激光雷达电机、激光雷达及工艺的制作方法

激光雷达电机、激光雷达及工艺
1.本技术是基于申请日为2021年11月24日、申请号为2021114004648、发明名称为“一种用于激光雷达棱镜电机的动平衡去重工艺及结构”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及激光雷达技术领域，具体地涉及一种激光雷达电机、激光雷达及用于激光雷达电机的工艺。


背景技术：

3.随着无人驾驶技术的快速发展，车载激光雷达正在受到越来越多的关注，其应用有呈现爆发式增长的趋势。在车载激光雷达当中，其中的旋转式光学反射镜的稳定性非常重要，这直接关系到激光成像效果，从而影响到无人驾驶的可靠性。
4.目前，车载激光雷达的光学反射镜的旋转通常由电机带动，即光学反射镜为电机外转子的一部分。众所周知，为了降低电机振动噪声，保证电机产品可靠性，需要对电机转子进行动平衡处理。
5.目前常规的动平衡有增重和去重两种方式，增重受限于增重材料和增重工艺，产品可靠性无法满足激光雷达电机需求。而常规的激光雷达电机采用机械去重方式，由于去重时需要钻孔/铣削，会造成以下三个问题：
6.1)产品受力很大，容易变形或损伤产品；2)去重过程中会产生铁屑飞溅，损伤或污染产品；3)精度较低，无法满足此产品低噪声要求。
7.由于车载激光雷达结构紧凑，且光学反射镜两端去重重量限制，成品激光雷达电机一次去重难以满足产品需求。此外，电机壳体与紧定环的现有螺栓拧紧的固定方式使固定位置不能作为去重的有效位置，导致去重量不足，难以满足不平衡量足够低的要求。


技术实现要素：

8.针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供一种激光雷达电机以及用于激光雷达棱镜电机的动平衡去重工艺及结构，解决了常规的激光雷达扫描棱镜电机采用机械去重方式所造成的问题。
9.本发明的一个目的在于提供一种激光雷达电机，包括转子组件、定子组件和光学反射镜，所述转子组件包括固定在一起的电机壳体和紧定环，所述光学反射镜固定在所述电机壳体和紧定环的外周，其中，所述电机壳体与所述紧定环之间通过激光焊接固定，所述电机壳体的内圆柱体的外周设有第一焊接部，所述第一焊接部与所述电机壳体的内圆柱体之间形成有沿电机壳体的轴线方向延伸的第一空气槽。空气槽的设置，可以使用空气进行隔热，防止激光焊接造成电机壳体的内圆柱体变形，同时还可以适当减重。本发明的又一个目的在于提供一种用于激光雷达棱镜电机的动平衡去重结构，所述电机包括转子组件和光学反射镜，所述转子组件包括固定在一起的电机壳体和紧定环，所述光学反射镜固定在所述电机壳体和紧定环的外周；
10.所述动平衡去重结构包括电机壳体去重结构、紧定环去重结构及光学反射镜去重结构，其中，所述电机壳体去重结构由电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重后所形成，所述紧定环去重结构由其外端面进行激光去材去重后所形成，所述光学反射镜去重结构由其两端面的非光学镜进行激光去材去重后所形成。
11.可选的，所述电机壳体与所述紧定环之间通过激光焊接固定。
12.可选的，所述电机壳体的内圆柱体的外周设有第一焊接部，所述紧定环的内周设有第二焊接部，所述电机壳体和所述紧定环通过所述第一焊接部和所述第二焊接部焊接固定。
13.可选的，所述第一焊接部和第二焊接部的焊接位置处分别形成有倒角。
14.可选的，所述第一焊接部与所述电机壳体的内圆柱体之间形成有沿电机壳体的轴线方向延伸的冷却空气槽。
15.可选的，所述第一焊接部的轴向长度要小于所述电机壳体的内圆柱体；
16.所述电机壳体去重结构由所述第一焊接部的轴向外端面和电机壳体的另一端的轴向外端面进行激光去材去重后所得。
17.可选的，所述紧定环包括所述第二焊接部和设于所述第二焊接部外侧的本体部，所述本体部由轴向外端面低于所述电机壳体的内圆柱体的轴向外端面的本体和由所述本体的外端向外延伸而成的延伸部构成，所述延伸部的轴向外端面与所述电机壳体的内圆柱体的轴向外端面处于同一平面；
