CN105634237A - 一种二相步进马达结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二相步进马达结构，包括转子、定子、线圈、马达轴、磁极、铁芯、主磁轭、副磁轭、中性区、磁场区；所述转子为中心设置马达轴，其径向环列有偶数个磁极，每个磁极N均与其异性的磁级S相邻；相邻磁极之间设有中性区；所述定子由铁芯及两组线圈所组成，所述铁芯内侧设置磁轭，所述磁轭包括主磁轭和副磁轭，所述铁芯内侧一体式设置有六个凸起端、且中心径向相隔有60度角的磁轭；所述主磁轭上缠绕有二组线圈，所述线圈之间相隔120度夹角；本发明优化结构，采用环形多组等角度分布铁芯磁轭，使转子磁极所产生的磁场能有效地流经定子发挥转矩起作用，有效降低在运转过程中漏磁现象，从而提升了步进马达运转的效率。

Description

一种二相步进马达结构

技术领域

本发明涉及一种步进电机技术设备领域，特别涉及一种二相步进马达结构。

背景技术

步进马达或步进电机在当今社会中所扮演的角色日趋重要，特别是在计算机相关的装置和汽车工业领域，其贡献更是不可或缺，如磁盘驱动器、列表机、绘图机、或汽车仪表等；又如CNC工具机，机械人，顺序控制系统等各种信息工业产品中，无不以步进马达作为其传动的重心。步进马达必须加驱动电路才能转动，驱动电路的信号输出端，必须输入脉波信号，若无脉波输入时，则转子保持一定的位置，维持静止状态；反之，若加入适当的脉波信号时，则转子是以一定的角度(称为步进角)转动，故加入连续脉波时，则转子旋转的角度与脉波频率成正比。

由于被广泛又大量的使用，所以业内技术人员无不绞尽脑汁研发运转效率高、又能控制在预定生产成本的步进马达，以满足市场的需求而又具有竞争力。例如中国专利200620130640，提供了一种期待能够降低生产成本，易于组装的步进马达产品；该项先前技术为一种二相步进电机(马达)结构，是由一具有三个相隔120度角磁轭的定子对应一永磁式转子，且定义该转子的磁极数为大于2且不被3整除的偶数；虽然其所揭露的实施例确实利于组装，如附图6所示，该马达的设计仍存在有相当的缺陷；1、所述步进马达其整步进角度的调整与转子的磁极数量相关联；2、在所述步进马达的运行过程中，即线圈被激磁后，磁轭间局部无铁芯，存在不完整的磁回路，造成磁场产生漏磁现象，如漏磁区17所示，并直接影响步进马达的运转效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二相步进马达结构，针对现有技术中的不足，优化步进马达结构，采用环形多组等角度分布铁芯磁轭，使转子磁极所产生的磁场，都能有效地流经定子，并对转矩起作用，有效降低在运转过程当中漏磁的产生，从而提升了步进马达运转的效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种二相步进马达结构，包括转子、定子、线圈A、线圈B、马达轴、磁极S、磁极N、铁芯、主磁轭A、主磁轭B、副磁轭C、副磁轭D、副磁轭E、副磁轭F、中性区、磁场区，其特征在于：

所述转子为中心设置马达轴的永久磁铁圆柱体，其径向圆环阵列有偶数个磁极，所述磁极包括磁极S和磁极N，每个磁极N均与其异性的磁级S相邻；所述相邻磁极的相异两极之间设置有中性区；所述定子由铁芯及两组线圈所组成，所述铁芯环绕于所述转子外周，所述铁芯外形为中心左右对称式六边形结构，所述铁芯内侧一体式设置有六个凸起端、且中心径向相隔有60度角的磁轭，所述磁轭前端环状配置，并分别与所述转子外周等距对应，所述磁轭包括主磁轭A、主磁轭B、副磁轭C、副磁轭D、副磁轭E和副磁轭F，所述主磁轭为长凸起端，所述副磁轭为短凸起端；所述线圈包括线圈A和线圈B；所述主磁轭A和主磁轭B上分别缠绕有所述线圈A和线圈B；所述线圈A与线圈B之间相隔120度夹角，并分别与主磁轭A和主磁轭B套接固定；所述定子外侧设置有步进马达壳体，所述线圈A和线圈B与驱动电路电气连接，通过驱动电路分别对线圈A或/和线圈B进行激磁，依序形成四个步序，所述四个步序对应于四种磁路分布，形成不同的磁场区，所述磁场区作用于转子磁极，并驱动所述转子旋转。

