CN1929267A - 内定子磁轭具相邻端部的步进马达 - Google Patents

Abstract

一种内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其中，置于外转子内的内定子包括第一及第二磁轭组，第一磁轭组具有朝永磁外转子内侧的第一及第二端部，第二磁轭组则具有第三及第四端部，二线圈组分别磁性导通第一与第三端部、及第二与第四端部；因第一与第三端部之间的间距、及第二端部与第四端部之间的间距均等于相邻磁极间距；使磁轭组的两对应端部分别面向外转子的相邻磁极，提供最短的低磁阻磁路。另加辅助端部，更能有效地利用磁能、降低损耗，且磁轭组结构扎实，机械强度佳，而线圈组可先绕完再与磁轭组结合，更能降低制造难度而提高效率。

Description

内定子磁轭具相邻端部的步进马达

技术领域

本发明是关于一种内定子步进马达；特别是一种内定子磁轭具相邻端部的步进马达。

背景技术

步进马达由于可被精密控制，在许多领域中已被广泛接纳应用。由主要的转子与定子相关位置区别，可以分为内转子(外定子)马达与内定子(外转子)马达，目前虽以内转子马达较为盛行，但内定子马达仍有其固定市场。如图1美国第5,289,064号专利所示的内定子3结构的步进马达，其内定子3具有三组线圈组31、32、33，每一线圈组31、32、33是将一线圈310、320、330套设于一端连接于中央基部30的铁芯311、321、331中，且每一铁芯311、321、331相反于中央基部端形成复数磁齿312、313、314...，延伸自同一铁芯311的磁齿312、313、314分别同步对应于外转子的同性磁极。当线圈310被致能时，磁齿312、313、314形成例如N极，其它二线圈组的铁芯321、331磁齿则形成相反的S磁极。

然而，为控制转子旋转，三组线圈31、32、33的设置角度不能恰好同步面对外转子4的磁极，彼此间必须存在一角度偏移；换言之，当图示上方的磁齿312、313、314(N极)恰面对外转子S极时，左右下方的两组S极磁齿则必然与外转子4的N极偏斜相向，造成驱动转子4转动动能的损失。其次，由于磁力线必须形成封闭回路，而该种结构设计中，如图2所示，由图示上方磁齿312、313、314所发出的磁力线在抵达外转子4的S极后，无法由一简短的封闭磁路返回，必须经过外部的空气，再从左右下方的外转子N极，回到内定子S极磁齿并由铁芯321、331返回，其间磁阻甚大，又造成能量的无谓损耗。

此外，由于各铁芯311、321、331远离中央基部30处形成有磁齿312、313、314...，线圈310、320、330不能先绕线于一例如塑料框架后直接套至各对应铁芯311、321、331外，而必须直接绕线于铁芯311、321、331外。当步进马达要微型化时，绕线的困难度也随之提高，成本自然上升而效率下降。何况在安装时，各磁齿与外转子4距离相近，而连接磁齿与中央基部30的铁芯311、321、331结构却最单薄，所提供的机械强度亦有所不足。

因此，如何有效利用磁能、提高扭转效率、并缩减产品体积、增加内定子结构强度、使自动化生产成为可能，将是业者注目费心寻求的重点。

发明内容

本发明之一的目的，在于提供一种两磁轭组相对应端部分别朝向外转子的相邻磁极的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，使磁力线回路的磁阻降低，提高运转效能。

本发明的另一目的，在于提供一种磁轭组兼备同极性辅助端部的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，更进一步提高扭转效率。

本发明的再一目的，在于提供一种结构简单的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，以容许步进马达的进一步微型化并简化组装过程。

本发明的又一目的，在于提供一种磁轭组机械结构强固的内定子磁轭具相邻端部的步进马达。

本发明的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，包含：一供沿一枢轴旋转的环形永磁外传子，具有复数沿该枢轴径向设于该外转子内侧、且相邻者磁性相反的磁极，各该相邻磁极间距相等，及置于永磁外转子之中的一内定子；包括置于该内定子内的一第一磁轭组及一第二磁轭组，该第一磁轭组具有朝向该永磁外传子内侧的第一端部及第二端部，该第二磁轭组具有朝向该永磁外传子内侧的第三端部及第四端部，且该第一与该第三端部之间的间距、及第二端部与第四端部之间的间距均(略)等于各该相邻磁极间距，而该第一端部与第二端部之间、及第三端部与第四端部之间，分别形成有一高磁阻区；以及分别磁性导通该第一磁轭组第一端部与该第二磁轭组第三端部、及该第一磁轭组第二端部与该第二磁轭组第四端部的二线圈组；其中，当第一端部及第二端部是正对永磁外传子磁极时，该第三端部及第四端部是非正对该等磁极。

