集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘的制作方法

1.本实用新型涉及电动牵引领域，具体集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘。


背景技术：

2.绞盘是由动力驱动实现物体移动的牵引装置(以下简称绞盘)，绞盘由电机驱动输出，通过联轴器、传动杆带动减速箱齿轮系输出，带动卷筒转动，缠绕在卷筒上的绳索实现绞盘牵引。利用可以通过控制器实现有线控制或无线控制绞盘的运行。市场上绞盘驱动元件普遍采用有刷电机，换向器碳刷容易磨损，更换不方便；同时需要配控制正反转继电器的电控箱(以下简称电控箱)，不但体积大、且继电器触点不稳定，电机与继电器之间采用导线连接，导线过长、导致电能损耗产生电压降。继电器触点容易粘连或接触不良，导致安全事故的发生。且整机效率很低，能耗大。采用无刷电机作为动力的电动绞盘，无刷电机和控制器都是分体设计，集成度不高。


技术实现要素：

3.本专利的目的在于提供集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘，使用无刷电机组件作为绞盘驱动元件，结构紧凑，连接线更简单；能够大大提高整机效率，减少能耗；同时无刷电机组件为无刷电机、控制器集成为一体，降低了整机成本，提高了可靠性。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘，包括无刷电机和控制器，所述无刷电机包括带有线圈绕组的定子和电机支架，所述电机支架内固定有定子，所述定子内设有转子和固定在转子中心的转轴，所述转轴与电机支架转动连接，所述转轴的一端固定连接有磁钢支架，所述磁钢支架内安装有圆柱形磁钢，所述控制器包括控制电路板，所述电机支架靠近圆柱形磁钢的一端固定有控制电路板，所述控制电路板上设有与圆柱形磁钢实现角度检测的传感器芯片。
6.优选的，所述电机支架包括电机尾盖，所述控制器还包括控制器端盖，所述电机尾盖和控制器端盖之间形成放置腔，所述圆柱形磁钢穿过所述电机尾盖伸入所述放置腔内，所述控制电路板固定在所述放置腔内；电机尾盖与控制器端盖连接使整个无刷电机组件结构更加紧凑，控制器端盖可以更好的保护电路板，防止控制电路板被意外损坏。
7.优选的，所述放置腔的侧壁上开有开孔，连接导线穿过所述开孔与控制电路板相连；或者，所述放置腔的侧壁上开有开孔，所述控制线路板上设有穿过所述开孔的接线柱，连接导线与所述接线柱电连接；在放置腔或者电机尾盖的侧壁上开设开孔，有效降低整个无刷电机所需的安装长度，适应更狭小的安装空间。
8.优选的，所述控制器端盖横截面成正多边形或者圆形，所述控制器端盖内设有凹腔，所述电机尾盖将所述凹腔封闭后形成所述放置腔，所述开孔开在凹腔的其中一个侧壁上；由于控制器端盖横截面成正多边形或者圆形，因此可以根据安装现场实际情况，沿无刷电机旋转轴线转动控制器端盖合适的角度达到比较良好的安装位置，让开孔朝向合适的方
向。
9.优选的，所述定子包括铁芯和绕在铁芯上的三相线圈绕组，所述三相线圈绕组的输出导线与控制电路板上对应触点连接；避免电机与继电器之间采用过长的导线连接，减少电能损耗。
10.优选的，所述转轴的端面开有沿转轴轴线设置的第一固定孔，所述磁钢支架的一端与第一固定孔相适配，所述磁钢支架的另一端开有与转轴同轴线的第二固定孔，所述圆柱形磁钢固定在第二固定孔内；通过上述结构设置，可以确保圆柱形磁钢与转轴同轴转动，更准确的控制转子的旋转。
11.优选的，所述电机支架包括电机端盖、电机壳和电机尾盖，所述电机壳的一端与所述电机端盖一体设置，所述电机壳的另一端与电机尾盖可拆卸连接；或者，所述电机支架包括电机端盖、电机壳和电机尾盖，所述电机端盖和所述电机壳的一端可拆卸连接，所述电机壳的另一端与电机尾盖可拆卸连接；电机端盖可以和电机壳采用分体或者一体式结构，灵活多样的选择适合不同场景或者不同型号的绞盘。
12.优选的，所述转轴的前端通过轴承转动连接在电机端盖上，所述转轴的后端也通过轴承转动连接在电机尾盖上；利用轴承让转轴与电机端盖和电机尾盖配合，实现转轴与电机支架的转动连接，采用轴承的稳定性高，并且故障率低，确保转轴长期稳定转动。
13.优选的，所述定子包括铁芯，所述铁芯由矽钢片冲裁、叠压而成；可以使定子获得较好的电气性能。
