CN108696090A - 一种环状高精度轴向磁场步进电机 - Google Patents

一种环状高精度轴向磁场步进电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环状高精度轴向磁场步进电机，包括机壳以及分别设置在机壳两端部的第一轴承盖和第二轴承盖；在机壳内设置有相互配合的定子电枢和转子；定子电枢包括定子铁芯和绕组线圈，定子铁芯包括环形的定子轭部和均匀设置在定子轭部的八个或偶数个大极，绕组线圈环绕设置在大极上，每一大极对应一个绕组线圈；每一大极包括齿极、设置在齿极上的极靴、设置在极靴上的五个定子齿部；转子包括两端为开口且中空的轴和环绕设置在轴上的转子磁极，转子磁极的端面上均匀设置有Nr个转子齿部。本发明的工作磁场为轴向，步进电机的定子电枢和转子在径向方向上的尺寸均较小，可用于空间狭小、定位精度要求较高的运转部件。

Description

一种环状高精度轴向磁场步进电机
技术领域
本发明涉及一种环状高精度轴向磁场步进电机。
背景技术
在航空航天的精密设备内部，现有电机的定子径向尺寸较大、转子轴内部填充有工件，导致现有的电机无法满足精密设备对电磁方案的要求、运转要求和安装要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种环状高精度轴向磁场步进电机，该环状高精度轴向磁场步进电机通过定子电枢与转子的配合，在定子电枢上设置有多个绕组线圈和多个大极，每一绕组线圈对应一个大极，对其中一个绕组线圈通电，与绕组线圈对应的大极产生励磁磁通，通过励磁磁通的作用使得转子齿部与定子齿部相互作用，该步进电机随之转动。
本发明通过以下技术方案得以实现。
一种环状高精度轴向磁场步进电机，包括机壳以及分别设置在机壳两端部的第一轴承盖和第二轴承盖，在机壳内设置有相互配合的定子电枢和转子；
所述定子电枢包括定子铁芯和绕组线圈，所述定子铁芯包括环形的定子轭部和均匀设置在定子轭部的八个或偶数个大极，所述绕组线圈环绕设置在所述大极上，每一大极对应一个绕组线圈；
每一大极包括齿极、设置在齿极上的极靴、设置在极靴上的五个定子齿部；
所述转子包括两端为开口且中空的轴和环绕设置在轴上的转子磁极，所述转子磁极的端面上均匀设置有Nr个转子齿部；
对其中一个绕组线圈通电，与绕组线圈对应的大极产生励磁磁通，通过励磁磁通的作用使得转子齿部与定子齿部相互作用，该步进电机随之转动。
进一步的，所述步进电机为四相，八个所述大极以逆时针方向旋转分别设置为A组、D组、C组、B组、A组、D组、C组、B组，其中，对A组的绕组线圈通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；A组断电，B组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；B组断电，C组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；C组断电，D组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动，完成转子的一个循环转动过程，以此循环实现步进电机的连续旋转。
进一步的，所述θ角度为该步进电机的步距角，步距角的大小为θ＝360/(m×Nr)，其中m为通电状态系数。
进一步的，相邻两个转子齿部具有间距，该间距长度两端均与所述轴的圆心轴线连接，形成的角度为半个齿距角δ＝360/Nr。
进一步的，每个所述大极的每相邻两个定子齿部相对定子轭部的圆心轴线形成的夹角均相同。
进一步的，所述机壳内还设置有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承靠近所述第一轴承盖，所述第二轴承靠近所述第二轴承盖。
进一步的，所述机壳为非导磁材料一体成型。
进一步的，所述轴为非导磁材料制成，用于固定转子磁极。
上述环状高精度轴向磁场步进电机，该步进电机的工作磁场为轴向，步进电机的定子电枢和转子在径向方向上的尺寸均较小，可用于空间狭小、定位精度要求较高的运转部件。
附图说明
图1为本发明的侧视图；
图2为本发明的剖切示意图；
图3为本发明的定子电枢的结构示意图；
图4为本发明的定子铁芯的结构示意图；
图5为本发明的转子的结构示意图；
图6为本发明未通电时或C组断电，D组通电后定子齿部与转子齿部的位置示意图；
图7为本发明当A组通电后的定子齿部与转子齿部的位置示意图；
图8为本发明当A组断电，B组通电后定子齿部与转子齿部的位置示意图；
图9为本发明当B组断电，C组通电后定子齿部与转子齿部的位置示意图；
图10为本发明的转子的力矩曲线。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1、图2所示的环状高精度轴向磁场步进电机包括机壳1以及分别设置在机壳1两端部的第一轴承盖11和第二轴承盖12；在机壳1内设置有相互配合的定子电枢2和转子3。机壳1为整个电机的支撑结构件，机壳1为非导磁材料一体成型。机壳1内还设置有第一轴承4和第二轴承5，第一轴承4靠近第一轴承盖11，第二轴承5靠近第二轴承盖12。
如图3、图4和图5所示，定子电枢2包括定子铁芯21和绕组线圈22，定子铁芯21包括环形的定子轭部23和均匀设置在定子轭部23的八个或偶数个大极24，绕组线圈22环绕设置在大极24上，每一大极24对应一个绕组线圈22，当对绕组线圈22充电时，该绕组线圈22对应的大极会产生励磁磁通。
其中，每一大极24包括齿极25、设置在齿极25上的极靴26、设置在极靴26上的五个定子齿部27。转子3包括两端为开口且中空的轴31和环绕设置在轴31上的转子磁极32，转子磁极32的端面上均匀设置有Nr个转子齿部33。定子齿部27可与转子齿部相互作用。绕组线圈22的接线方式根据外部供电驱动方式进行。轴31为导磁材料制成，用于固定转子磁极。
对其中一个绕组线圈22通电，与绕组线圈22对应的大极24产生励磁磁通，通过励磁磁通的作用使得转子齿部33与定子齿部27相互作用，该步进电机随之转动。
此外，定子轭部23为环形结构，八个大极24呈圆周均匀分布，大极24上的定子齿部27也呈圆周均匀分布。每个大极24的每相邻两个定子齿部27相对定子轭部23的圆心轴线形成的夹角均相同，说明定子齿部27在极靴26上均匀分布。轴31为非导磁材料制成，用于固定转子磁极32。
如图6、图7、图8、图9所示，步进电机为四相。为更好地对步进电机的转动进行说明，将八个所述大极24以逆时针方向旋转分别设置为A组、D组、C组、B组、A组、D组、C组、B组，未通电前，定子齿部和转子齿部的对应位置关系如图6所示。对A组的绕组线圈通电，转子3逆时针转动θ角度后保持不动，定子齿部27和转子齿部33的对应位置关系由图6变为图7；A组的绕组线圈断电，B组的绕组线圈通电，转子3逆时针转动θ角度后保持不动，定子齿部27和转子齿部33的对应位置关系由图7变为图8；B组的绕组线圈断电，C组的绕组线圈通电，转子3逆时针转动θ角度后保持不动，定子齿部27和转子齿部33的对应位置关系由图8变为图9；C组的绕组线圈断电，D组的绕组线圈通电，转子3逆时针转动θ角度后保持不动，定子齿部27和转子齿部33的对应位置关系由图9变为图6。图6、图7、图8和图9为转子的一个循环转动过程，以此循环实现步进电机的连续旋转。
进一步的，θ角度为该步进电机的步距角，步距角的大小为θ＝360/(m×Nr)，其中m为通电状态系数，所述A、B、C、D四相绕组依次循环通电时，m＝4，即本发明专利为四相步进电机，m＝4。相邻两个转子齿部33具有间距，该间距长度两端均与所述轴31的圆心轴线连接，形成的角度为半个齿距角δ＝360/Nr。
对某一大极24对应的绕组线圈22通电时，转子3的保持力矩曲线如图10所示。由图10可以看出，转子3的保持力矩维持在一定的范围内。
本发明专利的工作磁场为轴向，步进电机的定子电枢和转子在径向方向上的尺寸均较小，可用于空间狭小、定位精度要求较高的运转部件。