如上述的结构，本发明的步进马达由于将磁轭组的两对应端部面向外转子的相邻磁极，提供最短的低磁阻磁路，且增加辅助端部，有效利用磁能、降低损耗，且磁轭组的结构扎实，机械强度较佳，而线圈组可先绕线完成再与磁轭组结合，更使制造难度降低而提高效率，一举解决前述问题。

附图说明

图1是美国第5,289,064号专利的步进马达结构示意图；

图2是图1当步进马达作动时的示意图，说明其线圈被致能时，磁力线回路的途径；

图3是本发明第一较佳实施例的组合结构示意图，说明各磁轭组、各线圈组与转子之间的关系；

图4是图3去除线圈组后的结构示意图，以说明磁轭组的相对结构；

图5是本案第二较佳实施例的结构示意图，以说明磁轭组的相对结构；

图6是图5实施例磁轭组与线圈组结合部分的部分放大示意图，以说明两者的相对结合关系；

图7是本案第三较佳实施例的结构示意图。

上述图中主要组件的符号说明：

1、3...内定子

2、4...外转子

11、12、11′、12′、11″、12″...磁轭组

13、14、13′、13″、31、32、33...线圈组

30...中央基部

110、120...高磁阻区

110′、120′...间隙

111、112、121、122、111′、121′...端部

113、114、123、124...突出部

113′、123′...穿孔

115、125、126...辅助端部

117′、118′、127′、128′、117″、127″...铁磁性基座

130、140、130′...框架

131、141、 131′、310、320、330...线圈

132′、132″、311、321、331...铁芯

133′...螺栓

312、313、314...磁齿

具体实施方式

有关本发明的技术内容、特点与功效，配合附图所示的较佳实施例在下面作进一步详细地说明，将可清楚的呈现本发明的步进马达。此外在各实施例中，相同的组件将以相似的标号标示。如上述的标识。

如图3所示，本发明揭露的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，主要包含一含有N个磁极的永磁外转子2及一内定子1。在本实施例中，外转子2是选择一12磁极转子，其N、S磁极两两间隔地沿一枢轴放射状设置于外转子2内侧，因此在图示及下列计算过程中，每一磁极约占30°(360°/N)。

置于永磁外转子2之中的内定子1包括两组彼此分离的第一及第二磁轭组11、12，第一磁轭组分别在图示的左右两侧形成第一端部111及第二端部112；第二磁轭组则对应形成第三端部121及第四端部122。为说明起见，第一磁轭组11在图示下方接近左右两端，分别向图示下方形成有两处突出部113、114；而第二磁轭组12亦在面向第一磁轭组11的上方接近左右两端，分别向图示上方形成两对应突出部123、124。这种第一或第二磁轭组构成的朝向第二或第一磁轭组彼此对应延伸的突出部，是供各对应线圈组穿套设置的。

如图示：第一及第二线圈组13、14，则分别是预先在例如塑料框架130、140上缠绕线圈131、141而成。组合时，只要将绕线完成的线圈组13、14分别置于突出部113、123及114、124之间便可。致能各线圈组13、14时，感应出的磁力线受线圈组13、14的约束，自然存在于线圈组13、14内部。并受磁轭组11、12突出部113与123、及114与124之间的对应磁阻有较小的影响，磁性导通第一磁轭组11与第二磁轭组12。

为提供最低磁阻，第一磁轭组11的第一端部111与第二磁轭组12的第三端部121之间的间距，以及第二端部112与第四端部114之间的间距都恰规划为相当于外转子2的相邻磁极间距。由此，如图4所示，当致能第一线圈131时，线圈131所发的磁力线将由第一端部111进入外转子2对应的S极，并随即由逆时针方向相邻的N极回到第二磁轭组12的第三端部121，最后返回线圈131形成回路。

为使第一线圈131与第二线圈141可被轮流致能，而对外转子产生不同的吸引与排斥，配合第一线圈组13的第一及第三端部111、121与配合第二线圈组14的第二及第四端部112、122彼此必须异步，亦即当第一与第三端部111、121面向外转子磁极时，第二与第四端部112、122必须位于与外转子磁极错开的位置。