14.优选的，绞盘还包括减速箱、卷筒和缠绕在卷筒上的绳索，所述转轴的另一端通过传动杆带动所述减速箱转动，所述减速箱驱动所述卷筒转动，所述卷筒带动所述绳索缠绕实现绞盘牵引；通过减速箱可以调节卷筒的收卷速度，实现稳定的绳索收卷。
15.与现有技术相比，本实用新型的优点是：
16.通过将控制器固定在电机尾盖靠近圆柱形磁钢的一端，解决目前无刷电机的传感器和圆柱形磁钢距离较远的问题，缩短控制电路板与圆柱形磁钢之间的间距，省去了电控箱和连接线，并且生产安装都更为方便。采用上述方案，将无刷电机与控制器集成在一起，缩短整个电动绞盘的长度，减少空间占用，方便开模，降低制造成本，提高了可靠性，整机使用接线更简单。
附图说明
17.图1为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例一的结构示意图；
18.图2为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例一的爆炸图；
19.图3为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例一中无刷电机和控制器的剖视图；
20.图4为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例一中控制结构框图；
21.图5为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例二中的爆炸图；
22.图6为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例三中的爆炸图；
23.图7为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例四中的结构示意
图；
24.图8为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例五中的立体图；
25.图9为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例五中右视图；
26.图10为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例六中的立体图；
27.图11为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘实施例六中右视图；
28.附图标记为：
29.无刷电机100、定子110、电机支架120、电机尾盖121、电机端盖122、电机壳123、转子130、转轴131、第一固定孔132、磁钢支架140、第二固定孔141、圆柱形磁钢150、轴承160；
30.控制器200、控制电路板210、控制主板211、编码器板212、中央处理器221、状态显示器222、数据存储器223、数据闭环控制器224、故障诊断模块225、数据采集模块226、有线控制器227、无线控制器228、供电电源229、控制器端盖220、放置腔221、开孔222、导线230、接线柱240、接线柱卡扣241、自适应电源250、功率板260、外壳270；
31.减速箱300、减速箱体310、减速箱端盖320；
32.卷筒410、绳索420、卷筒支撑件430、吊钩440。
具体实施方式
33.集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘，包括无刷电机和控制器，所述无刷电机包括带有线圈绕组的定子和电机支架，所述电机支架内固定有定子，所述定子内设有转子和固定在转子中心的转轴，所述转轴与电机支架转动连接，所述转轴的一端固定连接有磁钢支架，所述磁钢支架内安装有圆柱形磁钢，所述控制器包括控制电路板，所述电机支架靠近圆柱形磁钢的一端固定有控制电路板，所述控制电路板上设有与圆柱形磁钢实现角度检测的传感器芯片。通过将控制器固定在电机尾盖靠近圆柱形磁钢的一端，解决目前无刷电机的传感器和圆柱形磁钢距离较远的问题，缩短控制电路板与圆柱形磁钢之间的间距，省去了电控箱和连接线，并且生产安装都更为方便。采用上述方案，将无刷电机与控制器集成在一起，缩短整个电动绞盘的长度，减少空间占用，方便开模，降低制造成本，提高了可靠性，整机使用接线更简单。
