CN107332426A - 一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合式步进电机的结构，包括定子和转子，定子包括机壳、定子铁心、电枢绕组、永磁体和端盖，转子主要包括转子铁心、转轴；永磁体安装在定子铁心周圈的豁口处,永磁体外圆位于定子铁心的外圆，内圆位于定子铁心的槽底，采用周向充磁，产生电机内的主磁场，磁极数决定电机的极数；定子齿极上装有电枢绕组，径向相对齿极上的绕组串联或并联为一相，绕组中的电流采用单极性控制；转子上既无绕组又无永磁体，定转子铁心面向气隙的表面上开有齿间距相同的小齿。简化了电机和永磁体的加工和装配工艺，成本降低，运行可靠、便于维护、电机具有精度高、功率密度和转矩密度大，促进精密机床加工、办公自动化等行业的发展。

Description

一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机

技术领域

本发明涉及步进电机的领域，尤其是一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机的结构，应用于计算机外围设备、数控机床、遥控装置等领域。

背景技术

步进电机有反应式、永磁式和混合式三种型式。反应式步进电动机无永磁体，定转子铁心表面有小齿，具有结构简单、便于制造、精度高等优势，但效率差、功耗大、转矩密度和功率密度低；永磁式步进电动机转子表面有永磁体，具有控制功率小、效率高、断电时有定位转矩的优势，但步距角大、起动和运行频率低；混合式步进电动机具有反应式和永磁式步进电动机的各自优势，代表步进电动机的发展方向。

传统的混合式步进电动机的永磁体在转子上采用轴向充磁，转子包括永磁体和两段铁心，永磁体在中间，两段铁心在永磁体两端，装配时两段铁心沿圆周方向相互错开半个齿间距。这种结构增加了装配和加工难度，轴向上由于永磁体所在的中间段无气隙磁通，转矩密度和功率密度降低，绕组的电阻和电感增大，对电机的高效运行是不利的。

传统的混合式步进电动机永磁体安装在转子上，永磁体不便于冷却，工作温度高容易退磁。

近年来，专利CN201510039131.5、CN 201520053883.2、CN201020102645.3提出了永磁体安装于定子的混合式步进电动机。

专利CN201510039131.5、CN 201520053883.2包含内外两个定子和杯形转子，柱状永磁体嵌于内定子铁心凹槽中，永磁体不便于冷却散热，电机绕组需要采用双极性电流驱动，绕组中电流的方向发生周期性交替变化，电机结构和驱动复杂，存在加工制造困难的问题；CN201020102645.3的永磁体安装在定子绕组的槽口，在相邻的两个齿极之间存在严重的漏磁，存在电枢反应易引起永磁体漏磁、退磁的问题，永磁体利用率不高，加工定子铁心、安装永磁体以及后期的维护也比较困难。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机的结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

混合式步进电机包括一个定子和一个转子两大部分。

定子在外主要包括机壳、定子铁心、电枢绕组、永磁体和端盖，定子铁心直径两端分别开有截面呈圆环状豁口,永磁体安装在所述豁口处，永磁体的外圆位于定子铁心的外圆，永磁体的内圆位于定子铁心的槽底；

永磁体周向长度约为定子绕组槽的槽宽，转子在内主要包括转子铁心、转轴；采用周向充磁，两块相邻的永磁体充磁方向相反为并联磁路结构形成一对磁极，产生电机内的主磁场，磁极数决定电机的极数；所述转子上既无绕组又无永磁体，定子铁心、转子铁心面向气隙的表面上开有齿间距相同的小齿。

进一步的，定子铁心齿极上电枢绕组，径向相对齿极上的电枢绕组串联或并联为一相，电机采用径向磁通，电枢绕组中的电流采用单极性控制，绕组中电流的方向不发生周期性交替变化，运行中电枢绕组通电流产生的磁通与永磁磁通交链并叠加产生足够的转矩，使电机转动，电枢反应始终是增磁的，不会出现使永磁体退磁的电枢反应；

进一步的，定子铁心齿极面向气隙的表面以及转子铁心面向气隙的表面开有齿间距相同的小齿，定子铁心相邻的齿极上的小齿与转子小齿相互错开1/m齿间距(m为电机的相数)，绕组每完成一个通电循环，转子转过一个小齿齿间距的角度。

相比现有技术,本发明具有如下有益效果:

