CN106981967A - 一种直驱外转子无刷电机及其旋转关节 - Google Patents

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张涛
蔡阳春
阮进
郭璁
王远志
刘明
邓卓
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

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Abstract

本发明提出一种直驱外转子无刷电机及其旋转关节，一种直驱外转子无刷电机，包括定子、机壳、电机控制板、磁编码器安装座、磁编码器、小磁铁、磁铁基座、环形磁铁、磁轭、永磁体、主轴和端盖。其中主轴与机壳转动连接，磁编码器与磁编码器安装座固定安装，磁编码器安装座与主轴固定安装，小磁铁与环形磁铁固定安装在磁铁基座上，磁编码器基座与机壳固定安装。本发明在基本不增加电机体积的情况下将各部件紧凑地集成在机壳内，集成度高，结构简单，利用环形磁编码器和电机控制板对直驱外转子无刷电机实现高精度的驱动和控制；同时，在电机机壳和主轴上直接留出安装定位面，可直接安装并驱动旋转关节。

Description

一种直驱外转子无刷电机及其旋转关节
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种直驱外转子无刷电机及其旋转关节。
背景技术
目前的直驱外转子无刷电机主要应用是轮毂电机，轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到机壳内，得以将电动车辆的机械部分大为简化。但是，大部分的轮毂电机都是通过霍尔编码器来反馈直驱外转子无刷电机的速度，其速度反馈精度较低，无法满足对速度反馈精度要求较高的场合。
旋转关节是机器人、机械臂的重要执行机构，对速度控制及位置反馈的精度要求较高，目前的驱动***主要是电机+减速机+传动机构的形式，成本高昂且结构复杂。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种直驱外转子无刷电机。
本发明所采用的技术方案为：
1.一种直驱外转子无刷电机，包括如图1所示定子（1）、机壳（2）、电机控制板（3）、磁编码器安装座（4）、磁编码器（5）、小磁铁（6）、磁铁基座（7）、环形磁铁（8）、磁轭（9）、永磁体（10）、主轴（11）和端盖（12），其中所述主轴与机壳转动连接，所述定子与主轴固定安装，所述电机控制板与定子固定安装，所述磁编码器与磁编码器安装座固定安装，所述磁编码器安装座与主轴固定安装，所述小磁铁与环形磁铁固定安装在磁铁基座上，并与磁编码器相匹配，所述磁编码器安装座与机壳固定安装，所述永磁体与磁轭固定安装，并与定子相匹配，所述磁轭与机壳固定安装，所述端盖与机壳固定安装。
2.进一步地：所述定子设有铜线绕组，所述电机控制板贴设于绕组上，并与绕组电性连接。
3.进一步地：所述环形磁铁沿圆周方向均匀分布有若干数量的相互间隔设置的S极和N极。
4.进一步地：所述环形磁铁与小磁铁固定安装在磁铁基座上，所述环形磁铁与小磁铁与磁编码器三者间相互留有间隙。
5.进一步地：所述磁编码器通过检测所述小磁铁磁场的变化计算直驱外转子无刷电机转动的圈数，通过检测所述环形磁铁磁场的变化计算直驱外转子无刷电机转动的相对角度。
6.进一步地：所述机壳外部留有安装定位面，内部的轴承安装孔外部留有凸台，所述磁铁基座固定安装在机壳内部的凸台上。
7.进一步地：所述端盖与机壳通过滚动轴承与定子转动连接。
8.进一步地：所述主轴为双出轴结构，两侧留有限位槽。
本发明的另一目的是提供一种旋转关节，所述旋转关节包括一个以上所述的直驱外转子无刷电机，所述直驱外转子无刷电机安装在旋转关节间，直接驱动旋转关节。
本发明的有益效果是：
在基本不增加直驱外转子无刷电机体积的情况下将各部件紧凑地集成在机壳内，集成度高，结构简单，无需在机壳外设置额外的传动机构即可利用环形磁编码器和电机控制板对直驱外转子无刷电机实现高精度的驱动和控制，满足机器人旋转关节等对电机速度反馈精度高的适用场合的使用要求。旋转关节直接采用直驱外转子无刷电机进行驱动，无需额外增加其他传动机构，与传统旋转关节结构相比结构简单，成本更低。
附图说明
图1.直驱外转子无刷电机剖视图。
图2.磁形磁铁磁极分布图。
图3.环形磁编码器各部件相对装配位置剖视图。
图4.直驱外转子无刷电机轴测图。
图5.旋转关节示意图。
具体实施方式
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图中的某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；相同或相似的标号对应相同或相似的部件。
1.如附图1所示：一种直驱外转子无刷电机，包括定子（1）、机壳（2）、电机控制板（3）、磁编码器安装座（4）、磁编码器（5）、小磁铁（6）、磁铁基座（7）、环形磁铁（8）、磁轭（9）、永磁体（10）、主轴（11）和端盖（12），其中所述主轴与机壳转动连接，所述定子设有铜线绕组，并与主轴固定安装，所述电机控制板贴设于绕组上，并与绕组电性连接，所述磁编码器与磁编码器安装座固定安装，所述磁编码器安装座与主轴固定安装，所述小磁铁与环形磁铁固定安装在磁铁基座上，并与磁编码器相匹配，所述磁编码器安装座与机壳固定安装，所述永磁体与磁轭固定安装，并与定子相匹配，所述磁轭与机壳固定安装，所述端盖与机壳固定安装。
2.如附图2所示：所述环形磁铁（8）沿圆周方向均匀分布有若干数量的相互间隔设置的S极和N极。
3.如附图3所示：所述环形磁铁（8）与小磁铁（6）固定安装在磁铁基座（7）上，所述环形磁铁（8）与小磁铁（6）与磁编码器（5）三者间相互留有间隙，本实施例中所述环形磁铁（8）与小磁铁（6）的间隙为0.5mm，所述环形磁铁（8）与磁编码器（5）的间隙为1mm，所述小磁铁（6）与磁编码器（5）的间隙为1mm，三者间的间隙大小可根据小磁铁（6）与环形磁铁（8）的磁场强度做调整。
4.综合图1、图2、图3：所述直驱外转子无刷电机旋转时，所述环形磁铁（8）与小磁铁（6）随着电机机壳（2）转动，所述磁编码器（5）通过检测所述小磁铁（6）磁场的变化计算输出直驱外转子无刷电机转动的圈数，所述磁编码器（5）通过检测所述环形磁铁（8）磁场的变化计算输出直驱外转子无刷电机转动的相对角度。
5.如图1所示：所述机壳（2）外部留有安装定位面，内部的轴承安装孔外部留有凸台，所述磁铁基座（7）固定安装在机壳（2）内部的凸台上。
6.如图1所示：所述端盖（12）与机壳（2）通过滚动轴承与定子（1）转动连接。
7.如图1所示：所述主轴（11）为双出轴结构，两侧留有限位槽。
8.综合图4、图5：所述旋转关节包括一个以上所述的直驱外转子无刷电机（15），所述直驱外转子无刷电机的机壳与小臂（13）固定安装，所述直驱外转子无刷电机的主轴与大臂（14）固定安装，所述大臂（14）通过直驱外转子无刷电机（15）与小臂（13）转动连接。

