CN111864942A - 一种盘式步进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式步进电机，转子组件包括两块夹持环形磁体的转子铁芯、转子铁芯上沿圆周均匀分布有2n个转子凸齿，相邻转子凸齿的中心之间的圆心角为

度，定子组件包括四块呈扇形的定子铁芯、以及设于定子铁芯背部的线圈包，每块定子铁芯的外周上、等间距的设有与转子凸齿对应的n个定子凸齿，且相邻定子凸齿的中心之间的圆心角为

度；每两块定子铁芯与一个转子铁芯正对设置，且位于同侧的两块定子铁芯相邻的两组定子凸齿之间的圆心角分别为

度、

度；其中，n为大于1的正整数。具有结构简单的特点，对加工精度的要求低，且可将轴向尺寸压缩至很扁。

Description

一种盘式步进电机

技术领域

本发明涉及步进电机技术领域，更具体地说，涉及一种盘式步进电机。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

现有的盘式步进电机的转子的单侧磁极既有N极，又有S极，磁钢需要多极充磁，转子与定子各处均需要高精度加工，以使定子、转子达到很高精度的同轴度，对加工工艺要求较高，且由于需要在转子的侧部粘贴很多块磁极，导致盘式步进电机的尺寸较大。

因此，如何解决现有盘式步进电机加工难度大且尺寸大的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种盘式步进电机，无需各处高精度加工，即可保证定子与转子间达到很高精度的同轴度，且轴向尺寸也压缩至很扁，以缩小电机的整体尺寸。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盘式步进电机，包括正对设置的转子组件与定子组件；

所述转子组件包括环形磁体、以及两块夹持所述环形磁体的转子铁芯、所述转子铁芯的外端面的外周上、沿圆周均匀分布有2n个转子凸齿，且相邻所述转子凸齿的中心之间的圆心角为

度，且两个所述转子铁芯上的齿槽相对；

所述定子组件包括四块对称设于所述转子组件两侧且呈扇形的定子铁芯、以及设于所述定子铁芯背部的线圈包，每块所述定子铁芯的外周上、等间距的设有与所述转子凸齿对应的n个定子凸齿，且相邻所述定子凸齿的中心之间的圆心角为

度；

每两块所述定子铁芯与一个所述转子铁芯正对设置，且位于同侧的两块所述定子铁芯相邻的两组所述定子凸齿之间的圆心角分别为

度、

度；

其中，n为大于1的正整数。

优选的，包括转轴，所述环形磁体套设于所述转轴上，两块所述转子铁芯套设于所述转轴上、且背对背夹持所述环形磁体，所述转轴在所述转子铁芯的外侧还套设有轴套与轴承，所述轴承上固定有前端盖与后端盖，所述定子铁芯固定于所述前端盖与所述后端盖内。

优选的，所述环形磁体为环形磁钢。

优选的，所述前端盖的外壁上设有第一环形台阶，所述后端盖的内壁上设有第二环形台阶，所述第一环形台阶与所述第二环形台阶过盈配合。

优选的，所述线圈包粘贴于所述定子铁芯的背部。

优选的，所述转子铁芯与所述定子铁芯的间隙为0.1-0.2mm。

优选的，所述转子铁芯上设有12个转子凸齿。

优选的，所述转子凸齿与所述定子凸齿为大小相同的三角凸齿。

优选的，所述转子凸齿与所述定子凸齿为大小相同的梯形凸齿。

优选的，所述转子凸齿的最大宽度等于相邻所述转子凸齿之间的距离，所述定子凸齿的最大宽度等于相邻所述定子凸齿之间的距离，且所述定子凸齿与所述转子凸齿的大小相同。

本发明所提供的盘式步进电机，通过在转子铁芯上设置转子凸齿，并在定子铁芯上设置定子凸齿，并使定子铁芯上的定子凸齿与转子铁芯上的转子凸齿错开一定的角度，通过顺序控制四个定子铁芯上的线圈包的通电顺序，并利用转子凸齿与定子凸齿之间的吸引力，即可带动转子组件步进转动，具有结构简单的特点，对加工精度的要求低。

对比现有常见的内转子、外定子的径向磁通结构的步进电机，本发明不需要各处高精度加工，即可使定子组件与转子组件之间达到很高精度的同轴度。此外，由于现有的盘式步进电机转子的单侧磁极既有N极，又有S极，磁钢需要多极充磁，导致其轴向尺寸较大，本发明只需要单向充磁即可，充磁工艺简单方便，可将盘式步进电机的轴向尺寸压缩至很扁，以提高其使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供盘式步进电机具体实施例的示意图；

