CN108199539A - 云台 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种云台，属于电机控制领域。所述云台包括相互电性连接的电机和控制器，所述电机包括外壳、转子、定子、至少两个霍尔元器件和环形磁铁，其中：所述转子与所述环形磁铁通过同一转轴安装在所述外壳中，所述至少两个霍尔元器件和所述定子固定安装在所述外壳中，所述至少两个霍尔元器件分别到所述转子的转轴的垂线之间的夹角基于所述环形磁铁的极对数确定，所述至少两个霍尔元器件在所述环形磁铁的侧部，所述至少两个霍尔元器件，用于基于所述环形磁铁的磁场，输出电压信号值至所述控制器，所述控制器，用于基于所述至少两个霍尔元器件输出的电压信号值，确定所述转子的位置和转速。采用本公开，可以使电机的寿命比较长。

Description

云台

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种云台。

背景技术

云台是一种搭载摄像设备的装置，通过对其中的交流伺服电机以实现对摄像装置的角度控制，在云台的交流伺服电机的控制方面，一般是需要知道电机转子的位置和转速，才能进行精确的控制。

现有技术中，一般是通过电位器检测转子转过的角度，实现方法是：电位器与转子同轴连接，当转子转动时，电位器的电刷会跟着移动，并且基于电刷的移动距离确定电压值，然后将电压值输出至云台的控制器，由云台的控制器基于电压值，来确定转子的位置和转速。

由于在使用过程中转子一直在转，电位器的电刷会一直在移动，会有较多的物理磨损，导致电机的寿命比较短。

发明内容

为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种云台。技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种云台，所述云台包括相互电性连接的电机和控制器，所述电机包括外壳、转子、定子、至少两个霍尔元器件和环形磁铁，其中：

所述转子与所述环形磁铁通过同一转轴安装在所述外壳中；

所述至少两个霍尔元器件和所述定子固定安装在所述外壳中，所述至少两个霍尔元器件分别到所述转子的转轴的垂线之间的夹角基于所述环形磁铁的极对数确定，所述至少两个霍尔元器件在所述环形磁铁的侧部；

所述至少两个霍尔元器件，用于基于所述环形磁铁的磁场，输出电压信号值至所述控制器；

所述控制器，用于基于所述至少两个霍尔元器件输出的电压信号值，确定所述转子的位置和转速。

可选的，所述至少两个霍尔元器件为两个霍尔元器件。

这样，可以使计算出的转子的位置和速度更准确。

可选的，所述环形磁铁的极对数为n，所述两个霍尔元器件分别到所述转子的转轴的垂线之间的夹角为90/n度，其中，n为正整数。

这样，可以方便计算转子的位置和速度。

可选的，所述两个霍尔元器件均为直插封装式霍尔元器件或贴片封装式霍尔元器件。

这样，可以更好的安装霍尔元器件。

可选的，所述电机还包括印制电路板PCB，所述PCB固定在所述外壳上，所述两个霍尔元器件固定在所述PCB上。

这样，可以更好的安装霍尔元器件。

可选的，所述两个霍尔元器件与所述环形磁铁在同一水平面上，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第一数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴平行。

可选的，所述两个霍尔元器件在所述环形磁铁的上方，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第二数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴垂直。

可选的，所述两个霍尔元器件在所述环形磁铁的下方，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第三数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴垂直。

