CN209562255U - 一种改良的混合式步进电机定子与转子结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改良的混合式步进电机定子与转子结构，包括有定子和转子，电极与转子相对的一面设有若干定子齿，而转子与电极相对的外表面设有与定子齿相配的转子齿，相邻定子齿之间具有定子齿槽，相邻转子齿之间则具有转子齿槽，各定子齿的齿顶宽与定子齿槽宽的尺寸比值为0.35‑0.62，转子齿的齿顶宽与转子齿槽宽的尺寸比值为0.30‑0.53。本实用新型通过将定子的齿及转子的齿分别设计成特殊比例的齿/槽比，不但可以提高步进电机的力矩，还可以改善电机的震动、噪音等性能，从而提高步进电机的整体性能。

Description

一种改良的混合式步进电机定子与转子结构

技术领域

本实用新型涉及电机产品技术领域，具体涉及一种混合式步进电机的定子与转子结构。

背景技术

随着科技发展和自动化程度的提高，混合式步进电机作为可控电子元件，在各种领域得到了广泛应用。在使用过程中，对于混合式步进电机在力矩、转速、噪音及震动等方面的性能要求越来越高。

混合式步进电机的运转与电机定子和转子密切相关，而其中最主要的是电机定子与电机转子的齿形结构。选择合适的定子齿与转子齿的结构，不仅能够提高电机的输出力矩，同时对电机的转速、震动及噪音等性能具有明显的改善作用。然而，现有市面上的混合式步进电机在定子齿及转子齿的宽度等结构方面的设计较为随意，并未给出最为合理的齿宽等结构。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、通过改变定子齿及转子齿的齿/槽宽比值以提高步进电机整体性能、改良的混合式步进电机定子与转子结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种改良的混合式步进电机定子与转子结构，包括有定子和转子，转子装配于定子内形成可相对定子的旋转结构；在定子的内孔壁上设置有若干朝转子伸出的电极，电极上绕设有线圈绕组，电极与转子相对的一面设置有若干定子齿，而转子与电极相对的外表面设置有与定子齿相配的转子齿，相邻定子齿之间具有定子齿槽，相邻转子齿之间则具有转子齿槽，其特征在于：各定子齿及定子齿槽分别具有均匀的结构和尺寸，而各转子齿及转子齿槽亦分别具有均匀的结构和尺寸；各定子齿的前端顶宽小于定子齿槽的宽度，两者的尺寸比值为0.35-0.62，即定子齿的前端顶宽为定子齿槽宽度的35-62％。

进一步地，所述转子齿的前端顶宽小于转子齿槽的宽度，两者的尺寸比值为0.30-0.53，即转子齿的前端顶宽为转子齿槽宽度的30-53％。

最佳地，定子齿的前端顶宽为定子齿槽宽度的48％，转子齿的前端顶宽为转子齿槽宽度的42％。

进一步地，所述定子齿的前端面均为弧形凹面，所有定子齿的前端面处于同一圆周面上；各转子齿的前端面均为弧形凸面，所有转子齿的前端面处于同一圆周面上。

进一步地，各定子齿前端面构成的圆周与各转子齿前端面构成的圆周具有相同的圆心。

本实用新型通过将定子的齿及转子的齿分别设计成特殊比例的齿/槽比(即齿顶宽与齿槽宽的比值)，当定子上的磁极与转子磁钢的磁极相异时，定子齿的齿顶与转子齿的齿顶在某一位置相互吸引，并达到平衡状态，带动电机转动。当定子绕组的电流变化方向时，定子电极上磁极随之变化，为到达平衡状态，转子随之转动，因此通过改变电机定子和转子的齿形尺寸，不但可以提高步进电机的力矩，还可以改善电机的震动、噪音等性能。

附图说明

图1为本实用新型定子与转子的配合示意图；

图2为定子齿的齿顶宽及齿槽宽尺寸示意图；

图3为转子齿的齿顶宽及齿槽宽尺寸示意图；

图4为参数确定的混合式步进电机随转速变化的输出力矩曲线；

图5为混合式步进电机随定子齿形尺寸Ws/We变化的输出力矩曲线；

图6为混合式步进电机随转子齿形尺寸Rs/Re变化的输出力矩曲线。

图中，1为定子，2为转子，3为绕组，4为电极，5为转子齿，6为转子齿槽，7为定子齿，8为定子齿槽。

具体实施方式

本实施例中，参照图1、图2和图3，所述改良的混合式步进电机定子与转子结构，包括有定子1和转子2，转子2装配于定子1内形成可相对定子的旋转结构；在定子1的内孔壁上设置有若干朝转子伸出的电极4，电极4上绕设有线圈绕组3，电极4与转子2相对的一面设置有若干定子齿7，而转子2与电极4相对的外表面设置有与定子齿7相配的转子齿5，相邻定子齿7之间具有定子齿槽8，相邻转子齿5之间则具有转子齿槽6；各定子齿7及定子齿槽8分别具有均匀的结构和尺寸，而各转子齿5及转子齿槽6亦分别具有均匀的结构和尺寸；各定子齿7的前端顶宽小于定子齿槽8的宽度，两者的尺寸比值为0.35-0.62。转子齿5的前端顶宽小于转子齿槽6的宽度，两者的尺寸比值为0.30-0.53。

