CN108282073A - 一种直线步进电动机 - Google Patents

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张帆
朱君
曾励
竺志大
孙亚静
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
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Abstract

本发明提出了一种直线步进电机，包括壳体、定子、动子、滑动部以及固定在壳体一端的端盖，所述定子包括N对固定在壳体上的电磁铁绕组，所述每对电磁铁绕组相对设置，所述滑动轨道固定在壳体内部，所述动子通过滑动部安装在壳体内部并能在滑动部上来回移动。本发明提出的一种直线步进电机解决了现有的直线步进电机都是利用在旋转步进电机内部增设螺杆或滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动输出的方式而带来磨损严重和定位精度不高的问题。

Description

一种直线步进电动机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是一种直线步进电动机。
背景技术
现如今步进电机的应用很广泛，很多机械设备都使用步进电机。其优点是：第一，控制简单，其为开环控制，不需要复杂的闭环控制；第二，结构设计简单，也不需要稀土磁铁，可以降低制造成本。
虽然步进电机的应用已经越来越广泛，其技术也越来越成熟，但是这些都多局限于传统的旋转步进电机，很少有直接用于驱动直线运动的步进电机。现有的直线步进电机都是对传统的旋转步进电机进行改进，在旋转步进电机内部增设螺杆或滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动输出，这样就会使得电动机的机械部件磨损严重，而且由于这种步进电机的控制使用开环控制，运动接触部件产生的不均匀摩擦会直接影响其定位精度。
发明内容
本发明提出了一种直线步进电机，解决现有的直线步进电机磨损严重和定位精度不高的问题。
实现本发明的技术解决方案为：一种直线步进电机，包括壳体、定子、动子、滑动部以及固定在壳体一端的端盖，所述定子包括N对固定在壳体上的电磁铁绕组，所述每对电磁铁绕组相对设置，所述滑动轨道固定在壳体内部，所述动子通过滑动部安装在壳体内部并能在滑动部上来回移动。
优选地，N≥3。
优选地，所述滑动部为圆环滑动轨道，所述动子的两端分别穿过圆环滑动轨道。
优选地，所述动子的两端设有限位部，用以控制动子来回移动的极限位置。
优选地，所述限位部为限位螺母，所述限位螺母通过螺纹固定在动子的两端。
优选地，所述每一个电磁铁绕组上均布3个齿，所述动子均布3N个齿。
优选地，从左至右第一对电磁铁绕组的3个齿与动子上的3个齿全部对齐，第二对电磁铁绕组的3个齿与动子上的3个齿对齐三分之二，第三对电磁铁绕组的3个齿与动子上的3个齿对齐三分之一，剩余电磁铁绕组的齿与动子上的齿按照全部对齐、对齐三分之二以及对齐三分之一的规律循环设置。
优选地，所述电磁铁绕组为3对，所述动子均布9个齿。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明提出的一种直线步进电机，结构新颖、简单，工作原理清晰，利用电磁铁定子绕组通电后磁场产生的磁力线穿越磁场并试图按磁阻最小的路径闭合的原理，使动子受到反应力矩的作用而直线移动，从而实现步进电机输出直线运动的目的。解决了现有的直线步进电机都是利用在旋转步进电机内部增设螺杆或滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动输出的方式而带来磨损严重和定位精度不高的问题。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明实施例1总装结构示意图。
图2为本发明动子、定子安装结构示意图。
图3为本发明电机控制原理图。
图中标号所代表的含义为：
1-壳体、2-定子、2-1-定子A电磁铁绕组、2-2-定子B电磁铁绕组、2-3-定子C电磁铁绕组、2-4-定子A’电磁铁绕组、2-5-定子B’电磁铁绕组、2-6-定子C’电磁铁绕组、2-7-定子安装螺栓、3-滑动轨道、4-限位螺母、5-动子、6-端盖、7-微机控制单元、7-1-脉冲控制发生单元、7-2-功率驱动单元、7-3-反馈与保护单元。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细说明。
一种直线步进电机，包括壳体1、定子2、动子5、滑动部以及固定在壳体一端的端盖，所述定子2包括N对固定在壳体1上的电磁铁绕组，所述每对电磁铁绕组相对设置，所述滑动轨道3固定在壳体1内部，所述动子5通过滑动部安装在壳体1内部并能在滑动部上来回移动。
进一步的实施例中，N≥3
进一步的实施例中，所述滑动部为圆环滑动轨道3，所述动子5的两端分别穿过圆环滑动轨道3。
进一步的实施例中，所述动子5的两端设有限位部，用以控制动子5来回移动的极限位置。
进一步的实施例中，所述限位部为限位螺母4，所述限位螺母4通过螺纹固定在动子5的两端。
进一步的实施例中，所述每一个电磁铁绕组上均布3个齿，所述动子5均布3N个齿。
进一步的实施例中，从左至右第一对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿全部对齐，第二对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿对齐三分之二，第三对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿对齐三分之一，剩余电磁铁绕组的齿与动子5上的齿按照全部对齐、对齐三分之二以及对齐三分之一的规律循环设置。
进一步的实施例中，所述电磁铁绕组为3对，所述动子5均布9个齿。
