CN1185682A

CN1185682A - 复合步进电机

Info

Publication number: CN1185682A
Application number: CN96121580A
Authority: CN
Inventors: 杉浦恒雄
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-06-24

Abstract

一种复合步进电机,包括:一对相互隔开的安装在一根固定轴上的轴承,一个可转动地支承在该轴承的转子壳体,一个带有多个转子齿的、设置于箱体内表面的环形转子磁轭,安装在该固定轴上的第一和第二定子磁轭以及装在它们之间的磁性板,多个位于每一个定子磁轭外表面上的定子齿,在所述第一和第二定子磁轭的外表面的轴向中间处分别形成的第一和第二绕组座,以及分别安装在该第一和第二绕组座上的第一和第二绕组,其中该定子磁轭之间的极性并不相同。

Description

复合步进电机

本发明涉及复合步进电机，特别是涉及复合步进电机的改进：通过简化线圈绕组和线圈安装、增加线圈的密度来提高效率、降低成本。

如图1和图2所示，现有的复合步进电机在其定子壳体4的两端上由一对轴承2、3可转动地支承着一根转动轴1。在定子壳体4的内表面4a上有一个基本上为圆环状的定子磁轭6。其上装有一个定子绕组5。在定子磁轭6的内表面上有许多磁极11，它们沿圆周均匀分布，每一个磁极11上又有多个定子齿7。在轴承2，3之间的转动轴1上一体地安装着圆环形的第一和第二转子磁轭9、10，在该磁轭9、10之间有一磁性板8。沿着转子磁轭9、10的圆周上分别有多个转子齿9a、10a，转子磁轭9、10的极性彼此不相同。通过图中未表示的一个驱动电路将一个驱动脉冲输送给定子绕组5，转子磁轭9、10就步进地转动。

如此构成的现有复合步进电机有下列问题。

在上述现有复合步进电机中，磁性板卡夹在转子磁轭之间、缠绕在定子磁轭的每一个齿上的定子绕组设置在壳体的内侧。因此，给每一齿绕上线圈是一个困难的任务，而且，增加绕组的圈数也将变得困难。

本发明的目的就是要解决上面提到的不便之处，通过简化线圈绕组和线圈安装、增加线圈的密度，提供一种高效率、低成本的复合步进电机。

为达到上述目的，本发明的复合步进电机包括：一对相互间隔的安装在一根固定轴上的轴承，一个可转动地支承在该轴承上的转子壳体，一个带有多个转子齿的、设置于转子壳体内表面的环形转子磁轭，安装在该固定轴上的第一和第二定子磁轭以及装在它们之间的磁性板，多个位于每一个定子磁轭外表面上的定子齿，在每一个定子磁轭的外表面、在其纵向中心处形成的第一和第二绕组座，分别安装在第一和第二绕组座上的第一和第二绕组，其中定子磁轭之间的极性并不相同。

本发明的复合步进电机包括：一对设置在一个壳体两端的轴承，一根可旋转地支承在每一轴承的转动轴，在壳体中、沿壳体轴线方向设置着第一和第二环形的定子磁轭以及位于它们之间的一个环形磁性板，多个位于每一个环形定子磁轭内表面上的定子齿，在每一个定子磁轭的内表面的轴向中间处形成的第一和第二绕组座，分别安装在第一和第二绕组座上的第一和第二绕组，在转动轴上、对应每一个定子磁轭的位置上装有一个转子磁轭，以及在每一个转子磁轭的外表面上形成的多个转子齿。

本发明的复合步进电机包括：一对相互间隔的、安装在一根固定轴上的轴承，一个可转动地支承在该轴承上的转子壳体，一个带有多个转子齿的、设置在壳体内表面的环形转子磁轭，一个设置在固定轴外周面的磁性筒体，一对与磁性筒体外面啮合的环形的第一和第二定子磁轭，多个位于每一个环形定子磁轭外表面上的定子齿，形成于每一个定子磁轭的外表面的轴向中间处的第一和第二绕组座，以及第一和第二绕组、分别安装在第一和第二绕组座上，其中环形定子磁轭之间的极性并不相同。

