在定子内部，能够随着旋转磁场旋转。

具体的，端盖2上设置有驱动器3，驱动器3容置于壳体1的内部。

当端盖2与壳体1连接时，驱动器3容置于壳体1的内部，将模块化伺服电机的本体和驱动器3一体设置，能够减小模块化伺服电机的体积，使模块化伺服电机能够应用在狭小的环境中。同时，将模块化伺服电机的本体和驱动器3都封装在壳体内，使得模块化伺服电机具有良好的防水性。另外，将驱动器3内置于壳体1中，还能够减少外部电磁环境对驱动器3产生的电磁干扰，使模块化伺服电机能够更稳定的运行。

进一步的，在转子轴伸出壳体1的位置，也可以设置防水装置。

驱动器3与电机本体的定子电性连接。驱动器3用于为定子提供电能，以使定子产生旋转磁场。本实施例提供的模块化伺服电机，无需在使用模块化伺服电机时再通过电线连接电机本体和驱动器3，便于用户使用。其中，驱动器3的驱动方式可以设置为矢量驱动，使得本实施例提供的模块化伺服电机能够输出较大的扭矩。

本实施例提供的模块化伺服电机，包括：电机本体、壳体、端盖。在壳体上开设有开口，壳体通过开口与端盖止口连接；。并且，壳体内部容置有电机本体，在端盖上设置有驱动器，驱动器容置于壳体内部，同时，驱动器与电机本体的定子电性连接。本实施例提供的模块化伺服电机，将驱动器内置于外壳中，且驱动器与电机本体的定子电性连接，无需在使用模块化伺服电机时，还需要将电机本体与驱动器通过电线连接，使用户在使用模块化伺服电机时更加方便。同时，由于将模块化伺服电机的本体与驱动器一体设置，能够减小模块化伺服电机的体积，使得模块化伺服电机能够在狭小环境使用。另外，由于驱动器和电机本体都封装在壳体内部，使得模块化伺服电机能够在液体环境下使用。

图2为本实用新型另一示例性实施例示出的模块化伺服电机的结构图。

如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的模块化伺服电机中，驱动器3包括：设置有晶体管的功率电路板31，其中，设置在功率电路板31上的晶体管均为碳化硅晶体管。

功率电路板31用于调整驱动器3输出的电流、电压及三相电的频率，通过改变驱动器3的输出结果，能够改变定子产生的旋转磁场，进而调整跟随旋转磁场转动的转子的旋转参数。

其中，碳化硅晶体管与普通晶体管相比，体积更小，使用碳化硅晶体管构成的功率电路板31的体积也就更小，从而能够减小整个驱动器3的体积，使驱动器3能够放置在模块化伺服电机的壳体1的内部。

另外，碳化硅晶体管的热损耗非常小，在正常运行时，碳化硅晶体管不会产生很多热能。因此，在驱动器3上设置用于散热的散热装置时，可以只设置体积小的简易散热装置，例如小风扇。简易的散热装置也能够减小驱动器3的体积，进而减小整个模块化伺服电机的体积。

具体的，驱动器3还包括：电源电路板32、控制电路板33，电源电路板32、控制电路板33、功率电路板31之间相互电性连接。也就是电源电路板32、控制电路板33、功率电路板31之间彼都电性连接。其中，控制电路板可以是ARM电路板或DSP电路板。

进一步的，电源电路板32用于连接外部电源，使驱动器3能够获得电能，同时还将电能传输至控制电路板33和功率电路板31。控制电路板33用于控制功率电路板31调整输出参数。

可选的，可以设置控制电路板33的参数，从而改变模块化伺服电机的输出参数。例如，通过改变控制电路板33的设置参数，使模块化伺服电机输出的转速为1000r/min。

实际应用时，功率电路板31、电源电路板32和控制电路板33可以层叠设置，且每个电路板之间都留有空间，避免电路板之间直接接触，导致短路。例如，电源电路板32在最上层，控制电路板33位于中间层，功率电路板31在最底层，电路板的相对位置可以根据需求设置，本实施例不对此进行限制。并且，电路板之间通过连接件连接，该连接件优选为绝缘连接件，用于支撑位于上部和中部的电路板。将三个电路板层叠放置，能够使驱动器3的结构更紧凑，便于将驱动器3放置在壳体1的内部。

可选的，端盖2与驱动器3之间设置有硅胶导热板4。端盖2暴露在外部环境中，而驱动器3设置在壳体1的内部，驱动器3产生的热量能够通过端盖2导出，在端盖2与驱动器3之间设置硅胶导热板4，更有利于将驱动器3产生的热量传递至端盖2。