18.所述紧定环去重结构由所述第二焊接部的轴向外端面及所述本体的轴向外端面进行激光去材去重后所得。
19.本发明的另一个目的在于提供一种用于激光雷达棱镜电机的动平衡去重工艺，包括以下步骤：
20.一次去重：完成转子组件的组装，使用激光器对所述紧定环的轴向外端面及所述电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重；
21.二次去重：完成一次去重的转子组件与定子组件的合装，使用激光器对光学反射镜的轴向两端面进行激光去材去重，使得整个电机达到平衡；
22.其中一次去重的重量大于二次去重的重量。
23.可选的，所述一次去重的激光强度要大于所述二次去重的激光强度，二次去重的精度高于所述一次去重的精度。
24.可选的，所述二次去重步骤中，所述一次去重步骤中，完成转子组件的组装步骤后，使用激光器对紧定环的轴向外端面及电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重之前，还包括将转子组件安装在动平衡机上测量其不平衡量的步骤，及
25.在二次去重步骤中，使用激光器对光学反射镜的轴向两端面进行激光去材去重后，将整个电机安装在动平衡机上测量其不平衡量的步骤。
26.与现有技术相比，本发明的优点是：
27.本发明的用于车载激光雷达电机的动平衡去重结构的去重工艺，采用二次去重工艺分别对电机壳体、紧定环和光学反射镜进行激光去材去重，提高了生产可行性，使得电机转子组件整体达到动平衡。采用激光去材去重对产品无机械作用力，金属和光学镜面不会变形和损坏，去重直接作用金属和非光学镜面，不会对光学镜面产生污染。
附图说明
28.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
29.图1为本发明实施例的用于车载激光雷达电机的动平衡去重结构的结构示意图；
30.图2为去重后达到动平衡的电机总成的结构示意图。
31.其中：1、电机壳体；10、电机壳体去重结构；11、第一焊接部；2、紧定环；20、紧定环去重结构；21、本体部；211、本体；212、延伸部；22、第二焊接部；3、光学反射镜；30、光学反射镜去重结构；4、橡胶平垫圈；5、空气槽；6、磁环；7、轴；8、底板；9、绕线定子；12、轴承；13、轴承挡圈；14、保护圈；15、波形垫圈；16、波垫压紧环；17、螺栓。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
33.实施例：
34.参见图1至图2，本发明实施例的用于车载激光雷达电机的动平衡去重结构，其中电机包括转子组件、定子组件和光学反射镜3。转子组件包括固定在一起的电机壳体1及紧定环2。光学反射镜3固定在电机壳体1和紧定环2的外周。动平衡去重结构包括电机壳体去重结构10、紧定环去重结构20及光学反射镜去重结构30，其中，电机壳体去重结构10由电机壳体1的轴向两端面进行激光去材去重后所形成，紧定环去重结构20由其外端面进行激光去材去重后所形成，光学反射镜去重结构30由其两端面也即非光学镜面进行激光去材去重后所形成。
35.采用激光去材去重方式对加工车载激光雷达电机，顾名思义就是利用激光烧蚀紧定环、电机壳体及光学反射镜的轴向端面上的材料也即去材从而达到去重的目的。激光去材去重对产品无机械作用力，金属结构和光学反射镜3面不会发生变形和损伤。而且激光去材去重时直接烧蚀金属结构和光学反射镜3的非光学镜面，不会对对清洁度要求高的镜面产生污染。产生可靠性高。
36.为了便于描述，将如图1和图2所示的电机壳体1的内圆柱体的上端面、第一焊接部11的上端面、第二焊接部22的上端面、本体211的上端面，延伸部212的上端面及光学反射镜3的上端面均用a面来描述，对应地，电机壳体1的下端面及光学反射镜3的下端面均用b面来描述。
