轮毂电机车轮及其轮毂电机的制作方法

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种具有光栅编码器的轮毂电机，以及安装该轮毂电机的轮毂电机车轮。

背景技术：

现有轮毂电机的内部安装有三个霍尔传感器，依靠霍尔传感器可以检测轮毂电机的转速和角速度。安装有轮毂电机的车轮应用于移动机器人的移动底座时，考虑到移动机器人需要较高精度的速度控制和位置反馈精度，而轮毂电机的转子相对定子转动一圈，霍尔传感器仅能反馈几十个位置信号，不能精确反馈角速度和转角变量，无法满足轮式移动机器人的控制精度要求，不利于移动机器人运行时的可靠性。

轮毂电机生产厂家在研发过程中，对于轮毂电机的转速检测结构还有待改善。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高控制精度的轮毂电机。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种轮毂电机，包括电机轴、定子、转子以及光栅编码器，所述定子包括套设于电机轴的铁芯支架和设于铁芯支架上的绕线组，所述转子包括容置定子的壳体、盖合于壳体的盖体以及安装在壳体内壁上并环设于所述定子外围的磁钢，所述壳体和盖体可转动地连接于电机轴；所述光栅编码器包括固定连接于所述绕线组的光电传感器和固定安装在所述壳体的光栅码盘；所述光栅码盘的外边缘设有沿圆周方向设置的光栅区，所述光电传感器安装在光栅码盘的外边缘并对应于所述光栅区。

相较于现有技术本发明具有如下有益效果：本发明的轮毂电机设有光栅编码器，该光栅编码器的光栅码盘安装在转子上，光栅编码器的光电传感器安装在定子的绕线组上并对应于光栅码盘的光栅区，光电传感器结合光栅区可以不断的检测出转子相对定子的转速和角速度，光栅编码器相较于霍尔传感器可以获得更多的脉冲信号，相应提高轮毂电机的控制精度；增加光栅区的密度或者增加光栅码盘的直径亦可以增加光栅编码器获得的脉冲信号的数量，以进一步提高轮毂电机的控制精度。

优选的，所述壳体包括包容所述定子的第一容置体和包容所述光栅编码器的第二容置体，所述第一容置体和第二容置体相互连通。

优选的，所述第二容置体的内侧凸设有安装光栅码盘的固定座，所述光栅码盘通过紧固件连接于固定座。

优选的，所述光栅码盘的内缘设有套筒，光栅码盘通过套筒套接于固定座的外周，所述套筒通过紧固件连接于固定座。

优选的，所述固定座凹设有安装轴承的凹槽，固定座通过轴承连接于电机轴。

优选的，所述盖体相对第一容置体的端面凸设有环形阶台，所述第一容置体套接于环形阶台的外周，第一容置体通过沉头螺钉连接于环形阶台。

优选的，所述绕线组上设有安装光电传感器的衔接座。

优选的，所述光电传感器采用为对射式光电传感器，该对射式光电传感器骑跨于光栅码盘的外边缘。

本发明还提供了一种轮毂电机车轮，包括轮胎本体、上述所述的轮毂电机、组装于轮胎本体与轮毂电机之间的固定圈体。

优选的，所述固定圈体相对壳体的一端向内凸设有环形凸缘，该环形凸缘通过紧固件固定连接于所述壳体；所述固定圈体的外周凸设有加强凸筋，加强凸筋沿电机轴的轴向方向设置，所述轮胎本体的内周凹设有配合安装加强凸筋的容纳槽。

附图说明

图1为本发明轮毂电机车轮的第一视角的立体示意图；

图2为本发明轮毂电机车轮的第二视角的立体示意图；

图3为本发明轮毂电机车轮的分解示意图；

图4为本发明轮毂电机内部的平面示意图；

图5为本发明轮毂电机内部的立体示意图；

图6为本发明轮毂电机移除壳体的立体示意图；

图7为本发明中光栅码盘与固定座的另一组装方式的示意图；

图8为图7中a部的局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明，而非对本发明的保护范围限制。术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。