可选的，所述环形磁铁中沿水平方向充磁。

可选的，所述两个霍尔元器件为第一霍尔元器件和第二霍尔元器件；

所述控制器，用于基于公式确定所述转子的位置和速度，其中，θ为所述转子分别相对于所述第一霍尔元器件和所述第二霍尔元器件转过的角度，V₁为所述第一霍尔元器件输出的电压信号值，V₁₀为预设的对应所述第一霍尔元器件的霍尔信号的偏移量，A为预设的所述第一霍尔元器件的霍尔信号的幅值，V₂为所述第二霍尔元器件输出的电压信号值，V₂₀为预设的对应所述第二霍尔元器件的霍尔信号的偏移量，B为预设的所述第二霍尔元器件的霍尔信号的幅值。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例中，云台包括相互电性连接的电机和控制器，电机包括外壳、转子、定子、至少两个霍尔元器件和环形磁铁，其中：转子与环形磁铁通过同一转轴安装在外壳中，至少两个霍尔元器件和定子固定安装在外壳中，至少两个霍尔元器件分别到转子的转轴的垂线之间的夹角基于环形磁铁的极对数确定，至少两个霍尔元器件在环形磁铁的侧部，至少两个霍尔元器件，用于基于环形磁铁的磁场，输出电压信号值至控制器，控制器，用于基于至少两个霍尔元器件输出的电压信号值，确定转子的位置和转速。这样，由于云台中没有使用电位器，而采用了非接触式的霍尔元器件来检测转子转过的角度，所以不会有物理磨损，使电机的寿命比较长。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的云台的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的PCB的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的云台中霍尔元器件的放置位置的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的云台中霍尔元器件的放置位置的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的云台中霍尔元器件的放置位置的结构示意图。

图例说明

1、电机 11、外壳

12、转子 13、定子

14、霍尔元器件 15、环形磁铁

16、PCB 2、处理器

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开实施例中提供了一种云台，如图1所示，云台包括相互电性连接的电机1和控制器2，电机1包括外壳11、转子12、定子13、至少两个霍尔元器件14和环形磁铁15，其中：转子12与环形磁铁15通过同一转轴安装在外壳11中，至少两个霍尔元器件14和定子13固定安装在外壳11中，至少两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角基于环形磁铁15的极对数确定，至少两个霍尔元器件14在环形磁铁15的侧部，至少两个霍尔元器件14，用于基于环形磁铁15的磁场，输出电压信号值至控制器2，控制器2，用于基于至少两个霍尔元器件14输出的电压信号值，确定转子12的位置和转速。

其中，极对数指磁铁中磁极数的一半，磁极指N极或S极，例如，磁铁中N极有4个、S极有4个，磁极数有8个，极对数为4。

在实施中，云台包括电机1和控制器2，电机1和控制器2之间通过电性连接。电机1中包括外壳11、转子12、定子13、至少两个霍尔元器件14和环形磁铁15。

转子12由磁铁组成，环形磁铁15为横向充磁，也就是沿水平方向充磁，转子12和环形磁铁15都安装在外壳11中，在安装时，转子12和环形磁铁15通过同一转轴安装，且二者固定连接，这样，转子12在转动时，环形磁铁15也随着一起转动。

定子13是由三相绕组线圈组成，固定安装在外壳11中，不能相对外壳11进行移动。

至少两个霍尔元器件14是线性霍尔元器件14，至少两个霍尔元器件14固定安装在外壳11中，不能相对于外壳11进行移动，至少两个霍尔元器件14可以安装在环形磁铁15的侧部，具体可以是外侧部，至少两个霍尔元器件14到转子12的转轴的垂线之间的夹角是基于环形磁铁15的极对数确定的。至少两个霍尔元器件14包括两个感应面，不同密度的磁力线穿过感应面时，霍尔元器件14输出的电压信号值会发生改变。

由环形磁铁15的磁感应强度分布可知，磁场环形磁铁15的磁场为波形为正弦的磁场，至少两个霍尔元器件14检测到磁力线穿过感应面时，至少两个霍尔元器件14可以分别输出电压信号值至云台的控制器2，控制器2接收到至少两个霍尔元器件14输出的电压信号值后，控制器2可以使用电压信号值，计算转子12转过的角度，这样，使用转过的角度和霍尔元器件14的起始位置，就可以确定出转子12的位置，转速可以等于转过的角度除以时间，控制器2确定出转子12的位置和转速后，控制器2可以基于转子12当前的位置，将电压值以一定的逻辑关系分配给电机1的定子13各相绕组，使电机1产生持续不断的转矩。