所述转子的磁极S与磁极N数量相同，所述磁极S和N数目合计为8个或10个。

所述定子内侧的六个凸出的磁轭，其依顺时针方向排列的顺序为主磁轭A、副磁轭C、主磁轭B、副磁轭D、副磁轭E、副磁轭F；所述主磁轭A与所述主磁轭B对称设置，所述副磁轭C和副磁轭E位于中间位置，所述副磁轭D与副磁轭F对称设置；所述马达轴为驱动轴，带动连接对象旋转。

所述铁芯由铁磁性材料一体或堆栈方式构成。

本发明的工作原理，通过驱动电路对所述线圈A或/和线圈B的激磁方式设置有四个步序：

所述步序一，分别套接有线圈A、线圈B上的主磁轭A与主磁轭B分别对应于所述转子磁极的中性区偏向S极一侧位置，当两组线圈A、线圈B经驱动电路通电被激磁后，所述主磁轭A和主磁轭B被磁化为N极，此时异极相吸使得所述转子维持不动。

所述步序二，所述驱动电路停止对主磁轭A上的线圈A激磁，使得主磁轭A的极性消失，所述转子磁极受到主磁轭B的N极吸引，朝逆时针方向产生转矩，并作用于所述转子逆时针旋转。

所述步序三，通过驱动电路停止对主磁轭B上的线圈B激磁，并同时对主磁轭A上的线圈激磁，使得主磁轭B的极性消失，同时主磁轭A被磁化为S极，并吸引所述转子磁极朝逆时针方向产生转矩。

所述步序四，所述驱动电路同时对主磁轭A和主磁轭B上的线圈A、线圈B进行激磁，使得主磁轭A及主磁轭B同时被磁化为S极，并对应转子1朝逆时针方向产生转矩。

所述转子在完成上述每个步序将使得所述转子旋转一个确定的步进角，通过驱动电路载入连续的脉波，则所述转子旋转的角度将与脉波频率成正比；假设步进角为12度角，所述转子要旋转一周(360度角)则需要30个步进数才可以完成；另外，若要改变马达旋转的方向，则只要改变线圈A、线圈B被激磁的顺序即可。

从以上所述的转子的旋转步序及磁路分布的状况中可以清楚发现：本发明的二相步进马达结构设计，所述转子磁极所产生的磁场均能有效地流经所述定子，并对转子产生转矩作用，而明显改善了先前技术容易发生漏磁的问题，使马达运转的效率得到提升。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：优化步进马达结构，采用环形多组等角度分布铁芯磁轭，使转子磁极所产生的磁场，都能有效地流经定子，并对转矩起作用，有效降低在运转过程当中漏磁的产生，从而提升了步进马达运转的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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获得其它的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种二相步进马达结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种二相步进马达结构步序一磁路分布示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种二相步进马达结构步序二磁路分布示意图；

图4为本发明实施例所公开的一种二相步进马达结构步序三磁路分布示意图；

图5为本发明实施例所公开的一种二相步进马达结构步序四磁路分布示意图；

图6为现有技术二相步进马达结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.转子2.定子3.线圈A4.线圈B

5.马达轴6.磁极S7.磁极N8.铁芯

9.主磁轭A10.主磁轭B11.副磁轭C12.副磁轭D

13.副磁轭E14.副磁轭F15.中性区16.磁场区

17.漏磁区

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1、图2、图3、图4和图5，本发明提供了一种二相步进马达结构，包括转子1、定子2、线圈A3、线圈B4、马达轴5、磁极S6、磁极N7、铁芯8、主磁轭A9、主磁轭B10、副磁轭C11、副磁轭D12、副磁轭E13、副磁轭F14、中性区15、磁场区16。

