CN107317438A - 一种无刷电机及具有该无刷电机的云台、航拍器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无刷电机，包括电机本体及电路板组件安装外壳，所述电路板组件安装外壳设置在所述电机本体的端部上，所述电路板组件与所述电机本体之间形成有第一空腔，所述第一空腔内设有用于控制所述无刷电机工作的电路板组件及用于采集无刷电机转子旋转角度的角度传感器组件，所述电路板组件与所述角度传感器组件电连接，通过采用上述结构，使得无刷电机装调简单、使用相对容易，本发明还提供一种具有上述无刷电机的云台及航拍器。

Description

一种无刷电机及具有该无刷电机的云台、航拍器
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种无刷电机及具有该无刷电机的云台、航拍器。
背景技术
近年来，各类动基座成像云台广泛用于航拍、无人车、机器人等领域，越来越受到人们的关注。特别是利用无人机进行航拍，具有快速、灵活、清晰、准确地获取人们感兴趣区域的照片、视频信息的重要手段。但是对于以无人机为代表的动基座载体，在移动过程中不可避免地存在载体姿态的变化、振动等影响，导致视频严重晃动、照片模糊不清，稳定云台的诞生解决了这一问题。
稳定云台由多自由度的机械机构、各轴上的驱动电机以及控制电路所组成。常见的云台电机包括航模用的舵机、带有减速机构的直流伺服电机、步进电机以及无刷电机等。
与其它类型的电机相比，采用无刷电机的稳定云台具有整体刚度高、体积小、重量轻、稳定效果好等突出优点。但是，市场上现有的无刷云台驱动控制***中，电机驱动电路***与无刷电机是分立的，导致电机***体积较大，并且在***安装时不具备较高的安装适应性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无刷电机及具有该无刷电机的云台、航拍器.
第一方面，本发明提供一种无刷电机，包括电机本体及电路板组件安装外壳，所述电路板组件安装外壳设置在所述电机本体的端部上，所述电路板组件与所述电机本体之间形成有第一空腔，所述第一空腔内设有用于控制所述无刷电机工作的电路板组件及用于采集无刷电机转子旋转角度的角度传感器组件，所述电路板组件与所述角度传感器组件电连接。
可选地，所述角度传感器组件包括磁编码器芯片和永磁体，所述无刷电机转子的轴向中心设有转轴，所述永磁体设置与所述转轴朝向所述电路板组件的端部，所述磁编码器芯片设置在所述电路板组件上并对应所述永磁体，所述磁编码器芯片与所述电路板组件电连接。
可选地，所述电路板组件包括用于控制根据所述无刷电机转子旋转角度和电流数据对无刷电机进行控制的数字控制器、三相桥驱动组件、用于检测无刷电机相邻两相间电流数据的电流传感器组件，所述数字控制器、所述三相桥驱动组件及所述电流传感器组件电连接。
可选地，所述电路板组件包括数字处理电路板及驱动电路板，所述数字处理电路板及所述驱动电路板叠放在所述第一空腔内。
可选地，所述转轴沿轴线方向贯通设有孔腔。
可选地，所述角度传感器组件包括圆光栅及光学读数芯片，所述圆光栅中间具有安装孔，所述圆光栅通过所述安装孔套设在所述转轴的端部，所述光学读数芯片设置在所述电路板组件上并对应所述圆光栅，所述光学读数芯片与所述电路板组件电连接。
可选地，所述角度传感器组件包括圆形磁栅及霍尔读数芯片，所述圆形磁栅中间具有圆孔，所述圆形磁栅通过所述圆孔套设在所述转轴的端部，所述霍尔读数芯片设置在所述电路板组件上并对应所述圆形磁栅，所述霍尔读数芯片与所述电路板组件电连接。
可选地，所述孔腔内设有用于传输电信号的线束。
第二方面，本发明提供一种云台，所述云台具有上述的无刷电机。
第三方面，本发明提供一种航拍器，所述航拍器具有上述的云台。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供一种无刷电机、云台及航拍器，包括电机本体及电路板组件安装外壳，所述电路板组件安装外壳设置在所述电机本体的端部上，所述电路板组件与所述电机本体之间形成有第一空腔，所述第一空腔内设有用于控制所述无刷电机工作的电路板组件及用于采集无刷电机转子旋转角度的角度传感器组件，所述电路板组件与所述角度传感器组件电连接，通过采用上述结构，使得无刷电机装调简单、使用相对容易、成本相对低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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做简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中提供一种无刷电机的结构示意图；