图2为转子铁芯的示意图；

图3为位于同侧的两个定子铁芯的正面示意图；

图4为位于同侧的两个定子铁芯的背部示意图；

图5为本发明所提供盘式步进电机的步进原理的示意图。

其中，1-转轴、2-轴承、3-轴套、4-定子铁芯、41-定子凸齿、401-第一组定子铁芯、402-第二组电子铁芯、403-第三组定子铁芯、404-第四组定子铁芯、5-线圈包、6-前端盖、7-转子铁芯、71-转子凸齿、8-环形磁钢、9-后端盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的核心是提供一种盘式步进电机，无需各处高精度加工，即可保证定子与转子间达到很高精度的同轴度，且轴向尺寸也压缩至很扁，以缩小电机的整体尺寸。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供盘式步进电机具体实施例的示意图；图2为转子铁芯的示意图；图3为位于同侧的两个定子铁芯的正面示意图；图4为位于同侧的两个定子铁芯的背部示意图；图5为本发明所提供盘式步进电机的步进原理的示意图。

本发明所提供的盘式步进电机，包括正对设置的转子组件与定子组件；

转子组件包括环形磁体、以及两块夹持环形磁体的转子铁芯7、转子铁芯7的外端面的外周上、沿圆周均匀分布有2n个转子凸齿71，且相邻转子凸齿71的中心之间的圆心角为

度；

定子组件包括四块对称设于转子组件两侧且呈扇形的定子铁芯4、以及设于定子铁芯4背部的线圈包5，每块定子铁芯4的外周上、等间距的设有与转子凸齿71对应的n个定子凸齿41，且相邻定子凸齿41的中心之间的圆心角为

度；

每两块定子铁芯4与一个转子铁芯7正对设置，且位于同侧的两块定子铁芯4相邻的两组定子凸齿41之间的圆心角分别为

度；

其中，n为大于1的正整数。

定子组件与转子组件正对设置，以通过定子组件所产生的磁极带动转子组件转动，其中，转子组件包括环形磁体、以及两块夹持环形磁体的转子铁芯7，这样，环形磁体的磁力作用于转子铁芯7，使转子铁芯7被磁化，且其中一块转子铁芯的外端面为S极，另一块转子铁芯7的外端面为N极。需要说明的是，此处的外端面是指转动铁芯远离环形磁体的端面，即朝向定子组件的端面。

转子铁芯7的外端面的外周上还设有转子凸齿71，且转子凸齿71沿圆周均匀分布于转子铁芯7的外端面上，如此，在转子铁芯7的外端面上即形成严格错开的齿、槽结构，根据引力公式可使，引力与距离负相关，距离越小，引力越大。因此，转子凸齿71与定子组件的距离更近，因此，定子组件对转子铁芯7的引力，主要通过对转子凸齿71引力而发生作用。

且两个转子铁芯7上的齿槽相对，即其中一个转子铁芯7上的转子凸齿71正对另一个转子铁芯7上的相邻的转子凸齿71之间到凹槽。

定子组件包括四块呈扇形的定子铁芯4，且每个定子铁芯4背部的分别设有线圈包5，线圈包5用于驱动电路连接，以通过驱动电路使各个线圈包5按照一定的顺序分别通电，使定子铁芯4产生磁极，以对转子铁芯7产生引力。

定子铁芯4为扇形结构，每两块定子铁芯4与一块转子铁芯7正对设置，定子铁芯4上设有定子凸齿41，定子凸齿41等间距的与转子凸齿71对应。如此，当定子铁芯4背部的线圈包5通电后，定子铁芯4产生与转子铁芯7相互吸引的磁极，且由于定子凸齿41与转子凸齿71的距离最近，因此，定子铁芯4与转子铁芯7之间的引力主要通过定子凸齿41与转子凸齿71的之间的相互吸引。

以下对本发明所提供的盘式步进电机的步进原理进行详细介绍，如图5所示，为便于说明，以转子铁芯7上设有12个转子凸齿71为例进行说明：

由于转子铁芯7上设有12个转子凸齿71，则n＝6，即每个扇形的定子铁芯4上有6个定子凸齿41，则相邻转子凸齿71的中心之间的圆心角为30度，相邻定子凸齿41的中心之间的圆心角为28.75度；转子两侧是不同的磁极，并且两转子铁芯7齿槽相对，定子铁芯4共有四个，每个定子铁芯4单独通电以产生磁极。