本发明的直线步进电机不再利用旋转步进电机内部增设螺杆或滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动输出的方式，而是利用电磁铁定子绕组通电后磁场产生的磁力线穿越磁场并按磁阻最小的路径闭合的原理，使动子受到反应力矩的作用而直线移动，从而实现步进电机直接输出直线运动的目的。
下面结合实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
如图1-图3所示，一种直线步进电机，包括壳体1，定子2和动子5，圆环滑动轨道3和限位螺母4，以及设置在壳体1一端的端盖6。结合图1-图2所示，一种直线步进电机，定子2通过定子安装螺栓2-7固定在壳体1内部，定子2由定子A电磁铁绕组2-1、定子B电磁铁绕组2-2、定子C电磁铁绕组2-3、定子A’电磁铁绕组2-4、定子B’电磁铁绕组2-5和定子C’电磁铁绕组2-6共六个电磁铁绕组组成，其中定子A电磁铁绕组2-1和定子A’电磁铁绕组2-4相对布置、定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5相对布置、定子C电磁铁绕组2-3和定子C’电磁铁绕组2-6相对布置，相对布置的两个电磁铁绕组串联在一起，并且这两个电磁铁绕组的导线绕向相同；动子5通过圆环滑动轨道3安装在壳体1内部，使得动子5能在圆环滑动轨道3上来回移动；圆环滑动轨道3通过螺栓连接在壳体1内部；限位螺母4通过螺纹连接安装在动子5上，用以控制动子5来回运动的极限位置；端盖6通过螺栓连接安装在壳体1的一端；。
本实施例的直线步进电机的工作原理如下：动子5上均布9个齿，定子2中的每一个电磁铁绕组上均布3个齿，相对布置的两个电磁铁绕组为一对，将定子2中的六个电磁铁绕组分为三对，在安装这三对电磁铁绕组时使其中一对的电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿对齐，第二对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之二，最后一对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之一。结合图1所示，定子A电磁铁绕组2-1和定子A’电磁铁绕组2-4的3个齿与动子5上的3个齿对齐，定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之二，定子C电磁铁绕组2-3和定子C’电磁铁绕组2-6的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之一。在工作时，给直线步进电机，接通电源，根据微机控制单元7发出的脉冲指令不同，将不同的电磁铁绕组接通电路。结合图1和图3所示，给定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5接通电路，而其它电磁铁绕组不通电，定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5产生定子磁场，根据磁场形成的磁力线穿越磁场并试图按磁阻最小的路径闭合的原理，使动子受到反应力矩的作用而向右作直线移动，直到定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5上的齿与动子5上的齿对齐才停止移动，此时定子A电磁铁绕组2-1和定子A’电磁铁绕组2-4、定子C电磁铁绕组2-3和定子C’电磁铁绕组2-6与动子5上的齿不再对齐；接着停止对定子B电磁铁绕组2-2和定子B’电磁铁绕组2-5通电，而是对定子C电磁铁绕组2-3和定子C’电磁铁绕组2-6通电，同理动子5受到反应力矩的作用接着向右运动。同样，当按照BB'→CC'→AA'→BB'顺序循环通电时，动子5就能够连续向右运动；若改变通电顺序，按照CC'→BB'→AA'→CC'顺序通电时，动子5就能够连续向左运动，从而实现左右的直线步进运动。为防止动子5连续沿着某一方向移动而脱离滑动轨道，在动子5上安装限位螺母4，当动子5运动到极限位置时限位螺母4和滑动轨道3接触就会报警停机。
在另外的实施例中，动子5上不局限于9个齿和定子2不局限于3对，可以根据直线运动的距离来适当增加动子5的齿数和定子2的对数。定子2中的每一个电磁铁绕组都为3个齿，假设定子2共有N对电磁铁绕组，则动子5的齿数为3N，在安装时，可以从左往右第一对的电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿对齐，第二对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之二，最后一对电磁铁绕组的3个齿与动子5上的3个齿每个齿都对齐三分之一，后面各对电磁铁绕组的齿按照上述规则依次全部对齐、对齐三分之二、对齐三分之一来安装排列。
结合图3所示，将控制指令发送到脉冲控制发生单元7-1时，脉冲控制发生单元7-1会将控制指令转化为电脉冲信号，并将电脉冲信号输入功率驱动单元7-2以对直线步进电机的运动进行控制(包括速度、方向以及距离)。而当直线步进电机内部的动子5运动到极限位置时限位螺母4和滑动轨道3接触就会发出报警信号，并将报警信号发送至反馈与保护单元7-3，再由反馈与保护单元7-3转化为报警控制指令传递给脉冲控制发生单元7-1，由脉冲控制发生单元7-1转化为停机的电脉冲信号来控制直线步进电机停机。
本发明利用电磁铁定子绕组通电后磁场产生的磁力线穿越磁场并试图按磁阻最小的路径闭合的原理，使动子受到反应力矩的作用而直线移动，从而实现步进电机直接输出直线运动的方法可以很好的解决现有的问题，能够迎合市场和社会发展的需求，可以带来很好的经济效益。
本发明不局限于动子5上均布9个齿，定子2中的每一个电磁铁绕组上均布3个齿，其齿的数量并不唯一，其数量和齿宽可根据实际应用设计尺寸和直线运动的距离大小来定；相对布置的两个电磁铁绕组也不局限于串联，也可以是并联，只要保证电磁铁绕组的导线绕向和电流流向相同以保证相对的两面磁极相反就可以实现直线步进电机的功能；本发明中电磁铁绕组的数量也不局限于6个。