图面的简要说明。

图1是现有步进电机的纵向剖视图。

图2是现有步进电机早期产品的横向剖视图。

图3表示本发明的转子外置式复合步进电机的纵向剖视图。

图4是图3中的复合步进电机的横向剖视图。

图5表示磁性板形成的磁力线。

图6表示线圈绕组形成的磁力线。

图7表示线圈绕组中输入电流时与磁性板共同形成的磁力线，以及转子磁轭的步进运动。

图8是本发明的另一个实施例的剖视图。

图9是本发明的另一个实施例的剖视图。

图10表示图7中的磁性板形成的磁力线。

图11表示图7中的线圈绕组形成的磁力线。

图12表示线圈绕组中输入电流时与磁性板共同形成的磁力线，以及转子磁轭的步进旋转运动。

现在参考这些图示来介绍本发明的优选实施例。在下面的介绍中，与现有技术中的部件相同的部件用相同的标号表示。

图3所示的是转子外置式复合步进电机。标号1所指为一根非磁性材料做成的固定轴。支承着固定轴1的是一对相互分开的轴承2、3。这一对轴承2、3可转动地支承着一个基本上为圆筒状的转子壳体4。设置于转子壳体4内表面的是一个圆环形的转子磁轭6，在其上有多个转子齿。

第一和第二环形定子磁轭9、10沿着固定轴1的轴线方向布置在固定轴1上，一个磁性板位于它们之间。第一和第二定子磁轭9，10以及位于它们之间的磁性盘8构成一个整体结构。在第一和第二定子磁轭9，10的纵向中间处的外圆上分别具有第一和第二绕组座20a，21a。在绕组座20a，21a上象绕线管一样绕有第一和第二绕组22，23(每一个绕组都是用一个绕线机绕上去的)。在第一定子磁轭9的外表面上有第一和第二N极N1、N2，第一定子绕组22就位于它们之间；在第二定子磁轭10的外表面上有第一和第二S极S1、S2，第二定子绕组23就位于它们之间。磁极N1、N2、S1、S2分别对着转子齿7，每一个磁极N1、N2、S1、S2上都有多个与转子齿7相同齿距的定子齿9a，10a。如图7中所示N1上的定子齿9a与N2上的定子齿9a相互之间错开了1/2齿；S1上的定子齿10a与S2上的定子齿10a相互之间错开了1/2齿。N极N1、N2上的定子齿9a与S极上的定子齿10a之间相对应地错开1/4齿。

现在介绍该步进电机的工作过程。图5表示磁性板8形成的磁力线。图6表示为第一和第二绕组22、23形成的磁力线，磁力线的方向由通过绕组22、23中的电流的方向所决定。如图7所示，当驱动电路(图中未画出)输入的电流以图中所示的A方向流过其间布置有磁性板8的第一和第二定子绕组22、23时，由于已知的磁感应的效果，转子磁轭6处于状态0。然后，当电流以图中所示的B方向流过时，转子磁轭6从状态0转到状态I。接着，当驱动电路输入的电流以A棒所示方向、再以B棒所示的方向流过定子绕组22、23时，转子磁轭6转到状态II，再转到状态III。当电流再一次以图中所示的A方向流过时，转子磁轭6又回到状态0。这样，电机就转动了一个转子齿7的齿距的距离。

图8表示一转子内置式复合步进电机，其中将本发明应用到图1和图2中所示的现有转子内置式复合步进电机。设置在非磁性材料做成的定子壳体104的内表面的是一对圆环形的第一第二定子磁轭106、106A，定子磁轭的中间是一个圆环形的磁性板30，它们沿着箱体104的轴线构成一个整体。定子磁轭106、106A之间的极性并不相同。在定子磁轭106、106A上各有一个绕组座20a、21a，在该座上象绕线管一样分别绕有第一和第二定子绕组22、23。装在由磁性材料做成的转动轴100上的是一个转子磁轭109，正对着上面提到的定子磁轭106、106A。在转子磁轭109的外表面上有多个转子齿109a。虽然图8中的步进电机是按转子内置式设计的，与图3中的情况相反，但是图5-7中所描述的步进转动的工作原理同样适用于图8中的步进电机。以上的讨论是基于这样的假设，即定子绕组22、2采用双极绕线方式。采用单极绕线方式也具有同样的优点。另外，以上的讨论假定是单相激励。一个两相激励或者单相/两相激励也同样可行。现有复合步进电机采用小步距或者正弦/余弦驱动，根据本发明的复合马达也可采用这些驱动方式。齿7、9a、10a、107、109a之间的错齿对置是相对的，任何齿之间的错齿排列都会获得同样的效果。

参照图9到图10，介绍本发明其它的实施例。这些实施例中的与前面实施例中相同的的部件用相当的标号表示。

图9中的标号1是一根固定轴1，其上安装着一对相隔开的轴承2、3。一个基本上为圆筒形的转子壳体4支承在这一对轴承上。设置在转子壳体4的内表面4a的是一个带有多个转子齿7的圆环形的转子磁轭6。

