CN109462295A - 步进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了步进电机，涉及电机技术领域。包括：定子部、转动部、端盖和两个密封圈；转轴插设于定子部的内部；第一滚珠轴承安装在转轴上、与第一端盖相适配；第二滚珠轴承安装在转轴上、与第二端盖相适配；转子一端部安装在第一滚珠轴承的内侧、另一端部安装在滚珠轴承的内侧，且转子与定子间隔气隙设置；定子绕组安装在定子的内部，线圈安装在定子绕组上；密封圈本体侧面设有外密封唇和内密封唇，外密封唇和内密封唇之间形成V型凹槽；一个密封圈本体套设于第一滚珠轴承上、该密封圈本体上的V型凹槽的槽口朝向第一端盖；另一个密封圈本体套设于第二滚珠轴承上、该密封圈本体上的V型凹槽的槽口朝向第二端盖；该步进电机能够降低漏磁损耗。

Description

步进电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及步进电机。

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是 现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在正常情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载 变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设 定的方向转动一个固定的角度，这个角度称为步距角。通过控制脉冲的数 量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度。

现有的步进电机主要包括定子和转子，定子和转子之间同心、且间隔 气隙设置，由于气隙的存在，使得步进电机漏磁损耗比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供步进电机，该步进电机能够降低漏磁损耗。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供步进电机，包括：定子部、转动部、端盖 以及两个密封圈；其中，所述定子部包括定子、定子绕组以及线圈；所述 转动部包括转轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承以及转子；所述端盖包括 第一端盖以及第二端盖；所述密封圈包括密封圈本体、外密封唇和内密封 唇；

所述定子的两端部分别设有所述第一端盖以及所述第二端盖；

所述转轴插设于所述定子的内部；

所述第一滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第一端盖相适配；所 述第二滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第二端盖相适配；

所述转子位于所述第一滚珠轴承以及所述第二滚珠轴承之间，且所述 转子一端部安装在所述第一滚珠轴承的内侧、另一端部安装在所述第二滚 珠轴承的内侧，且所述转子与所述定子间隔气隙设置；

所述气隙内填充有磁流变液；所述定子的轴心线、所述转轴的轴心线、 所述第一滚珠轴承的轴心线、所述第二滚珠轴承的轴心线以及所述转子的 轴心线在同一直线上；

所述定子绕组安装在所述定子的内部，所述线圈安装在所述定子绕组 上；

沿所述密封圈本体的周向，所述密封圈本体侧面上设有所述外密封唇 和所述内密封唇，所述外密封唇和内密封唇之间形成V型凹槽，所述V型 凹槽的槽底圆滑过渡；

一个所述密封圈本体套设于所述第一滚珠轴承上、且该密封圈本体上 的V型凹槽的槽口朝向所述第一端盖；另一个所述密封圈本体套设于所述 第二滚珠轴承上、且该密封圈本体上的V型凹槽的槽口朝向所述第二端盖。

