用于电机的转轴、转镜电机和激光雷达的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，具体涉及一种用于电机的转轴、转镜电机和激光雷达。


背景技术：

2.通常，电机是指依据电磁感应实现电能转换或传递的电磁装置，主要作用是产生驱动转矩，作为各种机械的动力源，并且为设备提供一种与环境互动的结构或方式，因此，根据应用环境的不同，电机的设计和操作通常也有所不同。
3.车载激光雷达系统的调制激光可以用于距离探测和测量，通过采用转镜可实现激光光束扫描和接收等。用于车载激光雷达系统的转镜电机可基于电磁驱动技术实现电机旋转，从而实现转镜的旋转和控制。对于不同的车载激光雷达系统，希望设计出既能够在构造上符合电机运行环境，又能够最大限度地保证电机长时间平稳顺畅工作，是设计工程师们不断追求的目标。转轴是电机中的主要部件，如何设计并加工出符合高要求的转轴，是电机设计中的重要环节。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种用于电机的转轴、转镜电机和激光雷达，用于解决至少一种技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种用于电机的转轴，所述转轴为台阶轴结构，所述转轴包括第一挡台阶和第二挡台阶，第一挡台阶的外径大于第二挡台阶的外径，第一挡台阶和第二挡台阶之间具有过渡台阶，所述过渡台阶的外径小于第一挡台阶的外径且大于第二挡台阶的外径；其中第二挡台阶为预定长度的轴体，使用时在第二挡台阶的两端分别装配第一轴承和第二轴承；其中，所述第二挡台阶与过渡台阶的连接处具有环形凹槽，以使套装在第二挡台阶端部的第一轴承紧靠在过渡台阶上；所述第二挡台阶的末端具有螺纹，并配有第一螺母，第一螺母具有预定尺寸，使得装配完毕后第一螺母的边沿与套装在第二挡台阶末端附近的第二轴承的边沿相隔预定距离。
6.根据本技术的实施例，可选地，所述第一螺母的外径小于或等于所述第二轴承的内圈的外径，以使得所述转轴发生纵向移动时所述第一螺母与所述第二轴承的防尘盖不发生接触。
7.根据本技术的实施例，可选地，所述第一挡台阶的端部经倒角处理，所述第一挡台阶的端部周向边缘具有倒角。
8.根据本技术的实施例，可选地，所述预定距离s的取值范围为：0.1≤s≤0.5，单位为毫米。
9.根据本技术的实施例，可选地，所述环形凹槽是由对第二挡台阶与过渡台阶的连接处进行清根处理获得；和/或，所述第一挡台阶与对应安装孔为过盈配合，所述第二挡台阶与所述第一轴承以及所述第二轴承均为过渡配合。
10.根据本技术的实施例，可选地，所述转轴经过调质处理，硬度为hrc32-36；和/或，
所述转轴与所述第一轴承以及所述第二轴承的配合部位经过高频淬火处理，硬度为hrc50-65。
11.第二方面，本技术实施例提供一种转镜电机，其包括如上所述的转轴，所述转镜电机还包括：底座、外壳、铁芯、磁环和控制板，其中，所述底座包括底板以及位于底板中部区域且为垂直设置的第一圆柱，第一圆柱为贯穿结构；所述转轴的第一挡台阶位于第一圆柱的外部，第二挡台阶位于第一圆柱的内部，其中，第二挡台阶通过两个轴承安装在第一圆柱内，所述两个轴承包括第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承之间设置有距离保持件，所述距离保持件用于限制两个轴承相向移动；所述外壳包括底板、顶板以及位于底板与顶板之间且为垂直设置的第二圆柱，第二圆柱为中空结构，第二圆柱的直径大于第一圆柱的直径，所述外壳的顶板的中部区域具有通孔，所述转轴的第一挡台阶固定安装于所述通孔内，当所述外壳旋转时能够带动所述转轴旋转；所述铁芯为中空的骨架结构，所述磁环为具有预定高度的圆筒结构，所述磁环的尺寸大于所述铁芯的尺寸，所述磁环固定在第二圆柱的内壁上，所述铁芯套设在第一圆柱与所述磁环之间；所述控制板安装在所述底座的底板上，所述控制板用于驱动磁环旋转，以使所述磁环带动所述外壳以及所述转轴旋转；所述外壳的底板和/或顶板上具有镜片安装位，用于安装转镜镜片。