在最初时刻，即图5中第一行，第一组定子铁芯401上的线圈包5通电，第一组定子铁芯401产生S极，对N极转子铁芯7进行吸引，由于定子铁芯4与转子铁芯7之间的引力，主要通过定子凸齿41与转子凸齿71的相互吸引，因此，定子铁芯4上六个定子凸齿41会分别对转子铁芯7上最近的转子凸齿71产生最大引力，即分别对转子铁芯7上1-6号转子凸齿71进行吸引，并最终使转子铁芯7上的1-6号转子凸齿71的磁极中心线与第一组定子铁芯401上的六个定子凸齿41的磁极中心线重合。

即第一组定子铁芯401的磁力中心线在3、4号定子凸齿41之间，从而使转子铁芯7根据定子铁芯4磁力形成的中心线位置转动，最终使转子铁芯7上的1-6号转子凸齿71的中心线与第一组定子凸齿41的中心线重合，从而达到定子铁芯4、转子铁芯7的磁场对准且磁力稳定的位置。

然后第二组定子铁芯402通电，产生S极，如图5中第二行，由于位于同侧的两块定子铁芯4相邻的两组所述定子凸齿41的之间的圆心角分别为A＝28.75度、B＝43.75度，因此，第二组定子铁芯402与第一组定子铁芯401之间的磁极中心线的圆心角为172.5度，而1-6号转子铁芯7与7-12号转子铁芯7的磁极中心线的圆心角为180度。

因此，当第二组定子铁芯402上的线圈包5通电后，第二组定子铁芯402上的6个定子凸齿41与7-12号转子凸齿71之间产生引力，使上一位置的转子向左行转动7.5度，即四分之一齿距，从而再次达到定子铁芯4、转子铁芯7的磁场对准且磁力稳定的位置。

如图5中第三行，第三组定子铁芯403上的线圈包5通电，使第三组定子铁芯403产生N极，同理，又使转子向左转动7.5度，即四分之一齿距，达到磁场对准且磁力稳定的位置。

如图5中第四行，第四组定子铁芯404上的线圈包5通电，使第四组定子铁芯404产生N极，同理，转子向左转动7.5度，即四分之一齿距，达到磁场稳定位置。

如图中第五行，第1组定子通电，使产生S极，转子向左行进四分之一齿距，达到磁稳定位置——即图中第一行转子位置。

按照如此规律给四组定子铁芯4背部的线圈包5循环通电，即可使转子组件连续步进，转子组件转完一整周总共行走48步，每步7.5°。

本发明所提供的盘式步进电机，通过在转子铁芯7上设置转子凸齿71，并在定子铁芯4上设置定子凸齿41，并使定子铁芯4上的定子凸齿41与转子铁芯7上的转子凸齿71错开一定的角度，通过顺序控制四个定子铁芯4上的线圈包5的通电顺序，并利用转子凸齿71与定子凸齿41之间的吸引力，即可带动转子组件步进转动，具有结构简单的特点，对加工精度的要求低。

对比现有常见的内转子、外定子的径向磁通结构的步进电机，本发明不需要各处高精度加工，即可使定子组件与转子组件之间达到很高精度的同轴度。此外，由于现有的盘式步进电机转子的单侧磁极既有N极，又有S极，磁钢需要多极充磁，导致其轴向尺寸较大，本发明只需要单向充磁即可，充磁工艺简单方便，可将盘式步进电机的轴向尺寸压缩至很扁，以提高其使用范围。

在上述实施例的基础之上，如图1所示，作为一种优选，包括转轴1，环形磁体套设于转轴1上，两块转子铁芯7套设于转轴1上、且背对背夹持环形磁体，转轴1在转子铁芯7的外侧还套设有轴套3与轴承2，轴承2上固定有前端盖6与后端盖9，定子铁芯4固定于前端盖6与后端盖9内。

在上述实施例的基础之上，考虑到环形磁体的具体选择，作为一种优选，环形磁体为环形磁钢8。环形磁钢8具有磁力稳定的优点。

在上述实施例的基础之上，考虑到前端盖6与后端盖9之间的具体连接方式，作为一种优选，前端盖6的外壁上设有第一环形台阶，后端盖9的内壁上设有第二环形台阶，第一环形台阶与第二环形台阶过盈配合。当然前端盖6与后端盖9之间还可通过丝口或螺钉等固定方式连接固定。

在上述实施例的基础之上，考虑到线圈包5与定子铁芯4的具体连接方式，作为一种优选，线圈包5粘贴于定子铁芯4的背部。另外，定子铁芯4也可通过粘贴的方式固定在前端盖6与后端盖9上。