进一步地，所述磁流变液为纳米材料。

进一步地，所述V型凹槽内复合设置有甲基乙烯基硅橡胶环。

进一步地，所述甲基乙烯基硅橡胶环的横截面为月牙形结构，其厚度 从所述V型凹槽的槽底向两边逐渐递减，并在所述V型凹槽的顶部形成反 包结构。

进一步地，所述定子包括多个磁极，每个磁极设有多个定子齿，设于 同一个磁极的相邻的两个所述定子齿之间具有第一齿槽；

每个所述定子齿的与所述第一齿槽相接的侧面包括第一顶面、第一竖 面和第一斜面，所述第一竖面与所述第一顶面垂直、且与所述第一斜面的 交接处具有第一倒角；

每个所述定子齿的所述第一斜面与相邻的所述定子齿的所述第一斜面 的交接处具有第二倒角。

进一步地，所述第一倒角与所述第二倒角的半径均为0.3mm。

进一步地，所述第一齿槽内镶嵌有一对首尾相连的磁条，且两个所述 磁条的极性相反。

进一步地，所述磁条的材料采用钕铁硼磁性材料。

进一步地，所述转子设有若干个转子齿，若干个所述转子齿环绕所述 转子外侧设置，相邻的两个转子齿之间具有第二齿槽；

每个所述转子齿的与所述第二齿槽相接的侧面包括第二顶面、第二竖 面以及第二斜面，所述第二竖面与所述第二顶面垂直、且与所述第二斜面 的交接处具有第三倒角；

每个所述转子齿的所述第二斜面与相邻的所述转子齿的所述第二斜面 的交接处具有第四倒角。

进一步地，所述第三倒角与所述第四倒角的半径均为0.3mm。

根据本发明的另一方面，包括：定子部、转动部、端盖以及两个密封 圈；其中，所述定子部包括定子、定子绕组以及线圈；所述转动部包括转 轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承以及转子；所述端盖包括第一端盖以及 第二端盖；所述密封圈包括密封圈本体、外密封唇和内密封唇；所述定子 的两端部分别设有所述第一端盖以及所述第二端盖；所述转轴插设于所述 定子的内部；所述第一滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第一端盖相 适配；所述第二滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第二端盖相适配； 所述转子位于所述第一滚珠轴承以及所述第二滚珠轴承之间，且所述转子 一端部安装在所述第一滚珠轴承的内侧、另一端部安装在所述第二滚珠轴 承的内侧，且所述转子与所述定子间隔气隙设置；所述气隙内填充有磁流 变液；所述定子的轴心线、所述转轴的轴心线、所述第一滚珠轴承的轴心线、所述第二滚珠轴承的轴心线以及所述转子的轴心线在同一直线上；所 述定子绕组安装在所述定子的内部，所述线圈安装在所述定子绕组上；沿 所述密封圈本体的周向，所述密封圈本体侧面上设有所述外密封唇和所述 内密封唇，所述外密封唇和内密封唇之间形成V型凹槽，所述V型凹槽的 槽底圆滑过渡；一个所述密封圈本体套设于所述第一滚珠轴承上、且该密 封圈本体上的V型凹槽的槽口朝向所述第一端盖；另一个所述密封圈本体 套设于所述第二滚珠轴承上、且该密封圈本体上的V型凹槽的槽口朝向所 述第二端盖；对于该步进电机而言，在转子与定子之间的气隙内填充有磁 流变液，磁流变液属可控流体，是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗 粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，这种悬浮体在零磁场条件下呈现出 低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性 的宾汉流体特性；当步进电机在无驱动脉冲信号时，定转子间磁场无旋转， 磁流变液在强磁场作用下具有较大的抗剪切能力；当输入驱动脉冲信号时， 磁流变液的运动方向与旋转磁场同向，磁流变液呈现出低粘度状态，剪切 力很小；磁流变液填充了气隙，可使气隙变小，磁场链路变短，从而使得 漏磁损耗大幅度降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的步进电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的步进电机的剖视图；

图3为本发明实施例提供的步进电机中密封圈的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的步进电机中定子的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的定子中磁极的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的步进电机中转子的结构示意图；

图7为图6在B处的放大图。

图标：10-定子部；101-定子；1011-磁极；1012-定子齿；1013-第一 齿槽；1014-第一顶面；1015-第一竖面；1016-第一斜面；1017-第一倒角； 1018-第二倒角；102-定子绕组；20-转动部；201-转轴；202-第一滚珠轴 承；203-磁流变液；204-转子；2041-转子齿；2042-第二齿槽；2043-第二 顶面；2044-第二竖面；2045-第二斜面；2046-第三倒角；2047-第四倒角； 30-端盖；301-第一端盖；302-第二端盖；40-密封圈；401-密封圈本体； 402-外密封唇；403-内密封唇；404-V型凹槽；405-甲基乙烯基硅橡胶环。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第 三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的步进电机的结构示意图；图2为本发明实 施例提供的步进电机的剖视图；图3为本发明实施例提供的步进电机中密 封圈的结构示意图；图4为本发明实施例提供的步进电机中定子的结构示 意图；图5为本发明实施例提供的定子中磁极的结构示意图；图6为本发 明实施例提供的步进电机中转子的结构示意图；图7为图6在B处的放大 图。

实施例

根据本发明的一个方面，提供步进电机，如图1、图2以及图3所示， 包括：定子部10、转动部20、端盖30以及两个密封圈40；其中，定子部 10包括定子101、定子绕组102以及线圈；转动部20包括转轴201、第一 滚珠轴承202、第二滚珠轴承以及转子204；端盖30包括第一端盖301以 及第二端盖302；密封圈40包括密封圈本体401、外密封唇402和内密封 唇403；

定子101的两端部分别设有第一端盖301以及第二端盖302；

转轴201插设于定子101的内部；

第一滚珠轴承202安装在转轴201上、且与第一端盖301相适配；第 二滚珠轴承安装在转轴201上、且与第二端盖302相适配；

转子204位于第一滚珠轴承202以及第二滚珠轴承之间，且转子204 一端部安装在第一滚珠轴承202的内侧、另一端部安装在第二滚珠轴承的 内侧，且转子204与定子101间隔气隙设置；

