CN216555598U - 一种步进电机及电动阀 - Google Patents

Abstract

一种步进电机及电动阀，包括定子组件、转子组件以及电机轴，转子组件套设于电机轴的外周，转子组件与电机轴间隙配合，定子组件具有第一容纳腔，转子组件和电机轴至少部分位于第一容纳腔，步进电机包括定位架，定位架与定子组件直接或间接固定连接，定位架具有定位孔，定位孔的中心轴线与第一容纳腔的中心轴线重合或趋于重合，电机轴的一部分与定子组件固定连接，电机轴的一部分位于定位孔内。本申请的步进电机，有利于保证电机轴与定子组件之间的同轴度，从而有利于保证转子组件与定子组件同轴度，可以有效减少步进电机运行过程中因为电机轴偏心造成转子组件与定子组件摩擦，降低步进电机噪声。

Description

一种步进电机及电动阀

技术领域

本申请涉及电机领域，具体涉及一种步进电机以及包括该步进电机的电动阀。

背景技术

步进电机包括定子组件、转子组件及电机轴，转子组件套设于电机轴的外周，定子组件位于转子组件的外周，定子组件通电产生激励磁场，转子组件在激励磁场作用下能够转动输出转矩。如何降低步进电机运行噪音是一个待改进的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种步进电机以及包括该步进电机的电动阀，有利于降低步进电机及电动阀的运行噪音。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种步进电机，包括定子组件、转子组件以及电机轴，所述转子组件套设于所述电机轴的外周，所述转子组件与所述电机轴间隙配合，所述定子组件具有第一容纳腔，所述转子组件至少部分位于所述第一容纳腔，所述电机轴至少部分位于所述第一容纳腔，所述步进电机包括定位架，所述定位架与所述定子组件直接或间接固定连接，所述定位架具有定位孔，所述定位孔的中心轴线与所述第一容纳腔的中心轴线重合或趋于重合，所述电机轴的一部分与所述定子组件固定连接，所述电机轴的一部分位于所述定位孔内。

一种电动阀，所述电动阀包括步进电机、传动部件、阀芯以及电路板，所述步进电机包括定子组件、转子组件，所述电路板与所述定子组件电连接，所述定子组件位于所述转子组件内周，所述转子组件通过所述传动部件与所述阀芯连接，所述电路板控制所述定子组件产生激励磁场，所述转子组件在所述激励磁场的作用下通过传动部件带动所述阀芯动作，所述步进电机为所述的步进电机。

本申请的步进电机，电机轴一部分与定子组件固定连接，电机轴一部分位于定位孔，定位孔的中心轴线与定子组件的第一容纳腔的中心轴线重合或趋于重合，有利于保证电机轴与定子组件之间的同轴度，从而有利于保证转子组件与定子组件同轴度，可以有效减少步进电机运行过程中因为电机轴偏心造成转子组件与定子组件的摩擦，有利于降低步进电机噪声。本申请的电动阀包括上述步进电机，有利于降低电动阀运行的噪音。