图2是本发明实施例中提供另一种无刷电机的结构示意图；
图3是本发明实施例中提供又一种无刷电机的结构示意图；
图4是本发明实施例中提供再一种无刷电机的结构示意图。
附图标记：第一螺钉1，电路板组件安装外壳2，第二螺钉3，电路板组件4，数字控制电路板41，驱动电路板42，角度传感器组件5，磁编码器芯片51，永磁体52，圆光栅53，光源54，光学读数芯片55，电机本体6，转轴7，孔腔8，线束9。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供一种无刷电机，包括电机本体6及电路板组件安装外壳2，所述电路板组件安装外壳2设置在所述电机本体2的端部上，通过第一螺钉1将两者安装在一起，所述电路板组件4与所述电机本体6之间形成有第一空腔，所述第一空腔内设有用于控制所述无刷电机工作的电路板组件及4用于采集无刷电机转子旋转角度的角度传感器组件5，电路板组件 4通过第二螺钉3安装在电机本体6上，所述电路板组件4与所述角度传感器组件5电连接，所述电路板组件4能够获得无刷电机转子绝对角位置以及无刷电机相邻两相的电流数据，并实现对电机的驱动和控制，所述电路板组件4 还具有通信电路能够接收外部发来的指令，并向外部发送无刷电机转子的绝对角位置、电流等信息，角度传感器组件测量无刷电机转动的绝对角位置，并反馈给所述的电路板组件4的数字控制器进行闭环控制，通过采用上述结构，使得无刷电机装调简单、使用相对容易。
针对无刷电机转子转轴的粗细程度，需要在转轴7中进行穿线缆与否，提供多种无刷电机转子转轴结构，则相应角度传感器组件5也有不同，对于不在转轴7中布置线缆或者布置较少线缆时候，可以在采用实心转轴或者具有较细通孔的转轴7，对于需要在转轴中布置较多线缆时使用的转轴直径也相应增加，转轴中开设的贯通孔内径也同样增加。
结合图2和图3所示，对于不在转轴7中布置线缆或者布置较少线缆时候，角度传感器组件5包括磁编码器芯片51和永磁体52，无刷电机转子的轴向中心设有转轴7，永磁体52设置与所述转轴7朝向所述电路板组件4的端部，所述磁编码器芯片51设置在所述电路板组件4上并对应所述永磁体52，所述磁编码器芯片51与所述电路板组件4电连接，转轴7转动带动永磁体52 转动，磁通量发生变化，磁编码器芯片51采集相应的信号数据传输给电路板组件4，电路板组件4进行计算可以得到无刷电机转子的旋转角度或角速度。
可选地，所述电路板组件4包括用于根据所述无刷电机转子旋转角度和电流数据对无刷电机进行控制的数字控制器、三相桥驱动组件、用于检测无刷电机相邻两相间电流数据的电流传感器组件，所述数字控制器、所述三相桥驱动组件及所述电流传感器组件电连接，电路板组件4上的数字控制器能够读取角度传感器组件和电流传感器组件的数据，获得无刷电机转子绝对角位置以及无刷电机相邻两相的电流数据，通过三相桥芯片组件对无刷电机进行磁场定向控制。
需要说明的是，电流传感器组件用于采集通过无刷电机的电流，反馈给数字控制器进行电流闭环控制。在不需要电流闭环控制时，此电流传感器组件亦可以省略。
可选地，所述电路板组件4包括数字处理电路板41及驱动电路板42，所述数字处理电路板41及所述驱动电路板42叠放在所述第一空腔内，这样可以分成两块电路板实现。
结合图4所示，对于需要在转轴中布置较多线缆时，转轴沿轴线方向贯通设有孔腔8，优选地，孔腔8的形状为规则的圆柱形，便于线缆穿过，对于孔腔8的内径可以根据需要进行设定，此处不做限定。
转轴7中采用孔腔结构时候，可以采用光电编码或者磁栅编码的方式获取转子的角度位置，具体地，采用光电编码时，角度传感器组件5包括圆光栅53及光学读数芯片55，光学读数芯片55可选用iC-haus公司的iC-PN系列芯片，圆光栅53上设有编码孔，圆光栅53一侧设置光学读数芯片55，另一侧设置光源54，所述圆光栅53中间具有安装孔，所述圆光栅53通过所述安装孔套设在所述转轴7的端部，所述光学读数芯片55设置在所述电路板组件4上并对应所述圆光栅53，所述光学读数芯片55与所述电路板组件4电连接，转子转动时，圆光栅53转动，通过光线的亮灭进行编码，通过圆光栅53 的旋转解算转子轴系的旋转角度，对于光电编码的结构本领域普通技术人员应当了解，具体不作赘述。
采用磁栅编码时候，所述角度传感器组件5包括圆形磁栅及霍尔读数芯片，霍尔读数芯片可以选用iC-haus公司的iC-MU系列芯片，圆形磁栅还可以采用磁鼓替代，圆形磁栅的栅距一般为1.28毫米或1.5毫米，所述圆形磁栅中间具有圆孔，所述圆形磁栅通过所述圆孔套设在所述转轴的端部，所述霍尔读数芯片设置在所述电路板组件4上并对应所述圆形磁栅，所述霍尔读数芯片与所述电路板组件4电连接，圆形磁栅和霍尔读数芯片组成的部件称为磁栅式传感器，测角分辨率可达360°/218～360°/220，具有较高的检测精确度。
