CN107769510A - 一种定子嵌有u型永磁体的混合式步进电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，属于混合式步进电机领域。它包括均由硅钢片叠压构成的定子和转子；转子的外圆周上均布有若干转齿；转子包括转子铁心和转轴；定子包括定子铁心、定子绕组、永磁体和绝缘，定子铁心内周分布有磁极，每个磁极极靴上分布有与转子齿距相同的5个小齿；每个磁极极靴上安装有一相定子绕组；每隔2个磁极在定子铁心轭部设有永磁体槽，永磁体放置在槽内，其N和S分别紧贴对应磁极，永磁体按一定顺序交替排列。本发明由于永磁体通过U型槽置于定子铁心内，因此转子结构简单，降低电机加工难度，适合高速运转且散热好，不易退磁，易于更换；且永磁体产生磁场为径向，永磁体利用率高。

Description

一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机
技术领域
本发明属于混合式步进电机领域，尤其是一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机。
背景技术
传统混合式步进电机的永磁体置于转子上两段叠压的铁心中间，通过轴向充磁，且两个相邻的转子铁心的小齿需要互相错开1/2的齿距，因此存在以下缺陷：
1.转子结构复杂，加工难度高。
2.由于永磁体是轴向充磁，但是转子和定子均是硅钢片叠压而成，相邻的硅钢片会存在不导磁的气隙，且定子绕组产生的磁场是径向的，因此永磁体利用率低。
3.永磁体置于两段转子之间，散热困难，容易退磁，且产生退磁后不易更换。
综上所述，传统混合式步进电机由于转子嵌有永磁体，所以存在加工难度高、永磁体利用率低、散热差及不易维修更换的缺点。
发明内容
为解决现有技术存在加工难度高、永磁体利用率低、散热差及不易维修更换的缺陷，本发明提供一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，它包括定子和转子，转子和定子均由硅钢片叠压构成，转子的外圆周上均布有若干个转齿，转子包括转子叠压铁心和铁心内部转轴，定子包括定子铁心、定子绕组、永磁体和绝缘，定子铁心内沿周向分布有定子磁极，每个定子磁极的极靴上分布有与转子的转齿齿距相同的若干个小齿；
每个定子磁极的极靴安装有一相定子绕组；
每隔两个定子磁极，在定子铁心轭部设有永磁体槽，U型永磁体放置在永磁体槽内，永磁体的N极和S极分别紧贴对应的定子磁极，永磁体按一定顺序交替排列。
进一步地，永磁体槽为U型槽。
进一步地，定子铁心外围套有不导磁的机壳，定子铁心与电机的端盖螺接。
进一步地，定子磁极极靴上的定子齿数为5。
进一步地，转子上的转齿数为50。
有益效果：
本发明由于永磁体通过U型槽内置于定子铁心内，因此转子结构简单，降低了转子加工难度，永磁体利用率高，磁通量大，磁链短。另外由于永磁体是放置在U型槽内，所以散热好，不易退磁，且更换方便易于维修；同时永磁体紧贴定子磁极产生磁场为径向，永磁体利用率高，易于有限元分析；且磁场叠加，转矩大。
附图说明
图1为本发明一实施例2相8极时混合步进电机剖面图；
图2为本发明一实施例2相8极时混合步进电机定子绕组各线圈结构图；
图3为本发明一实施例2相8极时混合步进电机定子绕组各线圈接线示意图；
图4为本发明一实施例2相8极时混合步进电机永磁体磁极分布示意图；
图5(a)为本发明一实施例2相8极时混合步进电机假设的初始位置图；
图5(b)为本发明一实施例2相8极时混合步进电机从初始位置步进β/2角度后的位置图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，如图1和2所示，定子由定子磁极2、绝缘3、永磁体4、定子线圈A相绕组71和定子线圈B相绕组72构成。8个定子磁极2，依次表示为第一定子磁极21、第二定子磁极22、第三定子磁极23、第四定子磁极24、第五定子磁极25、第六定子磁极26、第七定子磁极27和第八定子磁极28，每个定子磁极2的极靴上分布有与转子的转齿齿距相同的5个小齿，每个定子磁极2的极靴安装有一相定子绕组。转子由转子叠压铁心1和铁心内部转轴6构成。定子铁心外围套有不导磁的机壳5，定子铁心通过螺钉与电机的端盖。