磁性筒体8设置在固定轴1的外表面上，在其上沿轴向顺次排列着第一和第二环形的定子磁轭9、10以及位于它们之间的空隙1A。磁性筒体8和其上第一和第二定子磁轭9、10构成一个整体。

在定子磁轭9、10的外表面的轴向中间处有第一和第二绕组座20a、21a，在该第一和第二绕组座20a、21a上象绕线管一样分别用绕线机自动地绕有绕组22、23。在第一定子磁轭9的外表面上有第一和第二N极N1、N2，第一定子绕组22就位于它们之间；在第二定子磁轭10的外表面上有第一和第二S极S1、S2，第二定子绕组23就位于它们之间。磁极N1、N2、S1、S2分别对着转子齿7，每一个磁极N1、N2、S1、S2上都有多个与转子齿7相同齿距的定子齿9a、10a。如图12中所示N1上的定子齿9a与N2上的定子齿9a相互之间错开了1/2齿；S1上的定子齿10a与S2上的定子齿10a相互之间错开了1/2齿。N极N1、N2上的定子齿9a与S极上的定子齿10a之间相对应地错开1/4齿。

现在介绍步进电机的工作过程。图10表示磁性筒体8形成的磁力线。图11表示第一和第二定子绕组22、23形成的磁力线，磁力线的方向由通过绕组22、23中的电流的方向所决定。如图12.所示，当驱动电路(图中未画出)输入的电流以图中所示的A方向流过布置在磁性筒体8的第一和第二定子绕组22、23时，由于周知的磁感应的效果，转子磁轭6处于状态0。然后，当电流以图中所示的B方向流过时，转子磁轭6从状态0转到状态I。接着，当驱动电路输入的电流以A棒所示方向、再以B棒所示的方向流过定子绕组22、23时，转子磁轭6转到状态II，再转到状态III。当电流再一次以图中所示的A方向流过时，转子磁轭6又回到状态0。这样，电机就转动了一个转子齿7的齿距的距离。

根据本发明的外置式复合步进电机具有以下优点：由于以图3中的结构将绕组绕在定子磁轭的外表面上，所以线圈的安装变得非常容易，从而大大降低了转子制造成本；由于绕组线圈象绕线管一样简单绕装，能大大增加线圈绕组环数的密度或线圈体积比，从而大大改善了步进电机的性能。

Claims

1.一种复合步进电机，包括：一对相互隔开的安装在一根固定轴上的轴承，一个可转动地支承在该轴承的转子壳体，一个带有多个转子齿的、设置于箱体内表面的环形转子磁轭，安装在该固定轴上的第一和第二定子磁轭以及装在它们之间的磁性板，多个位于每一个定子磁轭外表面上的定子齿，在所述第一和第二定子磁轭的外表面的轴向中间处分别形成的第一和第二绕组座，以及分别安装在该第一和第二绕组座上的第一和第二绕组，其中该定子磁轭之间的极性并不相同。

2.一种复合步进电机，包括：一对安置在一个壳体两端的轴承，一根可转动地支承在该轴承上的转动轴，在该壳体中、沿该壳体轴线安置着的第一和第二环形定子磁轭以及位于它们之间的一个环形磁性板，多个形成于每一个环形定子磁轭内表面上的定子齿，在所述第一和第二定子磁轭的内表面的轴向中间处形成的第一和第二绕组座，分别安装在该第一和第二绕组座上的第一和第二绕组，在转动轴上、对应该定子磁轭的位置上装有一个转子磁轭，在每一个转子磁轭的外表面上形成多个转子齿。

3.一种复合步进电机，包括：一对相互隔开的、安装在一根固定轴上的轴承，一个可转动地支承在该轴承的转子壳体，一个带有多个转子齿的、设置在壳体内表面的环形转子磁轭，一个设置在固定轴外面的磁性筒体，一对与磁性圆筒外面啮合的第一和第二环形定子磁轭，多个形成于每一个环形定子磁轭外表面上的定子齿，在所述第一和第二环形定子磁轭的外表面的轴向中间处分别形成第一和第二绕组座，以及第一和第二绕组、分别安装在第一和第二绕组座上，其中环形定子磁轭之间的极性并不相同。

4.根据权利要求1所述的复合步进电机，其中在定子磁轭之间有一空隙。