可选地，所述孔腔内设有用于传输电信号的线束9，便于布线，不仅如此，孔腔8还可以成为输气、输液或者布线管道，从而充分利用转轴7，以在需要情况下，简化电机的整体结构，并满足一些特殊场合的特殊要求。
电路板组件4上利用数字控制器的UART(通用异步收发传输器，UniversalAsynchronous Receiver Transmitter)接口实现对外通信，UART接口是一种异步收发传输器，它可以将要传输的资料在串行通信与数据之间加以转换。为增强通信信号的抗干扰能力，电路板组件4上的UART接口与RS-422电平转换芯片Max3490或Max3074相连接，实现RS-422串口通信。
电路板组件4上还有电源芯片，将输入给整个无刷电机的8-24V电源转换为5V和3.3V电源，为各芯片和角度传感器组件供电，本领域普通技术人员应当了解，在此不作赘述。
相应地，本发明提供一种云台，所述云台具有上述的无刷电机，可以减小云台体积，装配简单，成本也可相应降低。云台的每个运动轴采用本无刷电机驱动，通过主控***串口通信的形式实现稳定控制。由于本电机自带驱动电路，主控***不需要设计电机驱动电路，只需要通过串口连接，简化了云台的开发和设计。
相应地，本发明提供一种航拍器，所述航拍器具有上述的云台。这里提到的航拍器包括但不限于航空模型、飞机、直升机、热气球、小型飞船、火箭、风筝、降落伞等。通过使用上述云台可以装载较大的有效载荷。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置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。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序控制相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种无刷电机及具有该无刷电机的云台、航拍器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无刷电机，其特征在于，包括电机本体及电路板组件安装外壳，所述电路板组件安装外壳设置在所述电机本体的端部上，所述电路板组件与所述电机本体之间形成有第一空腔，所述第一空腔内设有用于控制所述无刷电机工作的电路板组件及用于采集无刷电机转子旋转角度的角度传感器组件，所述电路板组件与所述角度传感器组件电连接。
2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述角度传感器组件包括磁编码器芯片和永磁体，所述无刷电机转子的轴向中心设有转轴，所述永磁体设置与所述转轴朝向所述电路板组件的端部，所述磁编码器芯片设置在所述电路板组件上并对应所述永磁体，所述磁编码器芯片与所述电路板组件电连接。
3.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述电路板组件包括用于控制根据所述无刷电机转子旋转角度和电流数据对无刷电机进行控制的数字控制器、三相桥驱动组件、用于检测无刷电机相邻两相间电流数据的电流传感器组件，所述数字控制器、所述三相桥驱动组件及所述电流传感器组件电连接。
4.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述电路板组件包括数字处理电路板及驱动电路板，所述数字处理电路板及所述驱动电路板叠放在所述第一空腔内。
5.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述转轴沿轴线方向贯通设有孔腔。
6.根据权利要求1或5所述的无刷电机，其特征在于，所述角度传感器组件包括圆光栅及光学读数芯片，所述圆光栅中间具有安装孔，所述圆光栅通过所述安装孔套设在所述转轴的端部，所述光学读数芯片设置在所述电路板组件上并对应所述圆光栅，所述光学读数芯片与所述电路板组件电连接。
7.根据权利要求1或5所述的无刷电机，其特征在于，所述角度传感器组件包括圆形磁栅及霍尔读数芯片，所述圆形磁栅中间具有圆孔，所述圆形磁栅通过所述圆孔套设在所述转轴的端部，所述霍尔读数芯片设置在所述电路板组件上并对应所述圆形磁栅，所述霍尔读数芯片与所述电路板组件电连接。
8.根据权利要求5所述的无刷电机，其特征在于，所述孔腔内设有用于传输电信号的线束。
9.一种云台，其特征在于，所述云台具有如权利要求1至8中任一项所述的无刷电机。
10.一种航拍器，其特征在于，所述航拍器具有如权利要求9所述的云台。
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