37.根据本发明的一些实施例，电机壳体1与紧定环2之间通过激光焊接固定。采用激光焊接固定，解决了现有螺栓拧紧的固定方式时固定位置不能作为去重的有效位置，导致去重量不足，难以满足不平衡量足够低的要求的问题及采用过盈压入的固定方式无法检测到橡胶平垫圈4的预紧力的问题。
38.根据本发明的一些实施例，电机壳体1的内圆柱体的外周设有第一焊接部11，紧定环2的内周设有第二焊接部22，电机壳体1和紧定环2通过第一焊接部11和第二焊接部22焊接固定。本实施例中，第一焊接部11和第二焊接部22均为圆柱体，相互套接设置，第一焊接部11的外周壁与第二焊接部22的内周壁贴靠，并且为了便于焊接固定，在第一焊接部11的
焊接位置和第二焊接部22的焊接位置均设有倒角。具体为第一焊接部11的上端外周开有倒角，第二焊接部22的上端内周开有相匹配的倒角，两个倒角形成v字型的焊接部位。
39.为了防止激光焊接时造成电机壳体1的内圆柱体发生变形导致产品失效，根据本发明的一个优选实施例，在电机壳体1的内圆柱体与第一焊接部11之间开有沿电机壳体1的轴向方向延伸的空气槽5，空气槽5的一端贯穿第一焊接部11的外端面，但是空气槽5的另一端并没有贯穿第一焊接部11的内端面。空气槽5的设置，可以使用空气进行隔热，防止激光焊接造成电机壳体1的内圆柱体变形，同时还可以适当减重。根据本发明的一些可选实施例，第一焊接部11的轴向长度要小于电机壳体1的内圆柱体的轴向长度。具体为第一焊接部11的轴向外端面也即第一焊接部11的a面要低于电机壳体1的内圆柱体的轴向外端面也即电机壳体1的内圆柱体的a面。需要说明的是，紧定环2的整体外形呈伞状。具体的，紧定环2包括第二焊接部22和设于第二焊接部22外侧的本体部21，本体部21包括与第二焊接部22相接的底端面为弧形的本体211和由本体211的外端向外延伸的延伸部212，延伸部212的外侧面也为弧形。本体211的轴向外端面也即本体211的a面也要低于电机壳体1的内圆柱体的轴向外端面也即电机壳体1的内圆柱体的面，本实施例中本体211的轴向外端面也即本体211的a面略微高于第二焊接部22的轴向外端面也即第二焊接部22的a面，延伸部212的轴向外端面也即延伸部212的a面与电机壳体1的内圆柱体的上端面也即电机壳体1的内圆柱体的a面处于同一平面。为了防止焊接时导致紧定环2的本体211发生变形导致产品实现，在第二焊接部22和本体211之间也同样开设有沿轴向延伸的空气槽5，为了便于区分描述，将此处的空气槽5描述为第二空气槽5，电机壳体1上的空气槽5描述为第一空气槽5，第二空气槽5的宽度也即如图所示径向尺寸要大于第一空气槽5，第二空气槽5的数量可以为多个，沿径向间隔设置，同样也还可以起到减重的作用。
40.具体的，如图2所示，电机壳体去重结构10由第一焊接部11的轴向外端面也即如图2所示的第一焊接部11a面和电机壳体1的另一端的轴向外端面也即如图2所示的电机壳体1的b面进行激光去材去重后所得。紧定环去重结构20由第二焊接部22的轴向外端面也即如图2所示的第二焊接部22的a面和本体211的轴向外端面也即如图2所示的本体211的a面进行激光去材去重后所得。
41.本发明实施例还提供了一种去重工艺，用于加工上述实施例的用于车载激光雷达电机的动平衡去重结构，包括以下步骤：
42.一次去重：完成转子组件的组装，使用激光器对紧定环2的轴向外端面及电机壳体1的轴向两端面进行激光去材去重；
43.二次去重：完成一次去重的转子组件与定子组件的合装，使用激光器对光学反射镜3的轴向两端面进行激光去材去重，使得整个电机达到平衡；
44.其中一次去重的重量大于二次去重的重量。需要说明的是本实施中激光采用紫外激光，激光功率为15瓦，为超快脉冲激光器。一次去重使用纳秒级脉冲激光器，脉宽《50ns。二次去重使用皮秒脉冲激光器，脉宽《50ps。1ns＝1000ps。脉宽越小，激光热影响越小，相应的在材料表面产生的温度也越小，对玻璃等材料产生的损伤就越小。本实施例的一次去重针对的材质为不锈钢，二次去重针对的材质是玻璃。切割不锈钢，紫外皮秒以及紫外纳秒都可以切割，但纳秒脉宽大，单脉冲能量大，同等条件下单次蚀刻金属的厚度更多，且没有其他影响，效率更高。蚀刻玻璃，因为材质的关系，若热量大会导致玻璃崩坏，皮秒设备有着更