进一步的，硅胶导热板4的轮廓与后端盖2的轮廓相同，设置较大面积的硅胶导热板4，能够使驱动器3产生的热量能够被均匀的传导至端盖2的整个平面上。

实际应用时，本实施例提供的模块化伺服电机还包括转子轴5，转子轴5的第一端51设置在定子的内部，以使转子轴5随着定子产生的旋转磁场旋转。转子轴5的第二端52伸出壳体1。

其中，电机定子通电后，在其周围就会有磁场生成，而转子在磁场中会有感应电动势生成，在闭环的转子线路中就有电流通过，同样在转子周围会有一个磁场形成；在两个磁场同极时就会产生排斥；在不断改变电机的定子电源相序过程中，定子的磁场也在不断地变化，带动转子轴5不停转动。

具体的，转子轴5的第二端52用于连接外部设备，通过转子轴5的旋转，带动其他设备旋转。

在壳体1上第一端部51伸出的位置可以做不妨碍转子轴5旋转的防水处理。

可选的，本实施例提供的模块化伺服电机，还包括霍尔编码器6。并且，在转子轴5的第一端51设置极化磁铁7，霍尔编码器6设置在极化磁铁7与驱动器3之间。

其中，转子轴5在旋转时，带动设置在第一端51的极化磁铁7旋转，霍尔编码器6能够检测极化磁铁7的极性，从而获取极化磁铁的旋转圈数，也就是获取转子轴5的旋转圈数，霍尔编码器6根据获取的旋转圈数，能够计算出转子轴5的旋转速度。具体的，利用霍尔编码器6计算转子轴5的旋转速度具有高精度的特点，例如，采用2^14的霍尔编码器6，能够检测到转子轴5旋转一周的位置上平均划分为16384个的位置点，也就是能够检测出360度的圆周上16384个位置，从而能够更准确的监控电机的旋转位置。

极化磁铁7和霍尔编码器6的体积都比较小，采用这样的设置方式，能够节省壳体1的内部空间，从而更进一步的减小整个模块化伺服电机的体积。同时，在电机内部设置有霍尔编码器6，使得本实施例提供的模块化伺服电机在作为伺服舵机使用时，能够360度旋转，而不用受传统的编码器限制，导致模块化伺服电机必须在一定的旋转角度内旋转。而且，霍尔编码器6无需与电机内部的转子轴5接触，使得霍尔编码器6的使用寿命更长。

具体的，霍尔编码器6还与驱动器3电性连接。用于将计算的转子轴5的旋转速度、和旋转到的位置发送至驱动器3。具体的，由驱动器3中的控制电路板33接收霍尔编码器6发送的旋转速度，控制电路板33根据用户设置的参数以及转子轴5实际的旋转速度及位置，控制功率电路板31调整输出参数，从而调整模块化伺服电机输出的旋转参数。本实施例提供的模块化伺服电机，能够根据电机输出的速度、位置进行闭环控制，另外，还可以设置检测电机输出扭矩的传感器，并将传感器与驱动器3连接，从而达到转矩、速度、位置的全闭环控制。

或者，还可以包括：增量编码器；在转子轴5的第一端51设置有光栅轮。

增量编码器设置在光栅轮与驱动器3之间，用于检测转子轴5的转速或位置。本实施例提供的模块化伺服电机，将驱动器3设置在壳体1的内部，使得本实施例提供的模块化伺服电机体积更小，且具有防水的效果，而且，采用霍尔编码器6采集转子轴5的旋转参数，能够更精准的控制模块化伺服电机。因此，本实施例提供的模块化伺服电机能够应用于AFC自动售检票系统的门闸机开关执行机构、小型机器人的核心部件中、化工流量执行阀、小型机械手或机械臂、各种类型的开关门执行机、多轴立体打印机、雕刻机、激光切割机等，还可以应用于行驶设备中，如车载、机载、舰载的精密运动伺服执行机构，还可构成远程随动执行机构。需要说明的是，以上场景的列举只是为了说明本实施例提供的模块化伺服电机的结构更加完善，因此能够应用在以上场景中，但本实施例提供的模块化伺服电机不仅仅适能够用于以上的场景，还可以设置在其他需要设置模块化伺服电机的场景中。

另外，还可以在壳体1的内部设置固定装置61，用于放置霍尔编码器6，优选的，将霍尔编码器6固定设置在固定装置61上，以免模块化伺服电机在使用时，由于电机震动导致霍尔编码器损坏。

