CN101707429A - 一种两相混合式直线步进电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两相混合式直线步进电机，包括动子和导轨，所述的动子由封装在壳体内的动子主件和位于壳体外部的与导轨配合的支撑引导部件构成，所述的动子主件由两个动子单元构成，每个动子单元为一相，每个动子单元包括两个带线槽的铁心，线槽开口朝向导轨，线槽内置有线圈，且每相绕组为一个线圈；所述的铁心和导轨在相互邻近的端面上沿导轨长度方向均匀分布若干齿槽，每个铁心上的的齿距和导轨的齿距相同，不同铁心的齿槽相对导轨的齿槽错位分布。本发明两相混合式直线步进电机减少了电机线圈数量，更便于加工生产，提高了槽满率、推力体积比和效率。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种直驱式两相混合式直线步进电机。
背景技术
目前，在很多负载做直线运动的运动场合，其驱动模式仍采用“旋转步进电机+传动机构”的形式，这种间接的驱动模式将使系统效率降低，动态响应变慢，定位精度下降，难以满足现代高精度机床和自动化设备的需要。直线步进电机可以直接把电脉冲信号转换为微步直线运动，克服了间接驱动模式的缺点。这种直驱式直线步进电机具有结构简单、动子惯量小、无累积误差、可控性好、具有自锁能力等优点，而且直线步进电机在开环控制下，就能够达到很高的定位精度。混合式步进电机同时具有反应式和永磁式步进电机的优点，步距小，效率高，绕组电感小，响应快，是一种理想的伺服电机。
但现有技术中小型和微型混合式直线步进电机受结构限制，线圈尺寸小，槽满率低，加工困难，电机的推力体积比和效率也受限制。
发明内容
本发明的目的是要提供一种控制精度高、结构合理的直驱式两相混合式直线步进电机。
一种两相混合式直线步进电机，包括动子和导轨，所述的动子由封装在壳体内的动子主件和位于壳体外部的与导轨配合的支撑引导部件构成，所述的动子主件由两个动子单元构成，每个动子单元为一相，每个动子单元包括两个带线槽的铁心，每个铁心具有两个磁极，分别位于线槽的两侧，线槽开口朝向导轨，线槽内置有线圈，且每相绕组为一个线圈；
所述的铁心和导轨在相互邻近的端面上沿导轨长度方向均匀分布若干齿槽，每个铁心上的的齿距和导轨的齿距相同；
同一动子单元内的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽位置相同；
同一铁心内的两个磁极的齿槽相对导轨的齿槽错开1/2齿距；
不同动子单元内的相对位置相同的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽错开1/4齿距。
当两相绕组中通入周期性脉冲电流或正弦细分电流时，动子每个周期沿水平方向移动一个齿距。
本发明两相混合式直线步进电机中每相绕组仅为一个线圈，绕置在同一动子单元内的两个铁心的线槽中，整个电机中总计两个线圈。而现有技术中的两相混合式直线步进电机至少有四个线圈，分别绕置在所在磁极的两个侧壁上。
所述的不同动子单元内的相对位置相同的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽错开1/4齿距。相对位置指相对各自动子单元内永磁体的位置。
所述的两个动子单元之间设有第一垫片，第一垫片可采用通用的绝缘材料.同一动子单元内的两个铁心之间设有永磁体，该永磁体并非充满两个铁心之间所有间隙，而是位于两个铁心之间远离导轨的部位，在两个铁心之间靠近导轨的部位则设有第二垫片，第二垫片可采用通用的绝缘材料.所述的铁心由冲片叠制而成，在所述的冲片以及永磁体的材料均可采用现有技术.
