高性能云台的制作方法

本发明涉及飞行器动力装置技术领域，特别涉及一种高性能云台。

背景技术：

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。

其中，固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。

电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由执行电机来实现，电机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

而应用于无人飞行器上的云台装置用于成像设备的安装并为成像设备的成像质量提供支撑，所以云台装置的结构合理性、动作稳定性的好坏对成像设备的成像质量起着关键性的作用。

目前云台电机基本上使用的是外转式永磁无刷直流电动机，由于电机定子采用的是有槽结构，其固有的齿槽转矩引起电机的转矩波动，影响了云台成像装置的成效效果。

而且，外转式永磁无刷直流电动机气隙磁密波形通常只能逼近类梯形波(反电势波形也是类梯形波)，离理想的正弦波还相差较远，电机的电磁谐波含量依然比较大，进而也造成电机的输出转矩波动。

因此，现有的云台电机受电机自身的振动影响而未能有效地消除抖动。此外，目前使用的云台电机存在铁芯损耗，电机的工作效率还存在提升的空间。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种启动运行平稳的高性能云台电机，旨在解决传统云台电机的转矩波动大，不能有效地消除抖动，影响云台成像效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种高性能云台，包括云台电机、连接云台电机一端的云台支架和连接云台电机另一端的相机；

云台电机包括机壳、设置在机壳内的定子组件、与定子组件同轴设置的转子组件和从机壳一端贯通定子组件和转子组件的中心的轴系零件；

其中，机壳包括前盖和与前盖连接的外罩；

转子组件均为环形，转子组件包括：贴合外罩内壁设置的外磁石、设置在外磁石内圈中的内磁石和设置在内磁石内圈中的内磁轭；

其中，外磁石为片状结构，外磁石与内磁石相对应设置，使磁动势形成串联的形式，外磁石和内磁石的磁极对数至少设置一对，外磁石和内磁石之间设有定子组件。

在其中一个实施例中，前盖中心处设有凹槽、凹槽外圈设有内磁轭安装孔、内磁轭安装孔和前盖的外径之间设有卡爪；

其中，凹槽与轴系零件一端连接，内磁轭安装孔与内磁轭过盈配合，卡爪与设置在外罩上的卡槽连接，卡爪与卡槽通过胶结紧固，外磁石设置在两个相邻卡爪之间，并通过胶结紧固。

在其中一个实施例中，定子组件为后盖座和设置在后盖座上的杯型绕组，杯型绕组与后盖座胶结紧固，杯型绕组套设在内磁石和外磁石之间。

在其中一个实施例中，轴系零件包括：转轴、预紧弹簧、垫片、轴承、弹性体和卡簧；

轴承设置在后盖座内，轴承包括第一轴承和第二轴承，第一轴承设置在后盖座靠近前盖一端，第二轴承设置在后盖座远离前盖一端；预紧弹簧一端与前盖接触，另一端压住垫片，使垫片紧贴于第一轴承的内圈上，弹性体紧贴第二轴承的内圈，设置在卡簧与第二轴承之间；

转轴一端贯穿弹性体、轴承、垫片和预紧弹簧，通过设置在转轴上的凸缘与设置在前盖上的凹槽连接，转轴的另一端设有卡簧槽，卡簧设置在卡簧槽上。

在其中一个实施例中，云台支架为复式结构，在云台支架的边角上设有减震球。

在其中一个实施例中，云台电机设置为3个，分别为设置在相机顶端的平移轴云台电机、设置在相机侧面的俯仰轴云台电机和设置在相机后端的横滚轴云台电机；

俯仰轴云台电机一端通过相机安装座与相机连接，另一端通过第二连接臂与横滚轴云台电机连接；

横滚轴云台电机通过第一连接臂与平移轴云台电机连接，平移轴云台电机一端与第一连接臂连接，平移轴云台电机另一端与云台支架连接。

在其中一个实施例中，转子组件还可以单独设置内磁石或外磁石其中一个。

在其中一个实施例中，外磁石和内磁石的磁极对数根据云台电机的尺寸来设置。

有益效果如下：

本发明采用外转式无槽结构永磁无刷直流电动机，因为无槽所以提高了成像效果。

云台电机中，机壳和内磁轭与内、外磁石保持相对静止，有效地消除了软磁材料内存在的铁损，提高了云台电机的工作效率，有利于节能。内、外磁石的尺寸结构和充磁方式通过优化处理，使得气隙磁密波形比较接近正弦波形，云台电机因而运行平稳。

转轴一端与前盖对应的凹槽配合，防止转轴在前盖轴孔内打滑。预紧弹簧一端与前盖端部内侧接触，另一端压住垫片并紧贴于内部轴承的内圈上，以保证云台电机内侧轴承的预紧力。

转轴的另一端设有卡簧槽且与卡簧配合，卡簧与外侧轴承之间安装有弹性体，使外侧轴承产生相应的预紧力。云台电机轴向预紧力合理调节，以防止云台电机运行中因装配位置的误差造成的抖动和噪声。

云台支架上安装有减震球，用于安装在无人机机体下部并实现减震的效果。

综上本发明具有启动顺滑、运行平稳和高效率等有益效果。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明云台结构示意图。

图2为本发明云台电机分解示意图。

图3为本发明机壳结构示意图。

图4为本发明前盖与外罩结构示意图。

图5为本发明转轴与轴承结构示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1～图3，本实施例提供的高性能云台用于航空拍摄，高性能云台包括云台电机100、连接云台电机100一端的云台支架6和连接云台电机100另一端的相机8；

云台电机100包括机壳20、设置在机壳20内的定子组件160、与定子组件160同轴设置的转子组件1001和从机壳20一端贯通定子组件160和转子组件1001的中心的轴系零件17；