参阅图1、图2及图3，本实施例提供了一种轮毂电机车轮，包括轮胎本体1、轮毂电机2、组装于轮胎本体1与轮毂电机2之间的固定圈体3。轮胎本体1指采用橡胶制作的胎体。轮胎本体1采用为实芯胎。当然在其他实施方式中，轮胎本体1亦可以采用为充气胎。

本实施例中，固定圈体3用以固定轮毂电机2并安装轮胎本体1，以增加轮毂电机车轮的结构牢固性。固定圈体3的材质采用为铝合金。固定圈体3相对轮毂电机2的壳体231的一端向内凸设有环形凸缘31。轮毂电机2沿电机轴21的轴向方向放置于固定圈体3的内部，轮毂电机2的壳体231的一端抵靠于环形凸缘31。该环形凸缘31通过螺钉或螺栓等紧固件固定连接于壳体231。固定圈体3的外周凸设有加强凸筋32，加强凸筋32沿电机轴21的轴向方向设置。加强凸筋32的数量可以根据设计需要进行相应调整，多个加强凸筋32均匀分布于固定圈体3的外周，可以增加固定圈体3的结构稳定性。轮胎本体1的内周凹设有配合安装加强凸筋32的容纳槽11。轮胎本体1组装于固定圈体3时，通过加强凸筋32与容纳槽11的配合，防止轮胎本体1相对固定圈体3发生打滑现象，相应增加轮胎本体1与地面的摩擦性能。当然，轮胎本体1与固定圈体3亦可以浇注于一体。

本实施例中，轮毂电机车轮采用为单边轴，即轮毂电机2的电机轴21突出于其中一侧。当然根据轮毂电机车轮的使用场合，轮毂电机车轮可采用为双边轴，即轮毂电机2的电机轴21突出于两侧。电机轴21上开设有容导线4自电机外部引入到电机内部的线孔41，导线4通过该线孔41延伸到轮毂电机2内部的绕线组222及其光栅编码器24。

参阅图4及图5，本实施例中，轮毂电机2包括电机轴21、定子22、转子23以及光栅编码器24。定子22包括套设于电机轴21的铁芯支架221和设于铁芯支架221上的绕线组222。转子23包括容置定子22的壳体231、盖合于壳体231的盖体232以及安装在壳体231内壁上并环设于定子22外围的磁钢233。壳体231和盖体232通过轴承连接于电机轴21，壳体231和盖体232可转动地连接于电机轴21。盖体232上设有容电机轴21贯穿的通孔。绕线组222通电后，绕线组222产生磁场，绕线组222的磁场与磁钢233的磁场相互作用，使得转子23围绕定子22转动。

参阅图4，壳体231包括包容定子22的第一容置体2311和包容光栅编码器24的第二容置体2312。第一容置体2311和第二容置体2312呈圆形并相互连通，第二容置体2312的直径小于第一容置体2311的直径。第一容置体2311和第二容置体2312通过模具浇注一体成型设置。盖体232安装在第一容置体2311上并远离第二容置体2312。盖体232相对第一容置体2311的端面凸设有环形阶台2321。第一容置体2311套接于环形阶台2321的外周，第一容置体2311通过沉头螺钉连接于环形阶台2321，使得壳体231与盖体232固定连接，并通过环形阶台2321支撑壳体231的内缘，防止壳体231变形，提高壳体231的结构稳定性；并且，轮毂电机2组装于轮胎本体1时，自第一容置体2311连接于环形阶台2321的沉头螺钉亦可以隐藏于固定圈体3的内周，相应提高轮毂电机车轮的美观性。