(1)电机结构简单，便于加工制造；

(2)永磁体安装于定子铁心外圈豁口处，运行时便于冷却，避免了因永磁体高温引起的退磁，电机的加工装配工艺简化；

(3)电枢绕组通电运行采用单极性控制，与反应式步进电动机相同，驱动控制简单，同时转矩密度比反应式步进电动机大，体积和重量减小约1/3；

(4)永磁体由于振动等引起的损坏也便于安装维护；

(5)定子的铁心、永磁体、绕组以及永磁体的充磁可以单独设计加工后再装配，转子上既无绕组又无永磁体，因此具有足够的机械轻度，电机加工工艺简单。

本发明简化了电机和永磁体的加工和装配工艺，制造成本降低，制造工艺简单、运行可靠、便于维护、以及采用绕组单极性驱动运行控制简单的优势,电机具有精度高、功率密度/转矩密度大、具有一定的定位转矩等多方面的性能，其研制和应用必将促进精密机床加工、计算机外围设备等领域的应用,具有潜在的推广应用价值。

附图说明

图1电机外形图

图2截面所用的平面

图3沿Q-Q′平面的截面图

图4沿P-P′平面的截面图

图5沿M-M′平面的截面图

其中1.机壳,2.定子铁心,3.转子铁心,4.电枢绕组,5.转轴,6.永磁体,7.轴承,8.端盖。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

附图1～5为采用本技术方案的四相混合式步进电机结构示意图，图1为电机外形图,图2为截面所用的平面之间的关系图,P-P’、Q-Q’、M-M’为两两相互垂直的平面，他们共同的交点O位于电机的中心，P-P’平面和M-M’平面分别为经过电机转轴的竖直平面和水平面，Q-Q’平面为与转轴垂直的平面。图3为沿Q-Q’平面的截面图，图4为沿P-P’平面的截面图，图5为沿M-M’平面的截面图。

定子上有两块周向充磁的永磁体，永磁体周向厚度约为电枢绕组槽的槽宽，两块永磁体为并联磁路结构形成一对极的电机；绕组采用集中绕组，A1和A2为A相绕组所在的两个齿极，同理B1和B2、C1和C2、D1和D2分别为B、C、D相绕组所在的两个齿极；构成每相绕组的两个齿极上的线圈可以并联(适用于供电电压低、电流大的电源)，也可以串联(适用于供电电压高、电流小的电源)；A1、B1、C1、D1所在的齿极位于永磁体产生的主磁场的N极，A2、B2、C2、D2所在的齿极位于永磁体产生的主磁场的S极；转子上既无绕组又无永磁体，定转子铁心面向气隙的表面上开有齿间距相同的小齿，相邻的定转子绕组齿极上的小齿与转子小齿相互错开1/4齿间距。

绕组通电后产生的磁通与永磁磁通方向一致，采用单极性通电，与传统的反应式步进电动机相同。绕组可以按A→B→C→D→A→…单四拍通电方式通电，也可按AB→BC→CD→DA→AB→…双四拍通电方式通电，也可按单双八拍通电方式通电，绕组每完成一个通电循环，转子转过一个小齿齿间距的角度。

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种混合式步进电机的结构，包括一个定子、一个转子，其特征在于：

所述定子包括机壳⑴、定子铁心⑵、电枢绕组⑷、永磁体⑹、端盖⑻；所述定子铁心⑵直径两端分别开有截面呈圆环状豁口,永磁体⑹安装在所述豁口处，永磁体⑹的外圆位于定子铁心⑵的外圆，永磁体⑹的内圆位于定子铁心⑵的槽底；

所述转子周圈为等间距齿状空心圆柱体结构，转子包括转子铁心⑶、转轴⑸；所述转子上既无绕组又无永磁体，定子铁心⑵、转子铁心⑶面向气隙的表面上开有齿间距相同的小齿。

2.根据权利要求1所述的一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机的结构，其特征在于，永磁体⑹周向长度约为定子绕组槽的槽宽，采用周向充磁，两块相邻的永磁体充磁方向相反为并联磁路结构形成一对磁极，产生电机内的主磁场，磁极数决定电机的极数。

3.根据权利要求1所述的一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机的结构，其特征在于，定子铁心⑵齿极上装有电枢绕组⑷，径向相对齿极上的电枢绕组⑷串联或并联为一相，电机采用径向磁通，电枢绕组⑷中的电流采用单极性控制。

4.根据权利要求1所述的一种永磁体安装于定子的混合式步进电动机的结构，其特征在于，定子铁心⑵齿极面向气隙的表面以及转子铁心⑶面向气隙的表面开有齿间距相同的小齿，定子铁心⑵相邻的齿极上的小齿与转子小齿相互错开1/m齿间距(m为电机的相数)，绕组每完成一个通电循环，转子转过一个小齿齿间距的角度。