可选的，至少两个霍尔元器件14为两个霍尔元器件14，两个霍尔元器件14为线性霍尔元器件。

可选的，两个霍尔元器件14为第一霍尔元器件14和第二霍尔元器件14，控制器2确定转子12的转速和位置的处理过程可以如下：

控制器2，用于基于公式确定转子12的位置和速度。

其中，θ为转子12分别相对于第一霍尔元器件14和第二霍尔元器件14转过的角度，V₁为第一霍尔元器件14输出的电压信号值，V₁₀为预设的对应第一霍尔元器件14的霍尔信号的偏移量，A为预设的第一霍尔元器件14的霍尔信号的幅值，V₂为第二霍尔元器件14输出的电压信号值，V₂₀为预设的对应第二霍尔元器件14的霍尔信号的偏移量，B为预设的第二霍尔元器件14的霍尔信号的幅值。

在实施中，两个霍尔元器件14为第一霍尔元器件14和第二霍尔元器件14，在实际制作云台之前，技术人员可以在转子12不转动的情况下，确定第一霍尔元器件14输出的电压信号值，将该电压信号值，确定为第一霍尔元器件14的霍尔信号的偏移量，即V₁₀。并且技术人员可以在转子12不转动的情况下，确定第二霍尔元器件14输出的电压信号值，将该电压信号值，确定为第二霍尔元器件14的霍尔信号的偏移量，即V₂₀。并且控制转子12匀速转过一圈，对于第一霍尔元器件14，由于输出的电压信号值是按照正弦波形变化的，所以会有一个最大的电压信号值Vmax和一个最小的电压信号值Vmin，由于输出的电压信号值按照正弦波形变化的，Vmax与Vmin一般互为相反数，可以计算二者绝对值的平均值，确定为第一霍尔元器件14的霍尔信号的幅值A。并且控制转子12匀速转过一圈，对于第二霍尔元器件14，由于输出的电压信号值是按照正弦波形变化的，所以会有一个最大的电压信号值Vmax和一个最小的电压信号值Vmin，由于输出的电压信号值按照正弦波形变化的，Vmax与Vmin一般互为相反数，可以计算二者绝对值的平均值，确定为第二霍尔元器件14的霍尔信号的幅值B。

假设θ为转子12相对于第一霍尔元器件14转过的角度，θ为转子12相对于第二霍尔元器件14转过的角度，对于第一霍尔元器件14，输出的电压信号值会满足：V₁＝A*sinθ+V₁₀，由于第一霍尔元器件14和第二霍尔元器件14，在转子12匀速转动时，输出的是相位差为90度的正弦波信号，所以，对于第二霍尔元器件14，输出的电压信号值会满足：V₂＝B*cosθ+V₂₀，二者联立，即可得到：由于除了θ之外，其它量都是已知量，使用该公式即可计算出θ的大小，这样，使用转过的角度和霍尔元器件14的起始位置，就可以确定出转子12的位置，转速可以等于转过的角度除以时间，控制器2确定出转子12的位置和转速后，控制器2可以基于转子12当前的位置，将电压值以一定的逻辑关系分配给电机1的定子13各相绕组，使电机1产生持续不断的转矩。

需要说明的是，霍尔元器件14在使用的过程中，随着使用时间的推移，公式V₁＝A*sinθ+V₁₀中，A的大小是会发生变化的，虽然仅采用一个霍尔元器件14也能得到θ，但是由于A的变化，确定出的θ是不准确的，会影响电机1的精确控制，而本公开实施例中，采用两个霍尔元器件14，两个霍尔元器件14中的A都会发生改变，由可知，在实际计算时，A与B会进行相除，即使A与B均发生改变，实际上相除之后对计算结果也不会有太大的影响，所以会使用计算出的θ更加准确，进而可以更精确的对电机1进行控制。

可选的，电机1包括两个霍尔元器件14时，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角与环形磁铁15的极对数的关系可以如下：

