CN200959565Y - 步进电机 - Google Patents

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Abstract

一种步进电机，其包括定子、转子和控制电路，所述定子片两侧设置有线圈，线圈与控制电路电性连接，所述定子片包括三个相隔120度的磁极端，所述三个磁极端组成一收容转子的转子孔。所述转子包括一磁性转子和一转子轴，所述磁性转子包括若干磁极。其中，所述定子为一体成形的单一定子片或三片组成的定子片，所述磁性转子的磁极数为大于2的偶数且不能为3的整除。所述步进电机坚固耐用，组装简单，且通过增加所述磁极数目，可减少步进角度，其步进微细度高。

Description

步进电机
【技术领域】
本实用新型涉及一种步进电机，特别是关于一种成本低、步进精度高的步进电机。
【背景技术】
在各种仪表器件或设备中，经常需要各种类型的步进电机来提供动力。其中，特别是在汽车仪表、手表等电子产品中，需要较高精度的步进电机。
请参阅图1，其是一种现有技术步进电机的结构示意图。所述步进电机包括第一定子片11、第二定子片12和一转子13。所述第一定子片11与第二定子片12部分层叠设置，所述第一定子片11两端分别为第一端面16、第二端面18，所述第二定子片12的两端面为第三端面17、第四端面19，所述第一端面11、第三端面17、第二端面18和第四端面19顺时针收容所述转子13。所述第一定子片11和第二定子片12均包括有线圈。另外，所述转子13内具有两个磁性相异的磁极。
所述第一定子片11和第二定子片12的线圈通电时，可分别在第一定子片11的第一、二端面16、18和第二定子片的第三、四端面17、19产生磁场，所述磁场可对转子13的磁极产生磁力矩，推动转子13转动。特别是在第一定子片11和第二定子片12的线圈电流方向交替改变时，所产生的交变磁场可持续推动转子13的转动，并能实现90度的步进转动。
然所述步进电机包括两片定子片，且两者层叠设置，因此组装困难，制造复杂，成本高。另外，所述转子13只包括两个磁极，因此步进角度只能实现90度，其步进精度较小。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题是：为克服现有技术步进电机成本高、步进精度低的问题，有必要提供一种成本低且步进精度高的步进电机。
本实用新型的技术方案是：
一种步进电机，其包括定子、转子和控制电路，所述定子片两侧设置有线圈，线圈与控制电路电性连接，所述定子片包括三个相隔120度的磁极端，所述三个磁极端组成一收容转子的转子孔；所述转子包括一磁性转子和一转子轴，所述磁性转子包括若干磁极，其中，所述定子为一体成形的单一定子片或三片组成的定子片，所述磁性转子的磁极数为大于2的偶数且不能为3的整除。
所述磁性转子相邻磁极的磁性相异，分别为南极和北极。
所述的步进电机，其步进角度为180度与所述磁性转子数目的商。
所述磁性转子的磁极数目为4，8，10，14，16，20，22，26，28，32，34，38。
所述转子孔与其所收容的转子的的垂直截面形状均为同心圆。
所述定子片磁极端面的弧长大于转子单个磁极的弧长而小于相邻两个磁极的弧长。
所述定子片各磁极端相互隔离。
所述定子片各相邻磁极端通过窄槽连接，其中，所述在窄槽端部到转子轴轴心的距离一致。
所述磁性转子为永磁铁转子。
有别于现有技术，本实用新型步进电机的定子为一体成形的单一定子片或由同一平面的三片组成的定子片，其制造简单，成本低。所述步进电机的磁性转子包括若干磁极，其数目为大于2且不能被3整除的偶数，其最小步进角度为180度与所述磁极数的商，因此，可通过增加磁极数目而不断的提高步进微细度。
【附图说明】
图1是一种先前技术步进电机的结构示意图；
图2是本实用新型步进电机第一实施方式的结构示意图；
图3是图2中所述步进电机的步进周期示意图；
图4是本实用新型步进电机第二实施方式的结构示意图；
图5是图4中所述步进电机的步进周期示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2，其是本实用新型步进电机第一实施方式的结构示意图。所述步进电机包括一定子、一转子和控制电路(图未示)。
所述定子为由软磁材料一体成形的单一定子片21，所述定子片21两侧设置有第一线圈28和第二线圈29，所述第一线圈28和第二线圈29均与控制电路电性连接。所述定子片21的中心位置为容纳转子的转子孔，所述转子孔的截面形状为转子截面形状的同心圆。所述定子片21包括三个相互间隔120度的磁极端面，所述三个磁极端面分别为第一磁极端面23、第二磁极端面24和第三磁极端面25，所述第一、二、三磁极端面23、24、25为大小一致的圆弧面，且收容所述转子。
所述转子包括一磁性转子22和一转子轴，所述磁性转子22为永磁铁所制成，其包括4个径向设置的磁极，其中，所述相邻磁极间的磁性相异，为分别交叉设置的南极26和北极27。另外，所述磁极的朝向定子片21磁极端面的一侧为一圆弧面。所述转子轴的端部具有齿轮，以传递转子的旋转运动。
另外，所述定子片21的各磁极端面23、24、25的圆弧长度介于一个磁极的圆弧长度和相邻两个磁极的圆弧长度之间。
请参阅图3，其是本实施方式步进电机的步进周期示意图。当所述步进电机工作时，转子的驱动步骤分四个阶段，所述四个阶段完成一个驱动周期。
其中，第一阶段为，通过控制电路给第一线圈28和第二线圈29，分别通以同方向的电流。由于线圈的电磁感应，使得第一磁极端面23和第二磁极端面24为北极，第三磁极端面25为南极，而所述磁性转子22的4个磁极为相互间隔设置的两个南极26和两个北极27。因此，所述第一磁极端面23和第二磁极端面24会对与其接近的南极26磁极产生吸引，而第三磁极端面25则吸引临近的转子北极27，因此对磁性转子22产生磁力矩，推动磁性转子22的逆时针转动，其步进角度为45度。
第二阶段，通过控制电路改变第一线圈电流28的方向，使得第一磁极端面23变成南极，第二磁极端面24保持不变，仍为北极，第三磁极端面25则极性消失。这样所述第一磁极端面23吸引磁性转子22最接近的北极27，第二磁极端面24吸引最近的南极26，从而产生磁力矩，使得磁性转子22逆时针旋转偏转，其步进角度仍为45度，且偏离初始位置90度。