34.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本实用新型的描述中，“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。
37.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固
定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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实用新型中的具体含义。
38.实施例一：
39.参阅图1为本实用新型集永磁无刷电机与控制器于一体的绞盘的实施例一，本实施例适用于交流电压的电动绞盘，该绞盘包括无刷电机100、控制器200和减速箱300。该减速箱300包括由减速箱体310与减速箱端盖320连接形成的齿轮壳体，该齿轮壳体内可以安装一级或多级减速机构：如差动齿型式、行星齿型式、直齿 行星齿型式和离合器组件。无刷电机100包括电机支架120，电机支架120包括电机尾盖121和一体设置的电机端盖122和电机壳123，控制器200包括控制器端盖220，无刷电机100的定子110和转子130设置在电机支架120与电机尾盖121组合成的空间内，控制器200则安装在电机尾盖121和控制器端盖220组合成的放置腔221内，控制器200可以控制无刷电机100的速度，具有可调速、恒转速的功能。在一些实施例中，电机尾盖121可以直接与电机支架120固定连接，控制器端盖220可以直接与电机尾盖121固定连接，具体可以通过螺栓等形式进行固定。而电机支架120和齿轮壳体之间可以通过卷筒支撑件430连接，卷筒410安装在卷筒支撑件430内，也就是卷筒410位于电机支架120和齿轮壳体之间。
40.无刷电机100的输出轴通过联轴器和传动杆驱动减速箱300带动卷筒410沿轴线箭头方向转动或与该方向相反的方向转动。例如，无刷电机100沿图1第一方向被驱动，使得卷筒410绕线轴进行转动，无刷电机100也可沿第一方向相反方向被驱动。在实施例中，绳索420可以卷绕在卷筒410外表面上。绳索420伸出端部可以连接吊钩440，增加绳索420与物体连接的便利性，进行牵引工作。在实施例中，无刷电机100被驱动，沿图1箭头方向转动，实现收放绳。
41.如图2、图3所示，绞盘包括电机尾盖121与控制器端盖220组合形成空间内部的控制器200向外延伸的导线230，该导线230可通过中间介质(如防水接头等)进行固定于控制器端盖220一侧开孔222上。电机尾盖121和控制器端盖220之一或者两个均设有凹腔，在电机尾盖121和控制器端盖220组合后形成放置腔221，也就是开孔222可能开在电机尾盖121上，也可能开在控制器端盖220上。在实施例中，电流可以通过连接至插座的导线230使电流经过控制电路板210流入到无刷电机100，无需电控箱与额外的线束进行连接。
42.通过将控制电路板210安装在电机尾盖121与控制器端盖220之间形成的空间内，定子110包括铁芯，铁芯上的三相线圈绕组，三相线圈绕组的输出导线与控制电路板210上对应触点直接连接，能够减少额外的线束连接件，并且可以缩短无刷电机100与控制电路板210连接线的距离，减少电能损耗提高无刷电机100效率，减少能耗。
43.图2中所示的无刷电机100和控制器200的爆炸示图，控制电路板210集成带有读取或存储功能的多个元件，控制电路板210通过中间介质(如螺栓)固定在电机尾盖121上。其中定子110套入电机支架120内，外表面带有永磁体的转子130通过轴承160安装在电机支架120与电机尾盖121内。控制器端盖220与电机尾盖121通过紧固件紧固(图中未示出螺丝等紧固件)，从而将无刷电机100与控制器200集成为一体式。
44.如图3所示，定子110的铁芯由矽钢片冲裁、叠压而成，该定子110固定在电机支架