环形磁铁15的极对数为n，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角为90/n度。

在实施中，假设环形磁铁15的极对数为n，n为正整数，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角为90/n度，这样，转子12匀速旋转时，两个霍尔元器件14输出的是相位差是90度的正弦波电压信号。例如，环形磁铁15的极对数为1，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角为90度，环形磁铁15的极对数为2，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角为45度，环形磁铁15的极对数为3，两个霍尔元器件14分别到转子12的转轴的垂线之间的夹角为30度。

可选的，两个霍尔元器件14可以均是直插封装式霍尔元器件14，可以通过直插的方式固定在点击的外壳11上，两个霍尔元器件14还是贴片封装式霍尔元器件14，可以通过焊接的方式，固定在电机1的外壳11上。

可选的，如图2所示，电机1还包括PCB16(Printed Circuit Board，印制电路板)，PCB16固定在外壳11上，两个霍尔元器件14固定在PCB16上，这样，可以更加方便两个霍尔元器件14的安装。

在实施中，电机1还包括PCB16，PCB16固定在外壳11上，环形磁铁15穿过该PCB16，如果两个霍尔元器件14是直插封装式霍尔元器件14，可以直接插在PCB16上，如果两个霍尔元器件14是贴片封装式霍尔元器件14，可以使用焊接的方式安装在PCB16上。

可选的，霍尔元器件14与环形磁铁15的位置关系可以如下：

如图3所示，两个霍尔元器件14与环形磁铁15在同一水平面上，且与环形磁铁15的中心在水平方向上的距离为第一数值，且两个霍尔元器件14的感应面与转子12的转轴平行。

其中，第一数值可以由技术人员预设，如1厘米等，第一＝数值大于环形磁铁15的半径。

在实施中，两个霍尔元器件14在环形磁铁15的侧部，具体的，可以与环形磁铁15在同一水平面上，且与环形磁铁15的中心在水平方向的距离是第一数值，这样，环形磁铁15在随着转子12转动时，环形磁铁15不会碰到霍尔元器件14。两个霍尔元器件14均有两个感应面，且与转子12的转轴平行，对于N极的磁力线，可以从霍尔元器件14中靠近环形磁铁15的感应面穿过，对于S极的磁力线，可以从霍尔元器件14中远离环形磁铁15的感应面穿过。

需要说明的是，这种安装方式一般是既可以适用于直插封装式霍尔元器件14，也可以适用于贴片封装式霍尔元器件14，不过由于直插封装式霍尔元器件的感应面是平行于转子的转轴，一般是适用于直插封装式霍尔元器件14。

可选的，霍尔元器件14与环形磁铁15的位置关系可以如下：

如图4所示，两个霍尔元器件14在环形磁铁15的上方，且与环形磁铁15的中心在水平方向上的距离为第二数值，且两个霍尔元器件14的感应面与转子12的转轴垂直。

其中，第二数值可以由技术人员预设，如1厘米等，第二数值一般大于环形磁铁15的半径。

在实施中，两个霍尔元器件14在环形磁铁15的侧部，具体的，可以在环形磁铁15的斜上方，可以在环形磁铁15的上方，且可以与环形磁铁15的中心在水平方向上的距离为第二数值，这样，环形磁铁15在随着转子12转动时，环形磁铁15不会碰到霍尔元器件14。两个霍尔元器件14均有两个感应面，即上下两个感应面，且与转子12的转轴垂直。

需要说明的是，这种安装方式一般是适用于贴片封装式霍尔元器件14。

可选的，霍尔元器件14与环形磁铁15的位置关系可以如下：

如图5所示，两个霍尔元器件14在环形磁铁15的下方，且与环形磁铁15的中心在水平方向上的距离为第三数值，且两个霍尔元器件14的感应面与转子12的转轴垂直。

其中，第三数值可以由技术人员预设，如1厘米等，第三数值一般大于环形磁铁15的半径。

在实施中，两个霍尔元器件14在环形磁铁15的侧部，具体的，可以在环形磁铁15的斜下方，可以在环形磁铁15的下方，且可以与环形磁铁15的中心在水平方向上的距离为第三数值，这样，环形磁铁15在随着转子12转动时，环形磁铁15不会碰到霍尔元器件14。两个霍尔元器件14均有两个感应面，即上下两个感应面，且与转子12的转轴垂直。