气隙内填充有磁流变液203；定子101的轴心线、转轴201的轴心线、 第一滚珠轴承202的轴心线、第二滚珠轴承的轴心线以及转子204的轴心 线在同一直线上；

定子绕组102安装在定子101的内部，线圈安装在定子绕组102上；

沿密封圈本体401的周向，密封圈本体401侧面上设有外密封唇402 和内密封唇403，外密封唇402和内密封唇403之间形成V型凹槽404，V 型凹槽404的槽底圆滑过渡；

一个密封圈本体401套设于第一滚珠轴承202上、且该密封圈本体401 上的V型凹槽404的槽口朝向第一端盖301；另一个密封圈本体401套设于 第二滚珠轴承上、且该密封圈本体401上的V型凹槽404的槽口朝向第二 端盖302。

根据本发明的步进电机，对于该步进电机而言，在转子204与定子101 之间的间隙内填充有磁流变液203，磁流变液203属可控流体，是由高磁导 率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，这种 悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下， 则呈现出高粘度、低流动性的宾汉流体特性；当步进电机在无驱动脉冲信 号时，定转子间磁场无旋转，磁流变液203在强磁场作用下具有较大的抗剪切能力；当输入驱动脉冲信号时，磁流变液203的运动方向与旋转磁场 同向，磁流变液203呈现出低粘度状态，剪切力很小；磁流变液203填充 了气隙，可使气隙变小，磁场链路变短，从而使得漏磁损耗大幅度降低；

需要说明的是，在第一滚珠轴承202上套设有一个密封圈本体401，第 二滚珠轴承上套设有一个密封圈本体401，无论是对第一滚珠轴承202与第 一端盖301还是第二滚珠轴承与第二端盖302而言，在密封时，外密封唇 402以及内密封唇403受到压缩，由于外密封唇402与内密封唇403之间形 成V型凹槽404，使得外密封唇402以及内密封唇403与密封面接触变宽， 从而使得密封圈40与密封面接触变宽，使得该密封圈40的密封效果好， 从而能够有效防止外界水分进入至定子101的内部；其中，密封圈40的材 料为丙烯酸酯橡胶或氢化丁腈橡胶。

此外，磁流变液203为纳米材料。

根据本发明步进电机的一种实施方式，如图3所示，V型凹槽404内复 合设置有甲基乙烯基硅橡胶环405。

根据本发明的步进电机，在V型凹槽404内复合设置有甲基乙烯基硅 橡胶环，能够提高密封时外密封唇402以及内密封唇403的延展性能，使 得外密封唇402以及内密封唇403与密封面接触更好，从而使得该密封圈 40的密封效果好。

根据本发明步进电机的一种实施方式，如图3所示，甲基乙烯基硅橡 胶环405的横截面为月牙形结构，其厚度从V型凹槽404的槽底向两边逐 渐递减，并在V型凹槽404的顶部形成反包结构。

根据本发明的步进电机，在V型凹槽404的顶部形成反包结构是为了 防止甲基乙烯基硅橡胶环405的脱落，并提高该密封圈40的延展性能。

根据本发明步进电机的一种实施方式，如图4以及图5所示，定子101 包括多个磁极1011，每个磁极1011设有多个定子齿1012，设于同一个磁 极1011的相邻的两个定子齿1012之间具有第一齿槽1013；

每个定子齿1012的与第一齿槽1013相接的侧面包括第一顶面1014、 第一竖面1015和第一斜面1016，第一竖面1015与第一顶面1014垂直、且 与第一斜面1016的交接处具有第一倒角1017；

每个定子齿1012的第一斜面1016与相邻的定子齿1012的第一斜面 1016的交接处具有第二倒角1018。

根据本发明的步进电机，对于定子101而言，由于第一倒角1017以及第 二倒角1018的设置，使得该定子101在相邻的定子齿1012之间过渡比较缓和 以及第一齿槽1013的结构过渡比较缓和，使得定子齿1012和第一齿槽1013 交界处的磁场变化比较缓和，环定子101一周的磁场变化相应地也比较缓 和，如此，转子在转动的过程中速度变化比较缓和，步进电机的振动较小， 运行的噪音也就降低了；

其中，第一倒角1017与第二倒角1018的半径均为0.3mm。

根据本发明步进电机的一种实施方式，第一齿槽1013内镶嵌有一对首 尾相连的磁条，且两个磁条的极性相反。

根据本明的步进电机，在第一齿槽1013内镶嵌有一对首尾相连的磁条， 且两个磁条的极性相反，可在不增加该步进电机外形尺寸的前提下，显著 提高该步进电机的输出力矩；

其中，磁条的材料采用钕铁硼磁性材料。

根据本发明步进电机的一种实施方式，如图6以及图7所示，转子204 设有若干个转子齿2041，若干个转子齿2041环绕转子204外侧设置，相邻 的两个转子齿2041之间具有第二齿槽2042；