第三阶段，通过控制电路改变第二线圈电流29方向，同时保持第一线圈28的电流方向不变。所述第一磁极端面23的磁性保持不变，仍为南极；所述第二磁极端面24在电磁感应作用下，变为南极；所述第三磁极端面25则成为北极。如此，所述第三磁极端面25吸引与其临近的磁性转子22南极26，第一磁极端面23和第二磁极端面24则吸引临近其的磁性转子22的北极27，从而产生磁力矩，并使得所述磁性转子22逆时针偏转，其步进角度也为45度，因此已偏离初始位置135度。
第四阶段，再通过控制电路改变第一线圈28的电流方向，使得第一磁极端面23在电磁感应作用下成为北极；第二磁极端面24则保持不变，仍为南极；第三磁极端面25则磁性消失。从而使得第一磁极端面23吸引临近其的磁性转子22的南极26，第二磁极端面24吸引临近其的磁性转子22的北极27，两者产生磁力矩，使得磁性转子22逆时针偏转45度，从而已偏离初始位置180度。
所述磁性转子22偏转180度后，其状态与其初始位置一致，因此可重复第一、二、三、四阶段，使得磁性转子22持续同方向偏转。
本实用新型步进电机在每一阶段改变线圈电流方向而产生的步进角度45度，其是大小为180度与所述磁性转子22磁极数目的商。
请参阅图4，其是本实用新型步进电机第二实施方式的结构示意图。本实施方式的结构与步进电机第一实施方式的结构相似，其也包括一定子片31、一转子32和控制电路。所述定子片31包括三个相互间隔120度的磁极端面及两个线圈，所述三个磁极端面分别为第一磁极端面33、第二磁极端面34和第三磁极端面35，所述两个线圈分别为第一线圈38和第二线圈39，并对称设置于所述定子片31两侧。然而，其磁性转子32包括8个磁极，所述8个磁极径向设置，且相邻磁极间的磁性相异，为4个南极36和4个北极37相互交叉排列。另外，所述第一磁极端面33、第二磁极端面34和第三磁极端面35收容所述具有8个磁极的磁性转子32。
请参阅图5，其是图4中步进电机步进周期的示意图，所述步进电机步进周期也分四个阶段。
其中，第一阶段，先由控制电路给第一线圈38和第二线圈39通以电流，使得定子片31的第一磁极端面33成为北极，第二磁极端面34也为北极，第三磁极端面35为南极。所述第三磁极端面35吸引临近其的磁性转子32的北极37，所述第一、二磁极端面33、34吸引临近其的磁性转子32南极36，从而所述定子片31的第一、二、三磁极端面33、34、35对所述磁性转子32产生磁力矩，使得磁性转子32发生逆时针偏转，其偏转角度为22.5度，即步进微细度为22.5度。
第二阶段，由控制电路使得第二线圈39的电流方向发生变化，而第一线圈38电流方向保持不变。由于电磁感应的作用，使得定子片31的第一磁极端面33为北极，第二磁极端面34为南极，第三磁极端面35则极性消失，从而使第一磁极端面33吸引临近其的磁性转子32的南极36，第二磁极端面34吸引临近其的磁性转子32的北极37，并产生磁力矩，使得磁性转子32逆时针偏转22.5度，使得磁性转子32偏离初始位置45度。
第三阶段，由控制电路改变第一线圈38的电流方向，而保持第二线圈39电流方向不变。在电磁感应作用下，使得定子片31的第一磁极端面33成为南极，第二磁极端面34则保持南极，第三磁极端面35则变成北极。所述第三磁极端面35吸引临近其的转子32的南极36，第一、二磁极端面33、34吸引临近其的转子32的北极37，从而对转子32产生磁力矩，并使得所述转子32逆时针再偏转22.5度，从而偏离原初始位置67.5度。
第四阶段，再由控制电路改变第二线圈39的电流方向，并保持第一线圈38的电流方向不变。在电磁感应作用下，使得定子片31第一磁极端面33成为南极，第二磁极端面34则保持北极不变，第三磁极端面35则极性消失。因此，所述第一磁极端面33会吸引临近其的转子32的北极37，第二磁极端面34会吸引临近其的转子32的南极36，从而产生磁力矩，使得所述转子32逆时针偏转22.5度，从而使得所述转子32偏移初始位置90度。
然而由于本实施方式转子32的具有8个磁极，其4个南极36和4个北极37相互交叉径向设置。因此转子32偏转90度后，其状态与其初始位置一致，因此可重复第一、二、三、四阶段，使得转子32持续同方向偏转。
另外，本实用新型步进电机在每一阶段改变线圈电流方向而产生的步进角度22.5度，其是大小也为180度与所述转子磁极数目的商。
本实用新型步进电机通过增加所述磁性转子的磁极数目，从而提高步进微细度，其最小步进角度为180度与所述转子磁极数目的商，因此可通过增加转子磁极数目来持续提高步进电机的步进微细度。然而，由于本实用新型的定子片设置有三个磁极端面，其通过其磁极的改变以对转子产生磁力矩，从而驱动转子转动。然而，为防止出现磁力矩平衡的状况，所述转子的磁极数目为大于2的偶数，且不可为3整除，因此所述磁极数目可为4、8、10、14、16、20、22、26、28、32、34、38等，当转子磁极数目增加时，所述步进电机步进工作相似，均为通过依次改变线圈电流方向，既由三个磁极端面的磁极驱动磁性转子转动，以实现步进。另外，本实用新型定子为一体成形的单一的定子片，其制造简单、成本低。
本实用新型步进电机可做如下改进，即所述定子片的三个磁极端面之间可通过三个相互间隔120度的窄槽隔开。所述三个窄槽沿转子径向设置，且每个窄槽两端均与定子片相连接，其连接部较薄，所述磁场已在此处饱和而对转子产生磁力矩，各窄槽端部转子轴心的距离相等。另外，所述定子也可为三片组成的定子片，且所述定子片的三片在同一平面，并分别对应三个磁极端面，因此制造简单、成本低。
综上所述，本实用新型步进电机的定子为一体成形的单一定子片或三片组成的定子片，其制造简单，成本低。所述步进电机的磁性转子的磁极数目为大于2且不能被3整除的偶数，其最小步进角度为180度与所述磁极数的商，因此，可通过增加磁极数目而不断的提高步进微细度。因此本实用新型步进电机制造简单，成本低，步进微细度高，且可根据实际需求，通过增加转子磁极数目，不断提高步进微细度。

