CN106787540A - 一种同轴异步步进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴异步步进电机，包括：一个定子绕组、两个互为独立的第一转子、第二转子，按一定的规律激励一组绕组时，可实现第一转子、第二转子的独立转动；所述第一转子由等间距的四个磁极齿组成，所述第二转子由三个等间距的磁极齿组成。通过该同轴异步步进电机可以实现同一个电机同时作为两个独立动力源；在有多个独立运动单元的系统中可以减少电机使用的数量，提高了系统的稳定性、可靠性以及性价比，并有效实现了系统的集成化设计。

Description

一种同轴异步步进电机

技术领域

本发明涉及步进电机领域，尤其涉及一种同轴异步步进电机，该同轴异步步进电机能实现两个转子异步独立运动。

背景技术

现有技术中的步进电机通常是由一个定子绕组和一个转子组成，这意味着一组绕组只能控制一个转子的运动，这样一来一个步进电机同时只能输出单一速度的运动。

很多时候这可以满足应用的要求，但在机电系统集成化、小型化方向发展的今天，集成多转子是一种可行的方法。

发明内容

本发明的目的在于设计一种同绕组双转子步进电机，尤其在输入一组电脉冲信号时，可实现两个转子同时不同速转动，详见下文描述：

一种同轴异步步进电机，包括：一个定子绕组、两个互为独立的第一转子、第二转子，按一定的规律激励一组绕组时，可实现第一转子、第二转子的独立转动；

所述第一转子由等间距的四个磁极齿组成，所述第二转子由三个等间距的磁极齿组成。

其中，所述定子绕组由12个互为独立的绕组组成；

相邻两个绕组关于轴的夹角为30°；每个绕组的激励电脉冲是独立的；当绕组加上正向电压时，每个绕组的末端磁性均为N极。

其中，所述每个磁极齿都是由永磁铁组成，且齿顶部分均为S极。

本发明提供的技术方案的有益效果是：通过该同轴异步步进电机可以实现同一个电机同时作为两个独立动力源；在有多个独立运动单元的系统中可以减少电机使用的数量，提高了系统的稳定性、可靠性以及性价比，并有效实现了系统的集成化设计。

附图说明

图1是本发明提供的同轴异步步进电机的结构原理图；

图2是本发明提供的两个转子位置关系的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：绕组； 2：第一转子；

3：第二转子。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为实现上述目的，本发明实施例采取的技术方案如下：

运动部分是两个同轴、且相互独立运动的转子(第一转子2和第二转子3)，且第一转子2和第二转子3的磁极齿数分别为3和4。

第一转子2和第二转子3上的磁极齿间距相等，即夹角分别为120°和90°。每个磁极齿都是由永磁铁组成，且齿顶部分均为S极。定子由相同间隔的十二个固定绕组1组成，相邻两个绕组1关于轴的夹角为30°。每个绕组1的激励电脉冲是独立的。当对绕组1施加上正向电压时，每个绕组1的末端磁性均为N极。

综上所述，通过该同轴异步步进电机可以实现同一个电机同时作为两个独立动力源；在有多个独立运动单元的系统中可以减少电机使用的数量，提高了系统的稳定性、可靠性以及性价比，并有效实现了系统的集成化设计。

实施例2

下面结合图1和图2对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

在图1中，A到L(即A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K和L)均表示绕组，第一转子2的四个磁极齿分别记作a、b、c和d。第二转子3的三个磁极齿分别记为a1、b1和c1。当对绕组1采取不同的激励方式时，该同轴异步步进电机有8(不包括同时暂停)种运动模式，具体运动模式如表1所示。

表1

	第二转子3正转	第二转子3反转	第二转子3暂停
				第一转子2正转	模式一	模式二	模式三
第一转子2反转	模式四	模式五	模式六
				第一转子2暂停	模式七	模式八	模式九

