电机角度检测机构及云台的制作方法

本实用新型涉及电机角度检测技术领域，具体涉及一种电机角度检测机构及云台。

背景技术：

随着航拍无人机技术的发展，相应产生了各式各样的用于控制相机的多轴控制系统，我们称之为云台，其主要功能就是使相机不抖动和晃动保证拍摄画面的稳定；实现方法就是通过陀螺仪检测相机的状态，然后主控系统控制各个轴的电机转动，使得相机始终保持稳定的一个状态。在此过程中，电机转动角度检测目前大多数是通过接触式的电位器和非接触式磁编码加磁铁实现的。

目前检测云台电机转动角度主要通过接触式的电位器方式和非接触式磁编码器加磁铁的方式。

接触式的电位器方式：将电机10的电机轴11穿过电位器12和电机驱动板13(如图3)，电机轴11转动带动电位器12的划片转动，电机10转动角度的大小对应电位器12输出电阻大小，映射到电压变化上，三者成线性关系，从而反映电机转动角度大小。

非接触式的磁编码器加磁铁方式：将磁铁20套在电机轴11上或者装配在电机轴11顶端轴心(如图4)，电机10转动带动磁铁20跟着同步转动，电机10转动角度检测是磁铁20转动后，通过磁感应原理，磁编码器30将转动角度转换为电信号并通过电机驱动板13上的数字通信接口将转动角度输出。

接触式电位器方式目前存在以下问题：检测精度低，抗干扰性差，最主要的就是装配工艺要求高，电机轴和电位器孔装配不同轴产生偏位容易导致电机转动阻力增大，影响云台正常工作。

非接触式的磁编码器加磁铁装配方式目前存在以下问题：由于磁铁本身是产生磁场，对飞机上的传感器会产生干扰，特别是对飞机指南针的干扰，距离越近干扰越大。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供一种电机角度检测机构，具有检测精度高，抗干扰性能强，装配工艺要求低的特点。

本实用新型的第二目的在于提供一种云台，该云台包括上述的电机角度检测机构。

基于上述第一目的，本实用新型提供的电机角度检测机构，包括电机、磁铁和磁编码器；所述电机具有一电机轴和磁屏蔽外壳，所述磁铁设置在所述磁屏蔽外壳上，且所述磁铁与所述电机轴位于同一轴线上，所述磁铁、所述磁屏蔽外壳和所述电机轴能够同步转动；

所述磁编码器正对于所述磁铁，用于检测电机转动时磁场变化量并将所述磁场变化量转换为电机角度变化量。

进一步的，所述电机为直流无刷电机。

进一步的，所述磁屏蔽外壳具有相对设置的一电机轴伸出端和一封闭端，所述磁铁安装在所述封闭端上。

进一步的，所述磁铁可拆卸安装在所述磁屏蔽外壳上。

进一步的，所述磁铁固定安装在所述磁屏蔽外壳上。

进一步的，所述磁屏蔽外壳为导磁材质，优选为钢质

进一步的，还包括电机驱动板，所述电机驱动板用以驱动所述电机转动。电机驱动板可以安装在任意位置。

进一步的，所述电机驱动板与所述磁编码器通过信号线连接。

进一步的，所述磁编码器集成在所述电机驱动板上。

基于上述第二目的，本实用新型提供的云台，包括上述的电机角度检测机构。

本实用新型提供的电机角度检测机构的有益效果：

本实用新型提供的电机角度检测机构，包括电机、磁铁和磁编码器；电机具有一电机轴和磁屏蔽外壳，磁铁设置在所述磁屏蔽外壳上，且磁铁与电机轴位于同一轴线上，磁铁、磁屏蔽外壳和电机轴能够同步转动；磁编码器正对于磁铁，用于检测电机转动时磁场变化量并将磁场变化量转换为电机角度变化量；

该电机角度检测机构采用非接触式的角度检测用的磁铁装配方式，具有很强的抗干扰能力，提高了检测精度，结构简单，装配效率高，使用寿命长。不会像现有技术中电位器检测方式那样对工艺要求较高，还避免了传统云台电机角度检测结构过线易缠绕拧断进而引起电机短路、信号丢失等问题。而本产品的良品率也会大大提高，将磁铁装配到磁屏蔽外壳上，磁屏蔽外壳对磁铁的磁场有较良好的屏蔽效果。因此，在保证磁编码器可以检测到磁场信号的同时，屏蔽掉了磁场对外界其他器件的干扰，特别是对无人机上指南针的干扰，从而大幅度降低了飞机炸机等风险。

本实用新型提供的云台，包括上述的电机角度检测机构，具有电机角度检测机构的上述优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电机角度检测机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电机角度检测机构的另一结构示意图；

图3为现有技术中采用接触式的电位器方式的电机角度检测机构的结构示意图；

图4为现有技术中采用非接触式的磁编码器配合磁铁方式的电机角度检测机构的结构示意图。

图标：10、100-电机； 11、110-电机轴； 120-磁屏蔽外壳；

121-电机轴伸出端； 122-封闭端； 20、200-磁铁；

30、300-磁编码器； 400-连接体； 13、500-电机驱动板；

12-电位器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供了一种电机角度检测机构，该电机角度检测机构能够用于无人机云台、手持设备或穿戴设备等等，该电机角度检测机构能够实现对电机角度进行实时检测功能，具有较强的抗干扰特点，并且检测精度高、装配效率高，便于组装和运输。

请参照图1所示；本实用新型提供的电机角度检测机构，包括电机100、磁铁200和磁编码器300。

该电机100具有一电机轴110和磁屏蔽外壳120，磁铁200设置在磁屏蔽外壳120上，且所述磁铁200与电机轴110位于同一轴线上，所述磁铁200、磁屏蔽外壳120和电机轴110能够同步转动；