所述转子1为中心设置马达轴5的永久磁铁圆柱体，其径向圆环阵列有偶数个磁极，所述磁极包括磁极S6和磁极N7，每个磁极N7均与其异性的磁级S6相邻；所述相邻磁极的相异两极之间设置有中性区15；所述定子2由铁芯8及两组线圈所组成，所述铁芯8环绕于所述转子1外周，所述铁芯8外形为中心左右对称式六边形结构，所述铁芯8内侧一体式设置有六个凸起端、且中心径向相隔有60度角的磁轭，所述磁轭前端环状配置，并分别与所述转子1外周等距对应，所述磁轭包括主磁轭A9、主磁轭B10、副磁轭C11、副磁轭D12、副磁轭E13和副磁轭F14，所述主磁轭为长凸起端，所述副磁轭为短凸起端；所述线圈包括线圈A3和线圈B4；所述主磁轭A9和主磁轭B10上分别缠绕有所述线圈A3和线圈B4；所述线圈A3与线圈B4之间相隔120度夹角，并分别与主磁轭A9和主磁轭B10套接固定；所述定子2外侧设置有步进马达壳体，所述线圈A3和线圈B4与驱动电路电气连接，通过驱动电路分别对线圈A3或/和线圈B4进行激磁，依序形成四个步序，所述四个步序对应于四种磁路分布，形成不同的磁场区16，所述磁场区16作用于转子1磁极，并驱动所述转子1旋转。

所述转子1的磁极S6与磁极N7数量相同，所述磁极数目为10个。

所述定子2内侧的六个凸出的磁轭，其依顺时针方向排列的顺序为主磁轭A9、副磁轭C11、主磁轭B10、副磁轭D12、副磁轭E13、副磁轭F14；所述主磁轭A9与所述主磁轭B10对称设置，所述副磁轭C11和副磁轭E13位于中间位置，所述副磁轭D12与副磁轭F14对称设置。

所述铁芯8由铁磁性材料一体方式构成。

本发明具体操作步骤为：

如图1所示，本发明所述二相步进马达结构，主要包括有一转子1及一定子2，所述转子1为一种永久磁铁，其径向环列有偶数个磁极，优选的实施例中，该磁极数目定义为5对，亦即有10个磁极，其中5个磁极N7和5个磁极S6；每个磁极N7均与其异性的磁级S6相邻，且相异的两磁极之间具有一中性区15；所述转子1的中心具有一马达轴5，用以驱动所连接的对象旋转。

所述定子2由一铁芯8及两组线圈A3、线圈B4所组成，所述铁芯8由铁磁性材料，例如硅钢片一体或堆栈所构成，其环绕于转子1外侧，并环形相对；所述铁芯8内侧具有六个凸起端出、且相隔有60度角的磁轭；如图1所示，依顺针方向定义为主磁轭A9、副磁轭C11、主磁轭B10、副磁轭D12、副磁轭E13及副磁轭F14，两组线圈A3、B4则以间隔120度夹角分别套接于主磁轭A9与主磁轭B10上。

以图1所示转子上10个磁极数为例，驱动电路依序对套接在铁芯8上的两组线圈A3、B4激磁，所产生每个步进角的步序则如图2至图5所示。

如图2所示，为马达产生步进旋转的步序一，其中，分别套接有线圈A3、B4的两个主磁轭A9和主磁轭B10，分别对应于该状态的转子1磁极的中性区15偏向S极一侧，当两组线圈A3、B4通电被激磁后，该主磁轭A9及主磁轭B10被磁化为N极，此时转子1维持不动。

如图3所示，为马达产生步进旋转的步序二，驱动电路停止对主磁轭A9上的线圈A3激磁，使主磁轭A9的极性消失，所述转子1磁极受主磁轭B10的N极吸引，朝逆时针方向产生转矩。

如图4所示，为马达产生步进旋转的步序三，驱动电路停止对主磁轭B10上的线圈B4激磁，并同时对主磁轭A9上的线圈A3激磁，使该主磁轭B10的极性消失，且主磁轭A9被磁化为S极，并吸引转子1磁极朝逆时针方向产生转矩。

如图5所示，为马达产生步进旋转的步序四，驱动电路同时对主磁轭A9及主磁轭B10上的线圈A3、B4激磁，使该主磁轭A9及主磁轭B10被磁化为S极，并对应转子1朝逆时针方向产生转矩。