转子齿2041的与第二齿槽2042相接的侧面包括第二顶面2043、第二 竖面2044以及第二斜面2045，第二竖面2044与第二顶面2043垂直、且与 第二斜面2045的交接处具有第三倒角2046；

每个转子齿2041的第二斜面2045与相邻的转子齿2041的第二斜面 2045的交接处具有第四倒角2047。

根据本发明的步进电机，对于转子而言，由于第三倒角2046以及第四 倒角2047的设置，使得该转子在相邻的转子齿2041之间过渡比较缓和以及 第二齿槽2042的结构过渡比较缓和，使得转子齿2041和第二齿槽2042交界 处的磁场变化比较缓和，环转子一周的磁场变化相应地也比较缓和，如此， 转子在转动的过程中速度变化比较缓和，步进电机的振动较小，运行的噪 音也就降低了。

其中，第三倒角2046与第四倒角2047的半径均为0.3mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普 通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行 修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者 替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.步进电机，其特征在于，包括：定子部、转动部、端盖以及两个密封圈；其中，所述定子部包括定子、定子绕组以及线圈；所述转动部包括转轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承以及转子；所述端盖包括第一端盖以及第二端盖；所述密封圈包括密封圈本体、外密封唇和内密封唇；

所述定子的两端部分别设有所述第一端盖以及所述第二端盖；

所述转轴插设于所述定子的内部；

所述第一滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第一端盖相适配；所述第二滚珠轴承安装在所述转轴上、且与所述第二端盖相适配；

所述转子位于所述第一滚珠轴承以及所述第二滚珠轴承之间，且所述转子一端部安装在所述第一滚珠轴承的内侧、另一端部安装在所述第二滚珠轴承的内侧，且所述转子与所述定子间隔气隙设置；

所述气隙内填充有磁流变液；所述定子的轴心线、所述转轴的轴心线、所述第一滚珠轴承的轴心线、所述第二滚珠轴承的轴心线以及所述转子的轴心线在同一直线上；

所述定子绕组安装在所述定子的内部，所述线圈安装在所述定子绕组上；

沿所述密封圈本体的周向，所述密封圈本体侧面上设有所述外密封唇和所述内密封唇，所述外密封唇和内密封唇之间形成V型凹槽，所述V型凹槽的槽底圆滑过渡；

一个所述密封圈本体套设于所述第一滚珠轴承上、且该密封圈本体上的所述V型凹槽的槽口朝向所述第一端盖；另一个所述密封圈本体套设于所述第二滚珠轴承上、且该密封圈本体上的所述V型凹槽的槽口朝向所述第二端盖。

2.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述磁流变液为纳米材料。

3.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述V型凹槽内复合设置有甲基乙烯基硅橡胶环。

4.根据权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述甲基乙烯基硅橡胶环的横截面为月牙形结构，其厚度从所述V型凹槽的槽底向两边逐渐递减，并在所述V型凹槽的顶部形成反包结构。

5.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子包括多个磁极，每个磁极设有多个定子齿，设于同一个磁极的相邻的两个所述定子齿之间具有第一齿槽；

每个所述定子齿的与所述第一齿槽相接的侧面包括第一顶面、第一竖面和第一斜面，所述第一竖面与所述第一顶面垂直、且与所述第一斜面的交接处具有第一倒角；

每个所述定子齿的所述第一斜面与相邻的所述定子齿的所述第一斜面的交接处具有第二倒角。

6.根据权利要求5所述的步进电机，其特征在于，所述第一倒角与所述第二倒角的半径均为0.3mm。

7.根据权利要求5所述的步进电机，其特征在于，所述第一齿槽内镶嵌有一对首尾相连的磁条，且两个所述磁条的极性相反。

8.根据权利要求7所述的步进电机，其特征在于，所述磁条的材料采用钕铁硼磁性材料。

9.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述转子上设有若干个转子齿，若干个所述转子齿环绕所述转子外侧设置，相邻的两个转子齿之间具有第二齿槽；

每个所述转子齿的与所述第二齿槽相接的侧面包括第二顶面、第二竖面以及第二斜面，所述第二竖面与所述第二顶面垂直、且与所述第二斜面的交接处具有第三倒角；

每个所述转子齿的所述第二斜面与相邻的所述转子齿的所述第二斜面的交接处具有第四倒角。

10.根据权利要求9所述的步进电机，其特征在于，所述第三倒角与所述第四倒角的半径均为0.3mm。