12.根据本技术的实施例，可选地，所述两个轴承之间还设置有一外挡件及一波形垫圈，所述外挡件为圆筒结构，所述外挡件的内径大于所述距离保持件的外径，所述外挡件的高度小于所述距离保持件的高度，所述外挡件安装在所述第一圆柱的内壁上；其中所述外挡件的一端与所述波形垫圈的一端连接，所述波形垫圈的另一端与第一轴承的外圈连接，所述外挡件的另一端与第二轴承的外圈连接。
13.根据本技术的实施例，可选地，所述铁芯与所述底座为过渡配合，所述磁环与所述外壳为过渡配合，所述外挡件与所述底座为过渡配合。
14.第三方面，本技术实施例提供一种激光雷达，所述激光雷达包括如上所述的转镜电机。
15.采用本技术的实施例，电机的转轴为台阶轴，台阶轴的第一挡台阶和第二挡台阶之间具有过渡台阶，通过专门的加工处理，第二挡台阶与过渡台阶的连接处具有环形凹槽，可杜绝该连接处存在毛刺或异物等情况，可使套装在第二挡台阶端部的轴承紧靠在过渡台阶上，有利于电机整体平稳运行，进一步地，第二挡台阶的末端具有螺纹并配有螺母，使用螺母可对装配好的转轴起到锁紧作用，并且装配完毕后螺母与转轴上的轴承并不接触，而是相隔一定距离，目的是为转轴保留纵向颤动的间隙，有利于电机整体长时间平稳运行。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，以下对本技术实施例中的附图作简单介绍。
17.图1示意性示出本技术实施例的转轴的结构示意图。
18.图2示意性示出包含本技术实施例的转轴的转镜电机的纵截面结构示意图。
19.图3示意性示出本技术实施例的转镜电机的爆炸示意图。
具体实施方式
20.以下将参考若干示例性实施方式来描述本技术的原理和精神。应当理解，提供这些实施方式的目的是为了使本技术的原理和精神更加清楚和透彻，使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本技术的原理和精神。本文中提供的示例性实施方式仅是本技术的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本文中的实施方式，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
21.在本文中，诸如第一、第二之类的用语，仅用来将一个实体(或操作)与另一个实体(或操作)区分开来，而不在于要求或暗示这些实体(或操作)之间存在任何顺序或关联。在本文中，由语句“包括
……”
所限定的要素(例如部件、组分、过程、步骤)，并不排除在所列举要素之外还存在其他要素，也就是，还可包括没有明确列举的其他要素。在本文中，附图中的任何元素及其数量均用于示例而非限制，附图中的任何命名均仅用于区分，而不具有任何限制含义。
22.以下参考本技术的若干示例性或代表性实施方式，详细阐释本技术的原理和精神。
23.本技术实施例提供一种用于电机的转轴，所述转轴为台阶轴结构，所述转轴包括第一挡台阶和第二挡台阶，第一挡台阶的外径大于第二挡台阶的外径，第一挡台阶和第二挡台阶之间具有过渡台阶，所述过渡台阶的外径小于第一挡台阶的外径且大于第二挡台阶的外径；其中第二挡台阶为预定长度的轴体，使用时在第二挡台阶的两端分别装配第一轴承和第二轴承；其中，所述第二挡台阶与过渡台阶的连接处具有环形凹槽，以使套装在第二挡台阶端部的第一轴承紧靠在过渡台阶上；
24.所述第二挡台阶的末端具有螺纹，并配有第一螺母，第一螺母具有预定尺寸，使得装配完毕后第一螺母的边沿与套装在第二挡台阶末端附近的第二轴承的边沿相隔预定距离。
25.在本技术的一些实施例中，所述第一螺母的外径小于或等于所述第二轴承的内圈的外径，以使得所述转轴发生纵向移动时所述第一螺母与所述第二轴承的防尘盖不发生接触。
26.也就是说，本技术实施例的转轴为一台阶轴，台阶轴的第一挡台阶和第二挡台阶之间具有过渡台阶，通过专门的加工处理，第二挡台阶与过渡台阶的连接处具有环形凹槽，可杜绝该连接处存在毛刺或异物等情况，可使套装在第二挡台阶端部的轴承紧靠在过渡台阶上，有利于电机整体平稳运行，进一步地，第二挡台阶的末端具有螺纹并配有螺母，使用螺母可对装配好的转轴起到锁紧作用，确保套装在第二挡台阶末端的轴承可以锁定不松；并且装配完毕后螺母与末端的轴承并不接触，而是相隔一定距离，目的是为转轴保留纵向颤动的间隙，有利于电机整体长时间平稳运行。