在上述实施例的基础之上，作为一种优选，转子铁芯7与定子铁芯4的间隙为0.1-0.2mm。本实施例中，考虑到转子铁芯7与定子铁芯4之间应该保持一定的距离，以保证转子组件的正常转动，且转子铁芯7与定子铁芯4的之间的距离不宜过大，以保证转子铁芯7与定子铁芯4之间具有足够的引力，具体的，转子铁芯7与定子铁芯4之间的间距为0.1-0.2mm。

在上述实施例的基础之上，考虑到转子铁芯7上的转子凸齿71的具体个数设置，作为一种优选，转子铁芯7上设有12个转子凸齿71，当然转子凸齿71的个数还可根据需要选择其他的个数，具体的，应该根据每一步所需要转动的角度而灵活设置，本发明所提供的盘式步进电机四步转动一个齿的角度。

在上述实施例的基础之上，考虑到转子凸齿71与定子凸齿41的具体形状设置，作为一种优选，转子凸齿71与定子凸齿41为大小相同的三角凸齿。在关于转子凸齿71与定子凸齿41的形状的另一种实施例中，转子凸齿71与定子凸齿41为大小相同的梯形凸齿。其中，梯形凸齿可由图中三角凸齿得尖角去掉，使齿沿径向形成梯形，也可以使齿沿轴向形成梯形。

在上述任意实施例的基础之上，作为一种优选，转子凸齿71的最大宽度等于相邻转子凸齿71之间的距离，定子凸齿41的最大宽度等于相邻定子凸齿41之间的距离，且定子凸齿41与转子凸齿71的大小相同。

如图5所述，本实施例中，转子凸齿71的最大宽度等于相邻转子凸齿71之间的间距，定子凸齿41的最大宽度等于相邻定子凸齿41之间的距离，以保证步进的准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供盘式步进电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种盘式步进电机，其特征在于，包括正对设置的转子组件与定子组件；

所述转子组件包括环形磁体、以及两块夹持所述环形磁体的转子铁芯(7)、所述转子铁芯(7)的外端面的外周上、沿圆周均匀分布有2n个转子凸齿(71)，相邻所述转子凸齿(71)的中心之间的圆心角为

度，两个所述转子铁芯(7)上的齿槽相对；

所述定子组件包括四块呈扇形的、且对称设于所述转子组件两侧的定子铁芯(4)、以及设于所述定子铁芯(4)背部的线圈包(5)，每块所述定子铁芯(4)的外周上、等间距的设有与所述转子凸齿(71)对应的n个定子凸齿(41)，且相邻所述定子凸齿(41)的中心之间的圆心角为

度；

每两块所述定子铁芯(4)与一个所述转子铁芯(7)正对设置，且位于同侧的两块所述定子铁芯(4)相邻的两组所述定子凸齿(41)之间的圆心角分别为

度、

度；

其中，n为大于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的盘式步进电机，其特征在于，包括转轴(1)，所述环形磁体套设于所述转轴(1)上，两块所述转子铁芯(7)套设于所述转轴(1)上、且背对背夹着所述环形磁体，所述转轴(1)在所述转子铁芯(7)的外侧还套设有轴套(3)与轴承(2)，所述轴承(2)上固定有前端盖(6)与后端盖(9)，所述定子铁芯(4)固定于所述前端盖(6)与所述后端盖(9)内。

3.根据权利要求2所述的盘式步进电机，其特征在于，所述环形磁体为环形磁钢(8)。

4.根据权利要求3所述的盘式步进电机，其特征在于，所述前端盖(6)的外壁上设有第一环形台阶，所述后端盖(9)的内壁上设有第二环形台阶，所述第一环形台阶与所述第二环形台阶过盈配合。

5.根据权利要求4所述的盘式步进电机，其特征在于，所述线圈包(5)粘贴于所述定子铁芯(4)的背部。

6.根据权利要求1所述的盘式步进电机，其特征在于，所述转子铁芯(7)与所述定子铁芯(4)的间隙为0.1-0.2mm。

7.根据权利要求6所述的盘式步进电机，其特征在于，所述转子铁芯(7)上设有12个转子凸齿(71)。

8.根据权利要求7所述的盘式步进电机，其特征在于，所述转子凸齿(71)与所述定子凸齿(41)为大小相同的三角凸齿。

9.根据权利要求7所述的盘式步进电机，其特征在于，所述转子凸齿(71)与所述定子凸齿(41)为大小相同的梯形凸齿。

10.根据权利要求1至9任一项所述的盘式步进电机，其特征在于，所述转子凸齿(71)的最大宽度等于相邻所述转子凸齿(71)之间的距离，所述定子凸齿(41)的最大宽度等于相邻所述定子凸齿(41)之间的距离，且所述定子凸齿(41)与所述转子凸齿(71)的大小相同。

Images