需要说明的是，这种安装方式一般是适用于贴片封装式霍尔元器件14。

还需要说明的是，上述提到的第一数值、第二数值、第三数值一般都是相等的，为了画图方便，上述图3至图5中电机中均包括了PCB，实际上不包括PCB也可以。

本公开实施例中，云台包括相互电性连接的电机和控制器，电机包括外壳、转子、定子、至少两个霍尔元器件和环形磁铁，其中：转子与环形磁铁通过同一转轴安装在外壳中，至少两个霍尔元器件和定子固定安装在外壳中，至少两个霍尔元器件分别到转子的转轴的垂线之间的夹角基于环形磁铁的极对数确定，至少两个霍尔元器件在环形磁铁的侧部，至少两个霍尔元器件，用于基于环形磁铁的磁场，输出电压信号值至控制器，控制器，用于基于至少两个霍尔元器件输出的电压信号值，确定转子的位置和转速。这样，由于云台中没有使用电位器，而采用了非接触式的霍尔元器件来检测转子转过的角度，所以不会有物理磨损，使电机的寿命比较长。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种云台，其特征在于，所述云台包括相互电性连接的电机和控制器，所述电机包括外壳、转子、定子、至少两个霍尔元器件和环形磁铁，其中：

所述转子与所述环形磁铁通过同一转轴安装在所述外壳中；

所述至少两个霍尔元器件和所述定子固定安装在所述外壳中，所述至少两个霍尔元器件分别到所述转子的转轴的垂线之间的夹角基于所述环形磁铁的极对数确定，所述至少两个霍尔元器件在所述环形磁铁的侧部；

所述至少两个霍尔元器件，用于基于所述环形磁铁的磁场，输出电压信号值至所述控制器；

所述控制器，用于基于所述至少两个霍尔元器件输出的电压信号值，确定所述转子的位置和转速。

2.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述至少两个霍尔元器件为两个霍尔元器件。

3.根据权利要求2所述的云台，其特征在于，所述环形磁铁的极对数为n，所述两个霍尔元器件分别到所述转子的转轴的垂线之间的夹角为90/n度，其中，n为正整数。

4.根据权利要求2所述的云台，其特征在于，所述两个霍尔元器件均为直插封装式霍尔元器件或贴片封装式霍尔元器件。

5.根据权利要求2所述的云台，其特征在于，所述电机还包括印制电路板PCB，所述PCB固定在所述外壳上，所述两个霍尔元器件固定在所述PCB上。

6.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，所述两个霍尔元器件与所述环形磁铁在同一水平面上，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第一数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴平行。

7.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，所述两个霍尔元器件在所述环形磁铁的上方，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第二数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴垂直。

8.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，所述两个霍尔元器件在所述环形磁铁的下方，且与所述环形磁铁的中心在水平方向上的距离为第三数值，且所述两个霍尔元器件的感应面与所述转子的转轴垂直。

9.根据权利要求2所述的云台，其特征在于，所述环形磁铁中沿水平方向充磁。

10.根据权利要求2至9任一所述的云台，其特征在于，所述两个霍尔元器件为第一霍尔元器件和第二霍尔元器件；

所述控制器，用于基于公式确定所述转子的位置和速度，其中，θ为所述转子分别相对于所述第一霍尔元器件和所述第二霍尔元器件转过的角度，V₁为所述第一霍尔元器件输出的电压信号值，V₁₀为预设的对应所述第一霍尔元器件的霍尔信号的偏移量，A为预设的所述第一霍尔元器件的霍尔信号的幅值，V₂为所述第二霍尔元器件输出的电压信号值，V₂₀为预设的对应所述第二霍尔元器件的霍尔信号的偏移量，B为预设的所述第二霍尔元器件的霍尔信号的幅值。