所述转子1在完成上述每个步进角的旋转后，驱动电路加入连续的脉波，则转子1旋转的角度将与脉波频率成正比；本实施例步进角为12度角，所述转子1要旋转一周(360度角)则需要30个步进数才可以完成；另外，若要改变马达旋转的方向，则只要改变线圈A3、B4被激磁的顺序即可。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：优化步进马达结构，采用环形多组等角度分布铁芯磁轭，使转子磁极所产生的磁场，都能有效地流经定子，并对转矩起作用，有效降低在运转过程当中漏磁的产生，从而提升了步进马达运转的效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种二相步进马达结构，其特征在于，包括转子、定子、线圈A、线圈B、马达轴、磁极S、磁极N、铁芯、主磁轭A、主磁轭B、副磁轭C、副磁轭D、副磁轭E、副磁轭F、中性区、磁场区；所述转子为中心设置马达轴的永久磁铁圆柱体，其径向圆环阵列有偶数个磁极，所述磁极包括磁极S和磁极N，每个磁极N均与其异性的磁级S相邻；所述相邻磁极的相异两极之间设置有中性区；所述定子由铁芯及两组线圈所组成，所述铁芯环绕于所述转子外周，所述铁芯外形为中心左右对称式六边形结构，所述铁芯内侧一体式设置有六个凸起端、且中心径向相隔有60度角的磁轭，所述磁轭前端环状配置，并分别与所述转子外周等距对应，所述磁轭包括主磁轭A、主磁轭B、副磁轭C、副磁轭D、副磁轭E和副磁轭F，所述主磁轭为长凸起端，所述副磁轭为短凸起端；所述线圈包括线圈A和线圈B；所述主磁轭A和主磁轭B上分别缠绕有所述线圈A和线圈B；所述线圈A与线圈B之间相隔120度夹角，并分别与主磁轭A和主磁轭B套接固定；所述定子外侧设置有步进马达壳体，所述线圈A和线圈B与驱动电路电气连接，通过驱动电路分别对线圈A或/和线圈B进行激磁，依序形成四个步序，所述四个步序对应于四种磁路分布，形成不同的磁场区，所述磁场区作用于转子磁极，并驱动所述转子旋转。

2.根据权利要求1所述的一种二相步进马达结构，其特征在于，所述转子的磁极S与磁极N数量相同，所述磁极S与N数目合计为8个或10个。

3.根据权利要求1所述的一种二相步进马达结构，其特征在于，所述定子内侧的六个凸出的磁轭，其依顺时针方向排列的顺序为主磁轭A、副磁轭C、主磁轭B、副磁轭D、副磁轭E、副磁轭F；所述主磁轭A与所述主磁轭B对称设置，所述副磁轭C和副磁轭E位于中间位置，所述副磁轭D与副磁轭F对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种二相步进马达结构，其特征在于，所述铁芯由铁磁性材料一体或堆栈方式构成。

5.根据权利要求1所述的一种二相步进马达结构，其特征在于，所述线圈A与线圈B激磁的四个步序顺序为；

5.1所述步序一，所述主磁轭A与主磁轭B分别对应于所述转子磁极的中性区偏向S极一侧位置，所述线圈A、线圈B经驱动电路通电被激磁后，所述主磁轭A和主磁轭B被磁化为N极，此时异极相吸使得所述转子维持不动；

5.2所述步序二，所述驱动电路停止对主磁轭A上的线圈A激磁，使得主磁轭A的极性消失，所述转子磁极受到主磁轭B的N极吸引，朝逆时针方向产生转矩，并作用于所述转子逆时针旋转；

5.3所述步序三，通过驱动电路停止对主磁轭B上的线圈B激磁，并同时对主磁轭A上的线圈激磁，使得主磁轭B的极性消失，同时主磁轭A被磁化为S极，并吸引所述转子磁极朝逆时针方向产生转矩；

5.4所述步序四，所述驱动电路同时对主磁轭A和主磁轭B上的线圈A、线圈B进行激磁，使得主磁轭A及主磁轭B同时被磁化为S极，并对应转子1朝逆时针方向产生转矩。