低的单脉冲能量，因此玻璃更适合用皮秒加工。一次去重速度快但精度低，可以是二次去重的重量的100倍。
45.具体的，一次去重步骤中，转子组件的组装包括将磁环6、橡胶平垫圈4、紧定环2和电机壳体1组装后采用激光焊接固定紧定环2与电机壳体1。
46.二次去重步骤中，合装步骤中，定子组件由底板8、轴7和定子绕组组装而成。
47.优选地，本技术中将电机壳体和紧定环及光学反射镜的激光去材去重分成两步进行是为了提高生产可行性。也便于缩短去重时间，本实施例中优选地，一次去重的激光强度也即激光功率比二次去重的激光功率要大，具体不做详细限定，比如一次去重的激光强度为二次去重的激光强度的一点五倍、两倍等等，一次去重采用更大激光强度可以有效缩短去重时间，从而提高加工效率。而二次去重采用低强度的激光是为了保护光学反射镜的同时降低加工成本，因为更高强度的激光电耗肯定更高。本实施例中二次去重的精度要高于一次去重的精度。
48.根据本发明的一些实施例，一次去重步骤中，完成转子组件的组装步骤后，使用激光器对紧定环2的轴向外端面及电机壳体1的轴向两端面进行激光烧蚀去材去重之前，还包括将转子组件安装在动平衡机(未示出，为现有常规的动平衡机)上测量其不平衡量的步骤，及在二次去重步骤中，使用激光器对光学反射镜3的轴向两端面进行激光去材去重后，将整个电机安装在动平衡机上测量其不平衡量的步骤。该步骤中若不平衡量为零，则表明整个电机达到平衡。
49.根据本发明的一些实施例，二次去重步骤中，在一次去重的转子组件具体为如图2所示的转子组件的b面与底板8、轴7、绕线定子9组装成的定子组件合装后，使用激光器对光学反射镜3的轴向两端面也即如图2所示的a面和b面进行激光烧蚀去材去重之前，还包括将整机具体为如图2所示的a面上装配上保护圈14、波形垫圈15、波垫压紧环16和螺栓17的步骤。
50.本发明实施例的去重工艺，通过二次激光去材去重，提高了生产可行性，将大部分的不平衡量在金属结构也即电机壳体1和紧定环2上进行去重，光学反射镜3上只需去重很少的重量即可满足产品的需求，保证光学反射镜3的产品可靠性。利用激光烧蚀电机壳体1的轴向两端面和紧定环2的轴向外端面以及激光烧蚀光学反射镜3的轴向两端面也即非光学镜面，快激光脉冲去重对产品无机械作用力，金属和光学镜面不会变形和损坏，去重直接作用金属和非光学镜面，不会对镜面产生污染。
51.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：
1.一种激光雷达电机，包括转子组件、定子组件和光学反射镜，所述转子组件包括固定在一起的电机壳体和紧定环，所述光学反射镜固定在所述电机壳体和紧定环的外周；其中，所述电机壳体与所述紧定环之间通过激光焊接固定，所述电机壳体的内圆柱体的外周设有第一焊接部，所述第一焊接部与所述电机壳体的内圆柱体之间形成有沿电机壳体的轴线方向延伸的第一空气槽。2.根据权利要求1所述的激光雷达电机，其中，所述第一空气槽的一端贯穿所述第一焊接部的外端面，另一端没有贯穿所述第一焊接部的内端面。3.根据权利要求1所述的激光雷达电机，其中，所述第一焊接部的轴向长度小于所述电机壳体的内圆柱体的轴向长度。4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达电机，其中，所述紧定环的内周设有第二焊接部，所述电机壳体和所述紧定环通过所述第一焊接部和所述第二焊接部焊接固定。5.根据权利要求4所述的激光雷达电机，其中，所述第一焊接部和第二焊接部的焊接位置处分别形成有倒角。6.根据权利要求4所述的激光雷达电机，其中，所述第二焊接部和所述紧定环的本体之间设置有沿轴线方向延伸的第二空气槽。7.根据权利要求6所述的激光雷达电机，其中，所述第二空气槽的径向尺寸大于所述第一空气槽。8.根据权利要求6所述的激光雷达电机，其中，所述第二空气槽为多个，彼此沿径向间隔设置。9.