Claims (9)

1.一种步进电机，其包括定子、转子和控制电路，所述定子片两侧设置有线圈，线圈与控制电路电性连接，所述定子片包括三个相隔120度的磁极端，所述三个磁极端组成一收容转子的转子孔；所述转子包括一磁性转子和一转子轴，所述磁性转子包括若干磁极，其特征在于：所述定子为一体成形的单一定子片或三片组成的定子片，所述磁性转子的磁极数为大于2的偶数且不能为3整除。
2.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于：所述磁性转子中相邻磁极的磁性相异，分别为南极和北极。
3.根据权利要求2所述的步进电机，其特征在于：其步进角度为180度与所述磁性转子数目的商。
4.根据权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述磁性转子的磁极数目为4，8，10，14，16，20，22，26，28，32，34，38。
5.根据权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述转子孔与其所收容的转子的垂直截面形状均为同心圆。
6.根据权利要求5所述的步进电机，其特征在于：所述定子片磁极端面的弧长大于转子单个磁极的弧长而小于相邻两个磁极的弧长。
7.根据权利要求6所述的步进电机，其特征在于：所述定子片各磁极端相互隔离。
8.根据权利要求6所述的步进电机，其特征在于：所述定子片各相邻磁极端通过窄槽连接，其中，所述在窄槽端部到转子轴轴心的距离一致。
9.根据权利要求7或8任一所述的步进电机，其特征在于：所述磁性转子为永磁铁转子。
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Denomination of utility model: Dividing driving circuit for step motor

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License type: Exclusive license

Record date: 20081015

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Granted publication date: 20071010

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