120内部。通电后的定子110线圈产生磁场，带有永磁体的转子130内的转轴131的一端通过轴承160连接在电机尾盖121上，转轴131的另一端通过轴承160连接在电机支架120上，转子130内的转轴131的一端安装有磁钢支架140，电机支架120与电机尾盖121用多个紧固件连接(如螺丝，图中未示出)紧固。具体在转轴131的端面开有沿转轴131轴线设置的第一固定孔132，磁钢支架140的一端与第一固定孔132相适配，磁钢支架140的另一端开有与转轴131同轴线的第二固定孔141，圆柱形磁钢150固定在第二固定孔141内，圆柱形磁钢150、磁钢支架140与转子130连接成一体，通过固定在电机尾盖121平面上的控制电路板210上的传感器芯片实时检测转子130转动角度的位置，定子110的线圈接头连接至控制电路板210的各相端点上，控制电路板210上的位置传感器导通，对应的相线圈被通电，使定子110产生方向均匀变化的旋转磁场，转子130可以跟着磁场转动起来。使无刷电机100从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，转子130的转轴131通过减速箱300内部齿轮系传动带动安装在卷筒支撑件430上的卷筒410组件，按照图1所示绞盘线轴第一方向转动或第一方向相反方向转动。
45.如上，电机尾盖121与控制器端盖220内部的控制器200连有向外延伸的导线230，所述导线230可通过中间介质(如防水接头等)进行固定于控制器端盖220一侧圆形开孔222上，导线230一端连接在控制电路板210上，在实施例中，电流可以通过连接至插头的导线230经过控制电路板210与无刷电机100之间连接线直接流入到无刷电机100，无需电控箱与额外的线束进行连接，减少损耗，获得更高的电效率。另外，向外延伸的导线230上还可以设置有控制开关，连接控制开关上的导线230连接于控制电路板210上的各相端点，可进行通断控制。
46.如图4为无刷电机100控制结构框图，在控制电路板210上还设有中央处理器221，中央处理器221连接状态显示器222和数据存储器223，并且中央处理器221还连有数据闭环控制器224，通过数据闭环控制器224驱动无刷电机100转动，由无刷电机100带动减速箱300转动，通过减速箱300驱动卷筒410旋转进行收放卷，而无刷电机100与中央处理器221之间还连有故障诊断模块225和数据采集模块226，角度传感芯片就属于数据采集模块226的一部分，将无刷电机100的有关运行参数传递给中央处理器221。中央处理器221还连有有线控制器227和无线控制器228，用于输入控制信号，有线控制器227和无线控制器228均与供电电源229或者电池组相连，以为有线控制器227和无线控制器228供电，并且中央处理器221还连接有自适应电源250，以便适配不同的电源输入规格。
47.控制电路板210包括数据存储功能，以响应绞盘通过外部电源或外部电池组操作者的有线或无线控制输入，实现有线远程控制、无线远程控制绞盘及一个或多个附件的运行(如连接车辆中的显示屏、绳索420自动停止等)功能。在实施例中控制电路板210可以包括电机速度传感器、电机电流传感器、电压传感器、电机方向传感器、电机位置传感器、电机温度传感器和卷筒410转动传感器，并且控制电路板210可以为外部连接装置进行状态显示输入信号。
48.控制电路板210还可以电连接至定子110各相端点上，所述控制电路板210通过有线远程控制或无线远程控制通电。控制电路板210上的数据采集模块226可以包括配置为从放置在磁钢支架140上的圆柱形磁钢150读取信号实时检测转子130的位置，定子110产生方向均匀变化的旋转磁场，转子130可以跟着磁场转动起来。例如，可实现软启动、测量电机的
转速、电机的运转方向。
49.控制电路板210可以包括存储在其中的指令，该指令用于相应一个或多个(如温度传感器、电流感应器、电压传感器)的输出和远程状态显示。在实施例中，温度传感器、电流感应器、电压传感器集成与控制电路板210上。
50.在实施例中，数据采集模块226可以配置电压传感器为测量电机的工作电压。该模块可以监控(如测量)电压传感器的输出，并且比较测量电压的差值，如差值过大控制电路板210可以使电机关闭，无需额外电连接件或额外电压系统，绞盘停止工作，保护绞盘或绞盘连接的车辆或物体。
51.在实施例中，数据采集模块226可以配置软启动功能。控制器200传感器的输出，使无刷电机100输出转速平稳达到所需额定扭矩的转速，保护绞盘或绞盘连接的车辆或物体。
52.在实施例中，数据采集模块226可以配置温度传感器为测量控制电路板210温升。控制器200可以监测温度传感器的输出，并且比较测量值大小，如果超出设定值，控制器200可以使电机关闭，无需额外电连接件或额外测温系统，绞盘停止工作，保护绞盘或绞盘连接的车辆或物体。