其中，机壳20包括前盖10、与前盖10连接的外罩11；

转子组件1001均为环形，转子组件1001包括：贴合外罩11内壁设置的外磁石12、设置在外磁石12内圈中的内磁石13和设置在内磁石13内圈中的内磁轭14；

其中，外磁石12为片状结构，外磁石12与内磁石13相对应设置，使磁动势形成串联的形式，外磁石12和内磁石13的磁极对数至少设置一对，外磁石12和内磁石13之间设有定子组件160。

优选地，定子组件160为后盖座16和设置在后盖座16上的杯型绕组15，杯型绕组15与后盖座16胶结紧固。

杯型绕组15胶结在绝缘材质的杯架上，杯架安装在后盖座16的安装孔内。

机壳20和内磁轭14与内磁石13、外磁石12保持相对静止，有效地消除了软磁材料内存在的铁损，提高了云台电机100的工作效率，有利于节能。

内磁石13和外磁石12的尺寸结构和充磁方式通过优化处理，使得气隙磁密波形比较接近正弦波形，云台电机100因而运行平稳。

实施例2

参照图2～图4，与上述实施例的不同之处在于，优选地，前盖10中心处设有凹槽102、凹槽102外圈设有内磁轭安装孔103、外磁石卡槽101和前盖10的外径之间设有卡爪104；

其中，凹槽102与轴系零件17一端连接，内磁轭安装孔103与内磁轭14过盈配合，卡爪104与设置在外罩11上的卡槽111连接，卡爪104与卡槽111通过胶结紧固，外磁石12设置在两个相邻卡爪104之间并通过胶结紧固。

外罩11内壁有卡槽111与前盖10的卡爪104配合，并通过胶结进一步紧固连接，可有效地防止松动和圆周打滑。

外磁石12以片状的形式安装在前盖10上相邻卡爪104之间，并通过胶结进一步紧固配合。内磁轭14端部留有卡爪与内磁轭安装孔103过盈配合，防止运转过程中出现的松动。

如图5所示，优选地，轴系零件17包括：转轴171、预紧弹簧172、垫片173、轴承174、弹性体175和卡簧176；

轴承174设置在后盖座16内，轴承174包括第一轴承1741和第二轴承1742，第一轴承1741设置在后盖座16靠近前盖10一端，第二轴承1742设置在后盖座16远离前盖10一端；预紧弹簧172一端与前盖10接触，另一端压住垫片173，使垫片173紧贴于第一轴承1741的内圈上，弹性体175紧贴第二轴承1742的内圈，设置在卡簧176与第二轴承1742之间；

转轴171一端贯穿弹性体175、轴承174、垫片173和预紧弹簧172，通过设置在转轴171上的凸缘1711与设置在前盖10上的凹槽102连接，转轴171的另一端设有卡簧槽1712，卡簧176设置在卡簧槽1712上。

转轴171一端部设有凸缘1711，与前盖10对应的凹槽102配合，防止转轴171在前盖10内打滑。轴承171分为第一轴承1741和第二轴承1742，安装在后盖座16的轴承室两端。

预紧弹簧172靠近前盖10一端与前盖10端部内侧接触，另一端压住垫片173并紧贴于第一轴承1741的内圈上，以保证第一轴承1741的预紧力。

转轴171靠近后盖座16一端设有卡簧槽1712且与卡簧176配合，卡簧176与第二轴承1742之间安装有弹性体175，使第二轴承1742产生相应的预紧力，弹性体175可以为弹性胶圈或弹簧。

上述设置使云台电机100的轴向预紧力合理调节，以防止云台电机100运行中因装配位置的误差造成的抖动和噪声。

实施例3

如图1所示，与上述实施例的不同之处在于，优选地，云台支架6为复式结构，在云台支架6的边角上设有减震球5。

优选地，云台电机100设置为3个，分别为设置在相机8顶端的平移轴云台电机3、设置在相机8侧面的俯仰轴云台电机2和设置在相机8后端的横滚轴云台电机1；

俯仰轴云台电机2一端通过相机安装座9与相机8连接，另一端通过第二连接臂7与横滚轴云台电机1连接；

横滚轴云台电机1通过第一连接臂4与平移轴云台电机3连接，平移轴云台电机3一端与第一连接臂4连接，平移轴云台电机3另一端与云台支架6连接。

云台支架6上安装有减震球5，实现减震的效果。

实施例4

与上述实施例的不同之处在于，优选地，转子组件1001还可以单独设置内磁石13或外磁石12其中一个。

优选地，外磁石12和内磁石13的磁极对数根据云台电机100的尺寸来设置。

根据电机对功率的需求，在对功率要求很小的情况下可以合理地只设置外磁石12或者内磁石13，在有一定功率需求的情况下根据云台电机100的尺寸来设置磁极对数的数量。

工作原理如下：

第一连接臂4的一端安装横滚轴电机1，另一端的连接平移轴电机3的转子端部；第二连接臂7的一端安装俯仰轴电机2，另一端的连接横滚轴电机1的转子端部；平移轴电机3的后盖端连接到云台支架6的安装座孔内。

云台支架6上留有安装孔位，用于与无人机机体的安装连接，且云台支架6上有减震球5，以缓冲无人机机体与云台之间的抖动、晃动。

俯仰轴电机2的转子端部的安装孔用于与相机安装座9连接，相机安装座9上的安装卡圈等结构可将相机8紧固。

因此，相机8在平移轴电机3、横滚轴电机1和俯仰轴电机2的控制下，能够实现平移、横滚、俯仰运动以及“悬停”拍照。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。