作为优选，动子齿宽与动子齿高之比为5∶8，可以更有效提高电机推力。
作为优选，动子铁心磁极极宽等于四个动子齿宽之和，避免铁心磁极中磁场过度饱和，增大线槽截面积。
作为优选，所述的永磁体高度(以垂直于导轨上表面的方向视为高度方向)与铁心高度之比在6∶11至8∶11之间，可根据需要调整电机推力，同时避免在动子与导轨间产生过大的法向力。
本发明两相混合式直线步进电机减少了电机线圈数量，更便于加工生产，提高了槽满率、推力体积比和效率。直驱式两相混合式直线步进电机可以应用于办公自动化设备、医疗设备、光学仪器、检测设备和机床设备等场合。
附图说明
图1是本发明两相混合式直线步进电机的立体结构示意图。
图2是本发明两相混合式直线步进电机中动子的立体结构示意图。
图3是本发明两相混合式直线步进电机中导轨的立体结构示意图。
图4是本发明两相混合式直线步进电机中动子主件的剖面示意图。
图5是本发明两相混合式直线步进电机中铁心的齿槽和导轨的齿槽相对位置的示意图。
各附图中
1.动子 2.导轨 3.壳体 4.支架
5.引出线 6.支撑轮 7.导向轮 8.导轨齿
9.导轨槽 10.铁心 11.永磁体 12.线圈
13.第二垫片 14第一垫片 15.动子齿 16.动子槽
具体实施方式
参见附图，本发明两相混合式直线步进电机，包括动子1和导轨2。
动子1由封装在壳体3内的动子主件和位于壳体3外部的与导轨2配合的支撑引导部件构成。动子主件内的线圈通过引出线5接出壳体3。
支撑引导部件由分别位于壳体3侧面的两个支架4以及设置在支架4上的支撑轮6、导向轮7构成，支撑轮6和导向轮7的转轴均固定在支架4上。
支撑轮6与导轨2顶面接触，用于支撑动子1并保证了动子1与导轨2之间保持均匀的气隙。
导向轮7接触导轨2两侧面，起到了定位和引导作用。可以根据动子1的尺寸确定支撑轮6和导向轮7的数量
动子主件位于壳体3内，壳体3可采用铝或铝合金等通用材料，用环氧树脂将动子主件封装于其内。
动子主件由两个动子单元构成，每个动子单元为一相，每个动子单元包括两个带线槽的铁心，例如铁心10，铁心具有两个磁极，分别位于线槽的两侧，所有铁心由冲片叠制而成。
参见图4，两个动子单元之间设有绝缘材料制成的第一垫片14，以图中左侧动子单元为例，同一动子单元内的两个铁心之间远离导轨的部位设有永磁体11，靠近导轨的部位设有第二垫片13，永磁体11与第二垫片13的大小比例(即永磁体高度与铁心高度之比)会影响电机的推力，因此可以根据具体设计要求调整两者的比例。本发明永磁体高度与铁心高度之比在6∶11。
铁心10的线槽开口朝向导轨2，线槽内置有线圈12，且每相绕组(即每个动子单元内)为一个线圈，即线圈12一部分绕置在铁心10的线槽中，另一部分绕置在铁心10右侧的铁心的线槽中。
铁心邻近导轨的端面上沿导轨长度方向均匀分布若干齿槽，由动子齿15和动子槽16间隔构成，导轨邻近铁心的端面上沿导轨长度方向均匀分布若干齿槽，由导轨齿8和导轨槽9间隔构成。其中动子齿宽与动子齿高之比为5∶8。
其中铁心10磁极的极宽D(参见图4中极宽D指铁心的线槽两侧磁极极身部位的宽度)等于四个动子齿宽之和，可避免铁心磁极中磁场过度饱和，增大线槽截面积。
铁心上的齿距和导轨的齿距相同，同一动子单元内的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽位置相同；同一铁心内的两个磁极的齿槽相对导轨的齿槽错开1/2齿距；不同动子单元内的相对位置相同的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽错开1/4齿距。
如图5所示，动子可分为左侧的A相单元和右侧的B相单元，A相单元中的两个铁心共四个磁极，其中磁极A1和磁极A3上动子齿的中心线分别与导轨齿的中心线重合，磁极A2和磁极A4上动子齿的中心线分别与导轨齿的中心线错开1/2齿距。
B相单元中的两个铁心共四个磁极，磁极B1和磁极B3上动子齿的中心线分别与导轨齿的中心线错开1/4齿距，磁极B2和磁极B4上动子齿的中心线分别与导轨齿的中心线错开3/4齿距。
当两相绕组中通入周期性脉冲电流或正弦细分电流时，动子每个周期移动一个齿距。
本发明减少了绕组线圈数量，更便于生产加工，提高了槽满率，同时也提高了线圈的利用率，从而提高了电机的推力体积比和效率。由于电机齿距很小，可做到1mm以下，当绕组采用正弦细分电路供电时，电机的步距可达到1μm。
Claims (4)
1.一种两相混合式直线步进电机，包括动子和导轨，所述的动子由封装在壳体内的动子主件和位于壳体外部的与导轨配合的支撑引导部件构成，其特征在于：
所述的动子主件由两个动子单元构成，每个动子单元为一相，每个动子单元包括两个带线槽的铁心，每个铁心具有两个磁极，分别位于线槽的两侧，线槽开口朝向导轨，线槽内置有线圈，且每相绕组为一个线圈；
所述的铁心和导轨在相互邻近的端面上沿导轨长度方向均匀分布若干齿槽，每个铁心上的的齿距和导轨的齿距相同；
同一动子单元内的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽位置相同；
同一铁心内的两个磁极的齿槽相对导轨的齿槽错开1/2齿距；
不同动子单元内的相对位置相同的两个铁心的齿槽相对导轨的齿槽错开1/4齿距。
2.如权利要求1所述的两相混合式直线步进电机，其特征在于：每相绕组内的线圈绕置在同一动子单元内的两个铁心的线槽中。
3.如权利要求1或2所述的两相混合式直线步进电机，其特征在于：所述的两个动子单元之间设有第一垫片。
4.如权利要求3所述的两相混合式直线步进电机，其特征在于：同一动子单元内的两个铁心之间远离导轨的部位设有永磁体，靠近导轨的部位设有第二垫片。
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