53.在实施例中，数据采集模块226可以配置电流传感器为测量电机的工作电流。控制器200可以监测电流传感器的输出，并且比较测量电流与额定电流的差值，如果超出设定值，控制器200可以使电机关闭，无需额外电连接件或额外测电流系统,绞盘停止工作，保护绞盘或绞盘连接的车辆或物体。
54.实施例二：
55.如图5所示，与实施例一的区别在于：绞盘采用直流电压，绞盘向外延伸的接线柱240与控制线安装于电机尾盖121的一侧平面上，且控制器200包括功率板260与控制电路板210，功率板260与控制电路板210通过中间介质(如带螺纹导电隔离柱)进行连接，接线柱240向电机尾盖121内腔延伸导线230与控制电路板210通过中间介质(如接线端子等)各相对应点相连接，安装于电机尾盖121外表面开孔222一侧，接线柱卡扣241安装于电机尾盖121内侧一平面上，接线柱卡扣241表面设有圆柱形通孔，接线柱240穿过接线柱卡扣241延伸至电机尾盖121外部，延伸至外部接线柱240套入o型密封圈通过中间介质及紧固件(如圆形绝缘垫及法兰面螺母)将o型圈挤压到电机尾盖121外表面平面处，防止外部有害物质侵入控制器200内，损坏控制器200，控制器200安装于电机尾盖121与控制器端盖220内腔，电机尾盖121与控制器端盖220内腔的控制器200电路板向外延伸的导线230，可通过中间介质(如防水接头等)安装于电机尾盖121一侧开孔222上。
56.本实施例未描述的其他内容可以参考实施例一。
57.实施例三：
58.如图6所示，与实施例一的区别在于：无刷电机100的电机支架120包括电机端盖122和电机壳123，在实施例一中电机端盖122和电机壳123一体设置，而在本实施例中，电机端盖122和电机壳123分体设置，电机壳123为沿轴线方向两头贯通的壳体，电机壳123的一端与电机端盖122通过螺栓紧固，电机壳123的另一端与电机尾盖121通过螺栓紧固，利用电机端盖122和电机尾盖121将电机壳123两端封闭。
59.本实施例未描述的其他内容可以参考实施例一。
60.实施例四：
61.如图7所示，与实施例一的区别在于：放置腔221的横截面为正方形，也就是控制器端盖220沿轴线旋转90度、180度或者270度后，都能与电机尾盖121通过螺栓紧固，从而可以让用户根据绞盘安装的位置旋转合适的开孔222方向，方便导线230的布置。当然，放置腔221的横截面也可以为其他正多边形或者圆形，以便调整导线230从合适的位置安装。
62.本实施例未描述的其他内容可以参考实施例一。
63.实施例五：
64.如图8、图9所示，与实施例二区别在于：电机支架120包括电机端盖122和电机壳123，电机壳123的外轮廓尺寸要小于电机端盖122和电机尾盖121的外轮廓尺寸，电机壳123与电机端盖122可以为一体结构也可以为分体结构；电机尾盖121及控制器200内部的电路板可为对称或不对称形状；向外延伸的接线柱240与电源导线相连可以设置在电机尾盖121的不同侧面上，而与控制器200相连的控制导线则设置在与接线柱240相同或者不同的电机尾盖121的侧面上；电机支架120、电机尾盖121、控制器端盖220通过中间介质如紧定螺钉等连接，螺钉未显示示意图中。
65.本实施例未描述的其他内容可以参考实施例二。
66.实施例六：
67.如图10、图11所示，与实施例二区别在于：控制器200可位于与电机壳123平行的位置，且控制器200包括功率板260与控制电路板210，控制电路板210包括控制主板211和编码器板212，编码器板212与功率板260、控制主板211通过中间介质(如导线)进行连接，控制器200除了包括控制器端盖220外，还包括外壳270，编码器板212固定在控制器端盖220和电机尾盖121形成的放置腔211内，外壳270固定在电机壳123上，外壳270可以直接与电机壳体123形成封闭的腔室；也可以，外壳270的两端可以与电机尾盖121、电机端盖122共用，由外壳270、电机尾盖121、电机端盖122和电机壳体123共同形成封闭的腔室。
68.功率板260设置在外壳270内，控制主板211也可以设置在外壳270内，控制主板211也可以设置在放置腔211内。接线柱240可以布置在电机壳123或者外壳270上。
69.本实施例未描述的其他内容可以参考实施例二。
70.以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。