27.在本技术的一些实施例中，所述第一挡台阶的端部经倒角处理，所述第一挡台阶的端部周向边缘具有倒角。在转轴头部做倒角处理，在轴向上形成圆弧，可光滑过渡，以便为转轴的头部安装时起到导向、引导的作用。
28.在本技术的一些实施例中，螺母的上边沿与套装在第二挡台阶末端附近的轴承的下边沿之间具有一个小的间隙，即相隔预定距离s，s的取值范围可为0.1≤s≤0.5，单位为毫米，例如s＝0.3mm。对于电机中的转轴，在电机运行过程中，会发生转轴的纵向颤动，保留
该s范围的间隙，可为转轴颤动提供缓冲的空间，从整体上提高电机性能。
29.在本技术的一些实施例中，所述环形凹槽是由对第二挡台阶与过渡台阶的连接处进行清根处理获得，通过清根处理，可杜绝轴承与转轴配合时接合面上有毛刺或异物阻挡，可使部件相互紧靠，电机长时间作业仍可稳定运行。
30.在本技术的一些实施例中，所述第一挡台阶与对应安装孔为过盈配合，所述第二挡台阶与所述第一轴承以及所述第二轴承均为过渡配合。这里，转轴与轴承配合处做过渡配合，一方面可防止轴承与转轴配合时转轴受力出现变形或变异，另一方面可使轴承的内圈不受挤压，从而避免引发轴承内部结构损伤，能够延长电机的整机寿命。
31.在本技术的一些实施例中，转轴经过调质处理，硬度为hrc32-36；另外，转轴与第一轴承以及第二轴承的配合部位经过高频淬火处理，硬度为hrc50-65。这样处理能够尽可能的提升转轴的强度，避免电机因转轴材质问题导致后续出现转动部件晃动等不良现象。
32.以上通过多个实施例描述了本技术实施例的转轴的结构以及具备的技术优势。以下结合具体的例子，详细描述本技术实施例的转轴的具体实现方式以及使用方式。
33.图1示意性地示出了本技术实施例的一种转轴50，其采用台阶轴结构，转轴50包括第一挡台阶501(转轴头部)和第二挡台阶502(长轴体部分)，第一挡台阶501和第二挡台阶502之间有过度台阶509，装配时，上轴承52抵靠在过度台阶509上，装配之前可先对过度台阶509进行清根处理，沿周向形成环形槽508，使得上轴承52与过度台阶509紧靠后形成环形接合面，且环形接合面以内为空，这样，可使上轴承52的内圈与过度台阶509的端面紧密稳定地接合，杜绝接合处存在毛刺或异物的情况。
34.此外，可以看到，第一挡台阶501的上端部经过经倒角处理，上端部的周向边缘具有圆滑的倒角，装配中可起到导向作用。第二挡台阶502的末端经加工具有螺纹55，可与配套的螺母(或螺帽)使用，装配轴承及其他部件之后，将螺母拧紧，可使下轴承锁定不松，此外，螺母的使用还具有限位及保护轴承部件的作用，以下通过示例进行详细说明。
35.基于上述实施例的转轴，将其与配套设计的底座、外壳、铁芯、磁环和控制板等部件进行装配，可得到一种转镜电机，可用于激光雷达。图2示意性地示出了一种装配完毕的转镜电机的纵截面结构示意图，图3示意性示出了该转镜电机的爆炸图。
36.参考图2和图3，处于中央位置的台阶轴为转轴50，转镜电机包括如下部件：底座100、控制板120、螺钉122、铁芯110、衬套20、外挡80、内挡60、波垫82、轴承52、转轴50、磁环210、外壳200以及镜片组220。
37.具体地，底座100的底板大致为圆形，底板上具有若干安装孔，控制板120安装在底座100的底板上。底板中部区域的圆柱为贯穿结构，用于容纳转轴50、轴承52、内挡60、外挡80和波垫82等部件。外壳200的尺寸整体大于底座100的尺寸，外壳200的中空圆柱内容纳磁环210、铁芯110以及底座100的圆柱结构。镜片组220安装在外壳200的底板上，图1所示的镜片组220包含4个镜片，可分别安装在四个方向上，将外壳200的圆柱包围。
38.转轴50的头部安装在外壳200的顶板中部的通孔中，转轴50的轴体位于底座100的中部向上延伸的圆筒结构中，转轴50的轴体通过轴承52和轴承53安装在底座100的圆筒内；转轴50的轴体上还套设有内挡60，内挡60外围设置有外挡80和波垫82；转轴50的下端安装有螺帽55。
39.内挡60套装在第二挡台阶502上，内挡60与上轴承52的内圈接合。下轴承53套装在
内挡60下方，内挡60与上下轴承的内圈接触，起到限位作用，同时可对轴承起到防护作用。其中，内挡60与第二挡台阶502之间可为松配，确保转轴能顺利穿过内挡60，也可加胶固定。转轴的第二挡台阶502与上下轴承配合处做过渡配合，一方面可杜绝轴承与转轴配合时转轴因受力而变形/变异，另一方面可使轴承的内圈不受挤压，避免轴承内部发生结构损伤，尽可能延长电机整体寿命。