混合式步进电机的常用转速范围为0-1200RPM(转/分)，当电机运转时，随着转速增大，电机内部的反电动势随之增大。当电机转速超过一定范围时，电机定子1的绕组3中的电流会急剧下降，电机的力矩也会随之减小。

绕组3产生的磁场强度直接影响到步进电机的特性：磁通量Φ与电机的电感有关，对于单一电机而言，电机的电感与定子绕组3的匝数有关，磁通量Φ与定子绕组3的匝数满足以下关系式：

Φ＝u*N2*S/L(表达式1)

其中Φ为磁通量；u为磁导率；N为绕线匝数；S为磁路截面积；L为磁路长度。

根据表达式1，当定子齿7的齿顶宽Ws和转子齿5的齿顶宽Rs增大时，磁路截面积S增大，导致电机磁通量Φ增大，步进电机力矩随之增大。当定子齿7的齿顶宽Ws和转子齿5的齿顶宽Rs尺寸增大到一定程度时，电极4上的磁极与转子2磁钢的磁极相互排斥的影响增加，导致步进电机的输出力矩减小。

如图2、图3所示，定子1内孔电极4上定子齿7齿顶的圆弧长度为齿顶宽Ws，相邻两个定子齿7之间的定子齿槽8的圆弧长度为齿槽宽We，定子齿7的齿顶宽Ws与齿槽宽We的比值为Ws/We；转子2外圆上的转子齿5齿顶的圆弧长度为齿顶宽Rs，相邻两个转子齿5之间的转子齿槽6的圆弧长度为齿槽宽Re，转子齿5的齿顶宽Rs与齿槽宽Re的比值为Rs/Re。

设定步距角为1.8°的两相混合式步进电机在两相励磁的驱动条件下运转，在齿形尺寸确定的情况下，混合式步进电机的输出力矩如图4所示，电机低转速时的输出力矩基本稳定，高速运转时超过一定转速后，输出力矩快速下降。设定电机低速运转转速为150RPM，高速运转转速为1200RPM，设计混合式步进电机的定子齿形和转子齿形的结构尺寸时，不仅要降低低速力矩的下降幅度，同时也要考虑降低高转速转矩的下降幅度。

在只考虑定子齿7的尺寸时，由图5的实验数据可知：定子齿7的齿顶宽Ws与齿槽宽We的尺寸比在0.35-0.62的范围内，混合式步进电机低速运转时的输出力矩和高速运转时的输出力矩下降幅度较小，其最优比值为Ws/We＝0.48。当步进电机最大转速小于1200RPM时，Ws/We的值可以根据需求在0.48-0.62范围内选用；当步进电机最大转速大于1200RPM时，Ws/We的值可以根据需求在0.35-0.48的范围内选取。

在只考虑转子齿5的尺寸时，由图6的实验数据可知：转子齿5的齿顶宽Rs与齿槽宽Re的尺寸比在0.30-0.53的范围内，混合式步进电机低速运转时的输出力矩和高速运转时的输出力矩下降幅度较小，其最优比值为Rs/Re＝0.42。当步进电机最大转速小于1200RPM时，Rs/Re的值可以根据需求在0.42-0.53范围内选用；当步进电机最大转速大于1200RPM时，Rs/Re的值可以根据需求在0.30-0.42的范围内选用。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种改良的混合式步进电机定子与转子结构，包括有定子和转子，转子装配于定子内形成可相对定子的旋转结构；在定子的内孔壁上设置有若干朝转子伸出的电极，电极上绕设有线圈绕组，电极与转子相对的一面设置有若干定子齿，而转子与电极相对的外表面设置有与定子齿相配的转子齿，相邻定子齿之间具有定子齿槽，相邻转子齿之间则具有转子齿槽，其特征在于：各定子齿及定子齿槽分别具有均匀的结构和尺寸，而各转子齿及转子齿槽亦分别具有均匀的结构和尺寸；各定子齿的前端顶宽小于定子齿槽的宽度，两者的尺寸比值为0.35-0.62，即定子齿的前端顶宽为定子齿槽宽度的35-62％。

2.根据权利要求1所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：所述转子齿的前端顶宽小于转子齿槽的宽度，两者的尺寸比值为0.30-0.53，即转子齿的前端顶宽为转子齿槽宽度的30-53％。

3.根据权利要求1所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：定子齿的前端顶宽为定子齿槽宽度的48％。

4.根据权利要求1所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：转子齿的前端顶宽为转子齿槽宽度的42％。

5.根据权利要求1所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：所述定子齿的前端面均为弧形凹面，所有定子齿的前端面处于同一圆周面上。

6.根据权利要求5所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：各转子齿的前端面均为弧形凸面，所有转子齿的前端面处于同一圆周面上。

7.根据权利要求6所述的改良的混合式步进电机定子与转子结构，其特征在于：各定子齿前端面构成的圆周与各转子齿前端面构成的圆周具有相同的圆心。