在本实施例中，为更进一步提高磁轭组的机械强度，第一磁轭组11与第二磁轭组12均为单一铁磁性基座所构成，但为避免两组线圈相互干扰，在第一磁轭组11的第一端部111与第二端部112之间、及第二磁轭组12第三端部121与第四端部122之间，分别形成有一高磁阻区110、120。

且为进一步提高吸引与排斥的扭矩，在图示第二磁轭组的下端略偏左右侧，分别形成有第一及第二辅助端部125、126，第一辅助端部125恰与第三端部121间隔约60°，以便在第一线圈131致能时，配合感应出较第三端部121微弱的S极，第二辅助端部126则是相对设计与第四端部122同步。在第一磁轭组11的上端，构成有一共享辅助端部115。由于该共享辅助端部115需与第一端部111及第二端部112各保持约60°夹角的间距，因此在本实施例中，当第一端部111与第二端部112夹约135°夹角(4×30°+15°)时，该共享辅助端部115具有较大的宽度。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，第一磁轭组与第二磁轭组的结构、以及各磁轭组与线圈组之间的连接关系并非局限于上述实施例。如图5本案第二较佳实施例所示，第一磁轭组11′及第二磁轭组12′亦可分别被区隔为彼此以间隙110′、120′相间隔的第一、第二铁磁性基座117′、118′及第三、第四铁磁性基座127′、128′。且如图6所示，各相对应的铁磁性基座117′、127′分别形成有一穿孔113′、123′，第一铁芯132′穿设于第一线圈131′及框架130′之内，共同组成第一线圈组13′；第一铁芯132′两端分别由例如一螺栓133′，固定至第一及第三铁磁性基座117′、127′的穿孔113′、123′处。由此，第一线圈组13′将可预先制造完成，并随后以自动化流程被固定于步进马达中，成为内定子的一部份。且由于第一铁磁性基座117′的第一端部111′与第三铁磁性基座127′的第三端部121′彼此间隔恰对应于外转子的两相邻磁极间隔，同样可以达到减少磁阻、提高扭矩的效果。

再者，如图7所示，第一磁轭组11″与第二磁轭组12″的各铁磁性基座亦可由居间连接的例如铁芯132″等结构，将第一铁磁性基座117″与第三铁磁性基座127″完全连接，使其与第一线圈组13″构成一组件，第二铁磁性基座则与第二线圈组及第四铁磁性基座构成一组件，亦可达到相同于前述实施例的效果。

惟以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已。当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明的范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利申请所涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种内定子磁轭具相邻端部的步进马达，包含：

一供沿一枢轴旋转的环形永磁外转子，具有复数沿枢轴径向设于该转子内侧、且相邻者磁性相反的磁极，各相邻磁极之间的间距相等，及置于永磁外转子之中的一内定子；

其特征在于包括：

置于内定子内的一第一磁轭组及一第二磁轭组，该第一磁轭组具有朝向该永磁外转子内侧的一第一端部及一第二端部，该第二磁轭组具有朝向该永磁外转子内侧的一第三端部及一第四端部，且该第一与该第三端部之间的间距、及第二端部与第四端部之间的间距均等于各相邻磁极的间距，而该第一端部与第二端部之间、及第三端部与第四端部之间，分别形成有一高磁阻区；以及

分别磁性导通该第一磁轭组第一端部与该第二磁轭组第三端部、及该第一磁轭组第二端部与该第二磁轭组第四端部的二线圈组；

其中，当该第一端部及第二端部正对该永磁外转子磁极时，该第三端部及第四端部是非正对该等磁极。

2.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的各线圈组分别包括一磁性连接至各端部的铁芯，及一套设于该铁芯外的线圈。

3.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的第一或第二，或者第一和第二磁轭组是一单一铁磁性基座，该基座具有二相连的铁磁性本体部，各本体部分别形成有端部，且该二本体部是以高磁阻区机械连接。

4.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的第一及第二磁轭组包括两彼此分离的铁磁性基座，各高磁阻区分别是位于该两分离铁磁性基座间的间隙。

5.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的第一或第二，或者第一和第二磁轭组构成有与各端部间距为偶数磁极间距的辅助端部。

6.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的第一磁轭组构成有一与第一端部及第二端部等间距的一共享辅助端部。

7.根据权利要求1所述的内定子磁轭具相邻端部的步进马达，其特征在于所述的第一或第二磁轭组构成有朝向第二或第一磁轭组彼此对应延伸的突出部，供各对应线圈组穿套设置。

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