40.波垫82的上端环形面与上轴承52的外圈接触，波垫82的下端环形面与外挡80的环形端面抵住，可对上轴承52起到重要的缓冲作用。波垫82与底座100圆筒内壁之间为松配，确保波垫82可以在底座100圆筒内轻松波动。外挡80与内挡60可采取完全松配，两者不相互干涉。外挡80与下轴承53的外圈接触，与内挡60一起撑起上下轴承的内圈和外圈，对两个轴承起到防护作用。外挡80与底座100圆筒内壁接触，可设计为过渡配合，以便将外挡80压入底座100圆筒内，并且外挡80的外表面上具有环形槽，可在环形槽内加胶，组装时可通过加热从而将外挡80与底座100内壁形成一体。
41.上轴承52在转轴台阶处进行限位，上下轴承之间通过内挡60、外挡80和波垫82进行限位，具体是上轴承52和下轴承53之间通过内挡60对内圈限位，且通过外挡80和波垫82对外圈限位，这样设置可避免电机运行中对轴承的防尘盖造成磕碰损伤导致轴承故障等问题，对两个轴承起到防护作用。
42.底座100的圆筒外围套设有铁芯110，铁芯110的下端面与圆筒外围的台阶卡合以进行纵向限位，此外还可通过铁芯110内壁的纵向凸柱(图中未示出)与底座100圆筒外壁上开设的纵向定位槽匹配安装，进行角度限位。另外，电机控制板120可采用pcba(printedcircuitboard assembly，印刷电路板组件)，或称pcb板，通过螺钉122与底座100的底板固定，防止电机使用时间长出现pcb板松动的情况。
43.磁环210固定在外壳200的内壁上，磁环210与外壳200可为过渡配合，磁环210外侧安装时可加胶固定。磁环210的顶部与外壳200的限位台阶相接，磁环210的底部不超出外壳200的下端面，换句话说，磁环210的设计尺寸不超过码盘尺寸。在不同的实施例中，磁环210的材质、料号充磁方向等属性，可通过模型仿真的方式来确定。
44.螺母55安装在转轴第二挡台阶502末端，对转轴上的零部件起到锁紧作用，螺母锁紧后可在底部加胶进行固定，防止螺母松脱。其中，螺母55锁紧后与下轴承53之间留有一个小的颤动间隙，例如约为0.1-0.5毫米的间隙。若电机作业时转轴发生纵向窜动或转轴被下压时，上轴承52的内圈、内挡60、下轴承53的内圈、螺母55随转轴移动，同时，波垫82受上轴承52的外圈下压而压缩，然后带动转轴回弹。其中，螺母55只对下轴承53的内圈起作用，因此设计时螺母55的最大外径不应超过下轴承53内圈的尺寸，也即螺母55的外径应小于或等于下轴承53内圈的外径，如此螺母55不会接触到下轴承53的防尘盖，因此转轴发生颤动时转轴末端的螺母55不会损伤轴承。
45.电机工作时，磁芯210被驱动旋转，铁芯110静止，磁芯210带动外壳200旋转，外壳200带动转轴50、内挡60、螺帽55以及两个轴承的内圈旋转，安装在外壳200外部的转镜镜片组随之旋转。通过控制磁芯210的旋转角度可以实现对镜片组的角度控制。
46.在本技术的示意性实施例中，转轴设计时还可做调质处理，例如，转轴硬度设计成hrc32-36，在转轴与轴承配合处做高频淬火处理，使与轴承配合处硬度为hrc58-62，可尽可能的保证转轴强度，避免电机因转轴材质问题导致后续出现转动部件晃动等不良现象。
47.需要明确的是，本技术并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本技术的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本技术的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
48.还需要说明的是，本技术中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本技术不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
49.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。