进一步的，本实施例提供的模块化伺服电机还包括刹车装置，该刹车装置设置在壳体1的内部，具体包括：静电磁铁81、动铁82、齿合片83。

静电磁铁81、动铁82、齿合片83依次套设在转子轴5上。

其中，齿合片83与转子轴5固定连接，齿合片83能够跟随转子轴5一起旋转。

静电磁铁81与壳体1内壁固定连接，以使静电磁铁81相对于壳体1静止。

动铁82与静电磁铁81通过弹性元件84连接，以使弹性元件84在复位状态下，动铁82与齿合片83相接触，弹性元件84在形变状态下，动铁82与齿合片83分离。

动铁82能够在转子轴5的延伸方向上移动，另外，还可以在壳体1的内部设置凹槽，在电磁体82上设置与上述凹槽配合的凸台，使动铁82仅能够在转子轴5的延伸方向上移动。

具体的，当动铁82未通电时，动铁82与静电磁铁81之间没有磁力，也就是没有力作用在动铁82上，弹性元件84保持复位状态，动铁82与齿合片83相接触，使齿合片83无法转动。

当动铁82通电时，动铁82与静电磁铁81相吸，由于静电磁铁81固定在壳体1的内壁上，无法移动，则动铁82会在磁力作用下压缩弹性元件84向静电磁铁81所在的方向移动，与齿合片83分离，此时动铁82对齿合片83不产生影响。

进一步的，动铁82与驱动器3电连接，当驱动器3意外断电时，电机的转子轴5由于惯性继续转动，存在危险隐患，而设置有上述刹车装置的模块化伺服电机，能够在驱动器3断电时，使转子轴5停止转动。

另外，还可以设置多个弹性元件84，以使弹性元件84在复原状态时，能够迅速的使动铁82与齿合片83接触，起到快速刹车的效果。

优选的，动铁82与齿合片83相互接触的一侧的表面上设置有相配合的卡槽，以使动铁82与齿合片83接触时啮合。

实际应用时，在动铁82与齿合片83相互接触的一面设置多个凸起，在齿合片83与动铁82相互接触的一面设置多个凹槽，以使动铁82能够与齿合片83卡合，限制齿合片83旋转，进而限制于齿合片83固定连接的转子轴5的旋转，达到刹车的目的。

其中，可以在动铁82与齿合片83相互接触的一面设置连续的多个凸起，在齿合片83与动铁82相互接触的一面设置多个连续的凹槽，已达到更好的卡合效果，从而达到快速刹车的目的。

具体的，本实施例提供的模块化伺服电机还包括防水垫9。防水垫9设置在壳体1的开口处，以使后端盖2与壳体1的开口密闭连接。从而使模块化伺服电机能够防水，便于模块化伺服电机在液体环境中使用。

另外，还可以在壳体1的开口处设置防尘装置，避免尘土进入模块化伺服电机，导致模块化伺服电机内部的驱动器3损坏。本实施例提供的模块化伺服电机，将驱动器3设置在壳体1的内部，而且设置有防尘装置，具有良好的防水、防尘效果，同时，可以采用坚硬的金属材料制作壳体1，使得模块化伺服电机还具有耐冲击的效果。本实施例提供的模块化伺服电机，驱动器能够防止在壳体的内部，使得整个电机的体积较小，能够应用在空间有限的环境中，而且，驱动器包括相互电性连接的功率电路板、控制电路板和电源电路板，且功率电路板中设置的晶体管均为碳化硅晶体管，使得驱动器的体积很小，从而减小整个模块化伺服电机的体积。另外，本实施例提供的模块化伺服电机还设置有霍尔编码器、极化磁铁，用于计算转子轴的转速，并将转子轴的转速发送至驱动器，以使驱动器根据电机的实际转速调整驱动器的输出参数，进而调整电机的输出参数。同时，本实施例提供的模块化伺服电机还包括刹车装置，使得在意外停电的情况下，本实施例提供的模块化伺服电机能够停止旋转，避免转子轴由于惯性继续旋转导致危险。在壳体的开口处还设置有防水垫，以使后端盖与壳体的开口密闭连接，从而使模块化伺服电机能够应用在液体的环境中。

在本实用新型中，术语"第一"、"第二"仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语"上"、"下"、"顶"、"底"等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；除非另有明确的规定和限定，"安装"、"连接"等术语均应广义理解，例如，"连接"可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。