参阅图4至图6，光栅编码器24包括固定连接于绕线组222的光电传感器241和固定安装在第二容置体2312的光栅码盘242。光栅码盘242跟随壳体231围绕电机轴21转动时，光电传感器241能够检测出光栅码盘242相对光电传感器241的角度位移量，并判断出对应的转动方向。第二容置体2312的内侧凸设有安装光栅码盘242的固定座234。该固定座234自第二容置体2312的底壁向定子22方向延伸，以配合组装光电传感器241和光栅码盘242。固定座234凹设有安装轴承的凹槽，固定座234通过轴承连接于电机轴21，以方便于将壳体231组装于电机轴21上。光栅码盘242上设有三个安装孔，固定座234的端面上设有分别对应于三个安装孔的螺纹孔，光栅码通过紧固件连接于固定座234，并与电机轴21同轴设置。该紧固件采用为螺钉或螺栓。当然在其他实施方式中，如图7、图8所示，光栅码盘242的内缘亦可以设有套筒235，光栅码盘242通过套筒235套接于固定座234的外周，套筒235通过紧固件连接于固定座234，以增加光栅码盘242的安装牢固性；减少因安装误差、电机震动带来的客观影响，相应提高光栅码盘242转动时的平面度，避免光栅码盘242触碰到光电传感器241。

参阅图6，光栅码盘242呈环形的薄片形状。光栅码盘242的外边缘设有沿圆周方向设置的光栅区243。光栅码盘242采用为金属码盘，其光栅区243设有若干个均匀分布的通孔。光电传感器241安装在光栅码盘242的外边缘并对应于光栅区243。光栅编码器24是一种通过光电转换将光栅码盘242的机械位移量转换成脉冲或数字量的传感器，其工作原理是光线透射或反射在光栅区243时产生的莫尔条纹，通过光敏接收电路输出多个与转动方向和速度相关的方波信号。光栅码盘242的通孔数量越多，反馈的脉冲信号越多，控制精确度越高，具体可通过增加光栅区243通孔的密度和/或增加光栅码盘242的直径，均能够增加光栅编码器24获得的脉冲信号的数量。根据通孔的设置数量，光栅码盘242围绕电机轴21转动一圈可以相应获得360、720、1080等数量的脉冲信号，通过计算每秒光栅编码器24输出脉冲信号的数量就能反馈当前电机的转速，大幅提高轮毂电机2的转速和位置控制精度。光栅码盘242还可以采用为玻璃码盘，玻璃码盘的光栅区制作有若干个不透光的蚀刻线，光栅区的透光区域等同于开设在金属码盘上的通孔。

绕线组222上设有安装光电传感器241的衔接座223。该衔接座223呈圆环形，衔接座223通过连接件固定连接于绕线组222。衔接座223可以为pcb板。光电传感器241采用为对射式光电传感器。对射式光电传感器骑跨于光栅码盘242的外边缘。对射式光电传感器具有信号发射端和信号接收端。信号发射端和信号接收端之间设有容纳光栅码盘242的间隙。薄片形状的光栅码盘242围绕电机轴21转动，光栅区243穿过该间隙时，光栅编码器24获得相应的脉冲信号。当然在其他实施方式中，光电传感器241采用为反射式光电传感器。本发明的轮毂电机2将光栅码盘242安装在转子23上，光栅编码器24的光电传感器241安装在定子22的绕线组222上并对应于光栅码盘242的光栅区243，光电传感器241结合光栅区243可以不断的检测出转子23相对定子22的转速和角速度，光栅编码器24相较于霍尔传感器可以获得更多的脉冲信号，相应提高轮毂电机的控制精度。另外，将该轮毂电机2组装于车轮时，可以提高轮毂电机车轮的转速可靠性；该轮毂电机车轮组装于轮式移动机器人的移动底座时，能够实现对机器人驱动轮的高精度速度控制。

本实施例中，轮毂电机2还包括三个霍尔传感器（图中未示出）。三个霍尔传感器配合光栅编码器24能够进一步提高轮毂电机2的控制精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。