所述磁编码器300正对于所述磁铁200，用于检测电机转动时磁场变化量并将所述磁场变化量转换为电机角度变化量，实现对电机转动角度的实时检测功能。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述电机采用目前云台常用的直流无刷电机。

该直流无刷电机包括电机轴110、磁屏蔽外壳120、转子和定子等部件(其中，转子、定子等部件并未在图中示意出)，转子间套设在定子件外，磁屏蔽外壳120与转子连接，电机轴110与转子连接，磁屏蔽外壳120和转轴能够与转子同步进行转动，本领域技术人员应当理解，由于该直流无刷电机自身结构属于现有技术领域范畴，这里对其结构仅做出简单描述。

所述磁屏蔽外壳120具有相对设置的一电机轴伸出端121和一封闭端122，电机轴伸出端121具有通孔，用于电机轴110的伸出；所述磁铁200安装在封闭端122上。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述磁铁200与磁屏蔽外壳120可以采用固定连接方式，也可以采用可拆卸连接方式。

例如：所述磁铁200固定安装在所述磁屏蔽外壳120上时：

具体实施时，可以在磁铁200或者磁屏蔽外壳120上涂覆胶水，使磁铁200和磁屏蔽外壳120上粘接在一起；还可以采用焊接方式，使磁铁200和磁屏蔽外壳120上固定安装。采用固定连接方式，磁铁200与磁屏蔽外壳120连接稳固，在转动过程中，磁铁200与磁屏蔽外壳120之间不会松动而导致磁铁200位置偏移或者脱落的情况，保障对电机角度检测的准确性。

所述磁铁200可拆卸安装在所述磁屏蔽外壳120上时：

具体实施时，可以在磁铁200和磁屏蔽外壳120上分别设置至少一个通孔，磁铁200紧贴于磁屏蔽外壳120表面，然后在通孔内穿装螺栓，使磁铁200和磁屏蔽外壳120上固定在一起。采用可拆卸连接方式，磁铁200与磁屏蔽外壳120连接在保障连接稳固性的前提下，更方便对磁铁200进行安装拆卸和更换，能够大幅节省装配时间。

请参照图2所示，另外，具体实施时，在磁铁200和磁屏蔽外壳120之间还可以设置一个连接体400，该连接体400与电机轴110同轴线设置，并且，该连接体400与磁屏蔽外壳120固定或者可拆卸连接，使磁铁200直接装配到连接体400上与连接体400和磁屏蔽外壳120同步转动。该磁铁200与连接体400的连接方式同样可以是固定连接或者可拆卸连接，这里不再对其连接方式进行赘述。

此外，具体实施时，上述的磁铁200可以设置为实心磁铁或者圆环状等形状的磁铁，磁铁200的形状不受限制。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述磁屏蔽外壳120采用导磁材质。在保障磁编码器300可以检测到磁场信号的同时，由于导磁材质的磁屏蔽外壳120的磁导率比空气导磁率大得多，所以大部分磁场线从磁屏蔽外壳120的壁内通过，减少磁铁200磁场对周围事物的干扰，达到了磁屏蔽的目的。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述磁屏蔽外壳120为钢质或者高磁导率铁镍合金。采用钢质材料，保障磁屏蔽的同时，具有成本较低的特点；采用高磁导率铁镍合金，磁屏蔽的效果更优，成本相对于钢质材料较高。利用上述材质的屏蔽外壳，均能够起到良好的磁屏蔽效果，可以依据实际情况而选用。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述的电机角度检测机构还包括电机驱动板500，所述电机驱动板500用以驱动所述电机转动。

具体实施时，该电机驱动板500与电机的定子电连接，通过向内电机驱动板500施加控制信号，使得定子的励磁绕组产生电枢磁场，电枢磁场与转子的永磁体磁极产生的主磁场相互作用，从而驱动转子绕定子转动，进而带动磁铁200和电机轴110转动。这里需要说明的是，上述的电机驱动板500可以安装在任意位置，其目的是对电机运转进行控制。

作为本实用新型的一个优选实施例，电机驱动板500与磁编码器300通过信号线相连接，磁编码器300可以将检测到的电机角度变化量通过信号线输送至电机驱动板进行数据处理，由于电机驱动板500与磁编码器300采用信号线连接，因此电机驱动板500的具体安装位置并不会收到局限。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述磁编码器300集成在所述电机驱动板500上。

磁编码器300通过磁感应原理，检测电机转动时磁场的变化量，并将该磁场变化量转换为电机角度变化量，然后将电机角度变化量信息反馈给内电机驱动板500，电机驱动板500根据反馈的电机角度变化量信息与预设目标值进行比较，从而实现对转子的转动角度的调整。

采用本实用新型提供的角度检测机构，相比于现有技术，具有以下优点：

角度检测机构采用非接触式的云台电机角度检测用的磁铁200装配方式，具有很强的抗干扰能力，提高了检测精度，结构简单，装配效率高，使用寿命长。不会像现有技术中电位器检测方式那样对工艺要求较高，还避免了传统云台电机角度检测结构过线易缠绕拧断进而引起电机短路、信号丢失等问题。而本产品的良品率也会大大提高，将磁铁200装配到磁屏蔽外壳120上，磁屏蔽外壳120对磁铁200的磁场有较良好的屏蔽效果。因此，在保证磁编码器300可以检测到磁场信号的同时，屏蔽掉了磁场对外界其他器件的干扰，特别是对无人机上指南针的干扰，从而大幅度降低了飞机炸机等风险。

另外，本实用新型还提供一种云台，该云台包括有上述的电机角度检测机构。

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。