下面给出其中有代表性的三种模式(模式三、模式七以及模式一)的实现方法，对于其它运动模式的实现，可参考下面模式中提到的方法即可实现，本发明实施例不再赘述。

模式三：假设顺时针为正，那么要使得第一转子2正转，首先B，E，H，K绕组同时接入正向电压，这时B，E，H，K绕组的端点均表现为N极，分别把第一转子2的磁极齿a、b、c和d向顺时针方向牵引30°。这时磁极齿a对应绕组B，磁极齿b对应绕组E，磁极齿c对应绕组H，磁极齿d对应绕组K。然后在B，E，H，K绕组断电的同时，对C，F，I，L绕组施加正向电压，这时C，F，I，L绕组上的磁力牵引磁极齿a、b、c和d与相应绕组对应，接着在C，F，I，L绕组断电的同时，对D，G，J，A绕组施加正电压，这时D，G，J，A绕组上的磁力牵引磁极齿a、b、c和d与相应绕组对应，完成一个周期，加电顺序可表述为BEHK—CFIL—DGJA。

在这个过程中第二转子3不会转动，因为当对B，E，H，K绕组施加电压时，B绕组上对磁极齿a1的顺时针方向的拉力，刚好与H绕组对磁极齿c1的逆时针方向的拉力抵消，E绕组正对着吸引磁极齿b1，b1没有转动分力。同理K绕组对第二转子3上的每个磁极齿的拉力的合力为零。当C，F，I，L绕组导电时，对第二转子3上的每个磁极齿的合力仍为零，同理在D，G，J，A绕组通电的情况下，上面的情况仍成立。

模式七：仍假设顺时针为正，那么要使得第二转子3正转，首先B，F，J绕组同时接入正向电压，分别把第二转子3的磁极齿a1、b1、c1向顺时针方向牵引30°。这时磁极齿a1对应绕组B，磁极齿b1对应绕组F，磁极齿c1对应绕组J。然后在B，F，J绕组断电的同时，对C，G，K绕组施加正向电压，这时C，G，K绕组上的磁力牵引磁极齿a1、b1、c1，与相应绕组对应，接着在C，G，K绕组断电的同时，对D，H，L绕组施加正向电压，这时D，H，L绕组上的磁力牵引磁极齿a1、b1、c1与相应绕组对应，紧接着在D，H，L绕组断电的同时，对E，I，A绕组施加正向电压，这时E，I，A绕组上的磁力牵引磁极齿a1、b1、c1，与相应绕组对应，这时完成一个周期，实现第二转子3转动一周，加电顺序可表述为BFJ—CGK—DHL—EIA。

在这个过程中第一转子2不会转动，因为当B，F，J绕组导通时，B绕组对第一转子2磁极齿a的顺时针拉力产生的力矩，刚好与F绕组对磁极齿c的逆时针拉力产生的力矩抵消，J绕组对磁极齿b、d切向拉力为零，对磁极齿a、c拉力大小相等且产生的力矩方向相反故抵消。所以绕组的磁力矩之和对第一转子2的磁极齿为零。类似的对绕组C，G，K、绕组D，H，L、以及绕组E，I，A施加电压时对第一转子2的合力矩依然为零，因此在这个过程中第一转子2不会转动。

模式一：由前面两个模式的讨论可知两个转子的运动是互相独立的。要使得两个转子同时顺时针转动，加电压顺序由BEHK—CFIL—DGJA、和BFJ—CGK—DHL—EIA结合即可。需要指出的是，两个转子每次所需加电，绕组必有一个点是重合的，并且唯一，这意味着每次加电绕组数为6个。例如：导通绕组BEHK和绕组BFJ，实际上等同于对BEFHJK绕组施加电压。通过对加电顺序的快慢控制，可以实现对相应转子转速的控制。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种同轴异步步进电机，包括：一个定子绕组、两个互为独立的第一转子、第二转子，其特征在于，按一定的规律激励一组绕组时，可实现第一转子、第二转子的独立转动；

所述第一转子由等间距的四个磁极齿组成，所述第二转子由三个等间距的磁极齿组成。

2.根据权利要求1所述的一种同轴异步步进电机，其特征在于，所述定子绕组由12个互为独立的绕组组成；

相邻两个绕组关于轴的夹角为30°；每个绕组的激励电脉冲是独立的；当绕组加上正向电压时，每个绕组的末端磁性均为N极。

3.根据权利要求1所述的一种同轴异步步进电机，其特征在于，所述每个磁极齿都是由永磁铁组成，且齿顶部分均为S极。