Claims (9)

1.一种直驱外转子无刷电机，包括如图1所示：定子（1）、机壳（2）、电机控制板（3）、磁编码器安装座（4）、磁编码器（5）、小磁铁（6）、磁铁基座（7）、环形磁铁（8）、磁轭（9）、永磁体（10）、主轴（11）和端盖（12），其中所述主轴与机壳转动连接，所述定子与主轴固定安装，所述电机控制板与定子固定安装，所述磁编码器与磁编码器安装座固定安装，所述磁编码器安装座与主轴固定安装，所述小磁铁与环形磁铁固定安装在磁铁基座上，并与磁编码器相匹配，所述磁编码器安装座与机壳固定安装，所述永磁体与磁轭固定安装，并与定子相匹配，所述磁轭与机壳固定安装，所述端盖与机壳固定安装。
2.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述定子设有铜线绕组，所述电机控制板贴设于绕组上，并与绕组电性连接。
3.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述环形磁铁沿圆周方向均匀分布有若干数量的相互间隔设置的S极和N极。
4.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述环形磁铁与小磁铁固定安装在磁铁基座上，所述环状磁铁与小磁铁与磁编码器三者间相互留有间隙。
5.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述磁编码器通过检测小磁铁磁场的变化计算直驱外转子无刷电机转动的圈数，通过检测所述环形磁铁磁场的变化计算直驱外转子无刷电机转动的相对角度。
6.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述机壳外部留有安装定位面，内部的轴承安装孔外部留有凸台，所述磁铁基座固定安装在机壳内部的凸台上。
7.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述端盖与机壳通过滚动轴承与定子转动连接。
8.一种如权利要求1所述的直驱外转子无刷电机，其特征进一步在于：所述主轴为双出轴结构，两侧留有限位槽。
9.一种旋转关节，其特征在于：所述旋转关节包括一个以上的所述直驱外转子无刷电机，所述直驱外转子无刷电机安装在关节间，直接驱动旋转关节。
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