Claims (8)

1.一种环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：包括机壳(1)以及分别设置在机壳两端部的第一轴承盖(11)和第二轴承盖(12)，在机壳内设置有相互配合的定子电枢(2)和转子(3)；
所述定子电枢包括定子铁芯(21)和绕组线圈(22)，所述定子铁芯包括环形的定子轭部(23)和均匀设置在定子轭部的八个或偶数个大极(24)，所述绕组线圈环绕设置在所述大极上，每一大极对应一个绕组线圈；
每一大极包括齿极(25)、设置在齿极上的极靴(26)、设置在极靴上的五个定子齿部(27)；
所述转子包括两端为开口且中空的轴(31)和环绕设置在轴上的转子磁极(32)，所述转子磁极的端面上均匀设置有Nr个转子齿部(33)；
对其中一个绕组线圈通电，与绕组线圈对应的大极产生励磁磁通，通过励磁磁通的作用使得转子齿部与定子齿部相互作用，该步进电机随之转动。
2.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：所述步进电机为四相，八个所述大极以逆时针方向旋转分别设置为A组、D组、C组、B组、A组、D组、C组、B组，其中，对A组的绕组线圈通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；A组断电，B组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；B组断电，C组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动；C组断电，D组通电，所述转子逆时针转动θ角度后保持不动，完成转子的一个循环转动过程，以此循环实现步进电机的连续旋转。
3.如权利要求2所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：所述θ角度为该步进电机的步距角，步距角的大小为θ＝360/(m×Nr)，其中m为通电状态系数。
4.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：相邻两个转子齿部具有间距，该间距长度两端均与所述轴的圆心轴线连接，形成的角度为半个齿距角δ＝360/Nr。
5.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：每个所述大极的每相邻两个定子齿部相对定子轭部的圆心轴线形成的夹角均相同。
6.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：所述机壳内还设置有第一轴承(4)和第二轴承(5)，所述第一轴承靠近所述第一轴承盖，所述第二轴承靠近所述第二轴承盖。
7.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：所述机壳为非导磁材料一体成型。
8.如权利要求1所述的环状高精度轴向磁场步进电机，其特征在于：所述轴为非导磁材料制成，用于固定转子磁极。
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