Claims (8)

1.一种直线步进电机，其特征在于，包括壳体(1)、定子(2)、动子(5)、滑动部以及固定在壳体(1)一端的端盖(6)，所述定子(2)包括N对固定在壳体(1)上的电磁铁绕组，所述每对电磁铁绕组相对设置，所述滑动轨道(3)固定在壳体(1)内部，所述动子(5)通过滑动部安装在壳体(1)内部并能在滑动部上来回移动。
2.根据权利要求1所述的直线步进电机，其特征在于，N≥3。
3.根据权利要求1所述的直线步进电机，其特征在于，所述滑动部为圆环滑动轨道(3)，所述动子(5)的两端分别穿过圆环滑动轨道(3)。
4.根据权利要求1任一所述的直线步进电机，其特征在于，所述动子(5)的两端设有限位部，用以控制动子(5)来回移动的极限位置。
5.根据权利要求4所述的直线步进电机，其特征在于，所述限位部为限位螺母(4)，所述限位螺母(4)通过螺纹固定在动子(5)的两端。
6.根据权利要求1所述的直线步进电机，其特征在于，所述每一个电磁铁绕组上均布3个齿，所述动子(5)均布3N个齿。
7.根据权利要求6所述的直线步进电机，其特征在于，从左至右第一对电磁铁绕组的3个齿与动子(5)上的3个齿全部对齐，第二对电磁铁绕组的3个齿与动子(5)上的3个齿对齐三分之二，第三对电磁铁绕组的3个齿与动子(5)上的3个齿对齐三分之一，剩余电磁铁绕组的齿与动子(5)上的齿按照全部对齐、对齐三分之二以及对齐三分之一的规律循环设置。
8.根据权利要求1所述的直线步进电机，其特征在于，所述电磁铁绕组为3对，所述动子(5)均布9个齿。
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