根据权利要求6所述的激光雷达电机，其中，所述本体的轴向外端面高于所述第二焊接部的轴向外端面。10.根据权利要求4所述的激光雷达电机，其中，所述激光雷达电机还包括动平衡去重结构，所述动平衡去重结构包括电机壳体去重结构，所述电机壳体去重结构由电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重后所形成。11.根据权利要求10所述的激光雷达电机，其中，所述电机壳体去重结构由所述第一焊接部的轴向外端面和电机壳体的另一端的轴向外端面进行激光去材去重后所得。12.根据权利要求10所述的激光雷达电机，其中，所述动平衡去重结构还包括紧定环去重结构，所述紧定环去重结构由其外端面进行激光去材去重后所形成。13.根据权利要求12所述的激光雷达电机，其中，所述紧定环包括所述第二焊接部和设于所述第二焊接部外侧的本体部，所述本体部由轴向外端面低于所述电机壳体的内圆柱体的轴向外端面的本体和由所述本体的外端向外延伸而成的延伸部构成，所述延伸部的轴向外端面与所述电机壳体的内圆柱体的轴向外端面处于同一平面；所述紧定环去重结构由所述第二焊接部的轴向外端面及所述本体的轴向外端面进行激光去材去重后所得。14.根据权利要求10-13中任一项所述的激光雷达电机，其中，所述动平衡去重结构还包括光学反射镜去重结构，所述光学反射镜去重结构由光学反射镜两端的非光学镜面进行激光去材去重后所形成。15.一种激光雷达，包括根据权利要求1-14中任一项所述的激光雷达电机。16.一种用于激光雷达电机的工艺，所述激光雷达电机包括转子组件、定子组件和光学
反射镜，所述转子组件包括电机壳体和紧定环，所述光学反射镜用于固定在所述电机壳体和紧定环的外周，其中，所述工艺包括：采用激光焊接固定电机壳体与紧定环，以完成转子组件的组装，其中，所述电机壳体的内圆柱体的外周设有第一焊接部，所述第一焊接部与所述电机壳体的内圆柱体之间形成有沿电机壳体的轴线方向延伸的第一空气槽。17.根据权利要求16所述的工艺，其中，所述紧定环的内周设有第二焊接部，用于与所述第一焊接部焊接固定，其中，所述第二焊接部和所述紧定环的本体之间设置有沿轴线方向延伸的第二空气槽。18.根据权利要求16或17所述的工艺，还包括以下步骤：一次去重：完成转子组件的组装，使用激光器对紧定环的轴向外端面及电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重。19.根据权利要求18所述的工艺，还包括以下步骤：二次去重：完成一次去重的转子组件与定子组件的合装，使用激光器对光学反射镜的轴向两端面进行激光去材去重，使得整个电机达到平衡；其中一次去重的重量大于二次去重的重量。20.根据权利要求19所述的工艺，其中，所述一次去重的激光强度要大于所述二次去重的激光强度，二次去重的精度高于所述一次去重的精度。21.根据权利要求19所述的工艺，其中，所述一次去重步骤中，完成转子组件的组装步骤后，使用激光器对紧定环的轴向外端面及电机壳体的轴向两端面进行激光去材去重之前，还包括将转子组件安装在动平衡机上测量其不平衡量的步骤，及在二次去重步骤中，使用激光器对光学反射镜的轴向两端面进行激光去材去重后，将整个电机安装在动平衡机上测量其不平衡量的步骤。

技术总结
本发明公开了一种激光雷达电机，包括转子组件、定子组件和光学反射镜，所述转子组件包括固定在一起的电机壳体和紧定环，所述光学反射镜固定在所述电机壳体和紧定环的外周，其中，所述电机壳体与所述紧定环之间通过激光焊接固定，所述电机壳体的内圆柱体的外周设有第一焊接部，所述第一焊接部与所述电机壳体的内圆柱体之间形成有沿电机壳体的轴线方向延伸的第一空气槽。空气槽的设置，可以使用空气进行隔热，防止激光焊接造成电机壳体的内圆柱体变形，同时还可以适当减重。同时还可以适当减重。同时还可以适当减重。


技术研发人员：罗思维 韩杰
受保护的技术使用者：图达通智能科技（苏州）有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2023/7/20