如图3所示，第一定子磁极21、第二定子磁极22、第三定子磁极23、第四定子磁极24、第五定子磁极25、第六定子磁极26、第七定子磁极27和第八定子磁极28上对应的每相定子绕组，依次表示为A、B、-A、-B、-A、-B、A、B。第一定子磁极21上A相线圈与第三定子磁极23上-A相线圈反向串联，再与第五定子磁极25上-A相线圈反向串联，再与第七定子磁极27上A相线圈正向串联构成电机定子A相绕组，第二定子磁极22上B相线圈与第四定子磁极24上-B相线圈反向串联，再与第六定子磁极26上-B相线圈反向串联，再与第八定子磁极28上B相线圈正向串联构成电机定子B相绕组。
如图4所示，8个定子磁极2底部紧贴着4个U型永磁体4，第一定子磁极21、第二定子磁极22、第三定子磁极23、第四定子磁极24、第五定子磁极25、第六定子磁极26、第七定子磁极27和第八定子磁极28上对应紧贴的U型永磁体4极性分别是N、S、N、S、S、N、S、N。
本发明具体功能实现如下：
若电机初始位置如图5(a)所示，此时A相线圈通正相电，B相线圈断电，因此第一定子磁极21和第五定子磁极25上的磁场由于线圈磁场和永磁体4磁场方向相同，叠加达到最大，定子和转子转齿中心线对齐；第三定子磁极23和第七定子磁极27上的磁场由于线圈磁场和永磁体4磁场方向相反，抵消达到最小，定子和转子转齿中心线错开一个齿的角度β；第二定子磁极22、第四定子磁极24、第六定子磁极26和第八定子磁极28上只有永磁体4的磁场，因此处于中等水平，定子和转子转齿中心线错开角度β/2；此时各处转矩为0，此时Tmech2-1＝Tmech2-3＝Tmech2-5＝Tmech2-7＝0，Tmech2-2＝Tmech2-6＝-Tmech2-4＝-Tmech2-8，电机处于平衡位置。
当图5(a)中A相线圈断电，B相线圈通正相电,因此第二定子磁极22和第六定子磁极26上的磁场由于线圈磁场和永磁体4磁场方向相同，叠加达到最大；第四定子磁极24和第八定子磁极28上的磁场由于线圈磁场和永磁体4磁场方向相反，抵消达到最小；第一定子磁极21、第三定子磁极23、第五定子磁极25、第七定子磁极27上只有永磁体4的磁场，因此处于中等水平，此时各处转矩为Tmech2-1＝Tmech2-3＝Tmech2-5＝Tmech2-7＝0，Tmech2-2＝Tmech2-6>Tmech2-4＝Tmech2-8，所以转子产生力矩，转动过β/2个角度达到平衡位置，如图5(b)所示。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，它包括定子和转子，所述转子和定子均由硅钢片叠压构成，转子的外圆周上均布有若干个转齿，转子包括转子叠压铁心(1)和铁心内部转轴(6)，其特征在于：所述定子包括定子铁心、定子绕组、永磁体(4)和绝缘(3)，定子铁心内沿周向分布有定子磁极(2)，每个定子磁极(2)的极靴上分布有与转子的转齿齿距相同的若干个小齿；
每个所述定子磁极(2)的极靴安装有一相定子绕组；
每隔两个所述定子磁极(2)，在定子铁心轭部设有永磁体槽，U型永磁体(4)放置在永磁体槽内，永磁体(4)的N极和S极分别紧贴对应的定子磁极(2)，永磁体(4)按一定顺序交替排列。
2.根据权利要求1所述的定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，其特征在于：所述永磁体槽为U型槽。
3.根据权利要求1或2所述的定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，其特征在于：所述定子铁心外围套有不导磁的机壳(5)，定子铁心与电机的端盖螺接。
4.根据权利要求1或2所述的定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，其特征在于：所述定子磁极(2)极靴上的定子齿数为5。
5.根据权利要求1或2所述的定子嵌有U型永磁体的混合式步进电机，其特征在于：所述转子上的转齿数为50。
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