附图说明

图1是电动阀的第一实施例的一个截面结构示意图；

图2是图1所示控制装置的内部结构示意图；

图3是图2所示步进电机的一个立体结构示意图；

图4是图2所示步进电机的另一个立体结构示意图；

图5是图3所示步进电机的俯视图；

图6是图5所示步进电机沿A-A截面的剖视图；

图7是骨架组件与电机轴、第一插针的组合件的一个立体结构示意图；

图8是骨架组件与电机轴、第一插针的组合件的另一个立体结构示意图；

图9是骨架组件与电机轴、第一插针的组合件的一个截面结构示意图；

图10是定子外壳与骨架组件卡接固定的结构示意图；

图11是图7所示骨架组件与电机轴、第一插针的组合件的分解结构示意图；

图12是图3所示定位架的一个立体结构示意图；

图13是图3所示定位架的另一个立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

参见图1-2，为步进电机应用于电动阀的第一实施例。电动阀可应用于车辆热管理系统或者家用热管理系统，热管理系统包括制冷剂系统和冷却液系统，用于控制系统内流路的通断和/或调节流量大小。电动阀100包括控制装置10、阀体组件3、阀芯4，阀体组件3具有阀体腔30，阀芯4位于阀体腔30，本实施例中阀芯4可以为球形或类球形或者柱形或者类柱形的阀芯，控制装置10与阀体组件3固定连接，控制装置10包括外壳5、用于提供驱动力的驱动部件以及传动机构2，本实施例中驱动部件具体为步进电机1，步进电机1与传动机构2传动连接，步进电机1和传动机构2至少部分位于外壳5内，传动机构2与阀芯4传动连接，步进电机1通过传动机构3与阀芯4传动连接。阀芯4设置有内通道41，阀体组件3设置有至少两个用于与外部连通的流通通道31,32。电动阀100通过控制装置10控制阀芯4转动，使阀芯4的内通道41与阀体组件3的流通通道31,32连通或与流通通道 31,32中的一个流通通道连通、另一个流通通道不连通不连通，当流通通道三个及以上时，阀芯4能够选择性与其中两个流通通道连通，从而切换电动阀100的流通路径。可以理解的是，本实施例中驱动部件不仅限于步进电机，也可以是其他类型的电机。

参见图3-图6，步进电机1包括定子组件11、转子组件12和电机轴13，定子组件11位于转子组件12的外周，结合图1、图2，控制装置10包括电路板6，定子组件11与电路板6电连接和/或信号连接。电机轴13作为步进电机1的中心轴位于步进电机1中部，转子组件12可以围绕电机轴13转动或者与电机轴13一起转动，本实施例中电机轴13作为定轴不转动，转子组件12套设于电机轴13的外周，转子组件12与电机轴13间隙配合，转子组件12围绕电机轴13转动。电机轴13不随转子组件12转动可以省去电机轴两端两个含油轴承，有利于降低成本。

参阅图6，转子组件12具有第一通孔120，第一通孔120沿转子组件12 的轴向设置并贯穿转子组件12，第一通孔120的中心轴线与转子组件12的中心轴线重合或趋于重合，电机轴13的一部分位于第一通孔120内与转子组件12间隙配合。转子组件12包括永磁体121与转子齿轮122，永磁体121 位于定子组件11的内周，以图6所示的上、下方向为例，转子齿轮122位于永磁体121和定子组件11的下方，永磁体121具有至少2对不同的磁极，永磁体121与转子齿轮122固定连接或者通过注塑成为一体，本实施例永磁体121以及转子齿轮122通过注塑成为一体。第一通孔120包括永磁体121 的内孔1210以及转子齿轮122的内孔1220，电机轴13的一端部穿过第一通孔120后位于第一通孔120下方。电机轴13位于第一通孔下方的该端部可以与控制装置1的外壳5配合定位，对电机轴13起到定位作用。步进电机1的定子组件11在电路板6的控制下通电产生激励磁场，转子组件12的永磁体121在激励磁场作用下以电机轴13为中心轴转动，转子齿轮122与永磁体121一体连接，因此永磁体121带动转子齿轮122转动，通过转子齿轮122能够将力矩输出，转子齿轮122与控制装置10的传动机构2配合能够实现力矩的传递。

参见图6-图9、图11，定子组件11包括骨架组件111、插针组件114、绕组112和定子外壳113，骨架组件111包括定子极板1111和注塑部1112，以定子极板1111为注塑嵌件注塑形成骨架组件111，注塑部1112即骨架组件111中除去注塑嵌件的剩余部分。绕组112包括缠绕于骨架组件111的漆包线，绕组112与插针组件114电连接，即漆包线的两端与插针组件114缠绕并焊接固定，通过插针组件114绕组112能够与电路板6电连接，从而实现定子组件11与电路板6的电连接和信号连接。为了方便绕线本实施例中插针组件114包括第一插针1141和第二插针1142，第一插针1141与骨架组件111注塑固定，即以定子极板1111和第一插针1141为注塑嵌件一体注塑形成骨架组件111及第一插针1141的组合件，漆包线与第一插针1141焊接固定，在漆包线与第一插针1141焊接固定后第一插针1141再与第二插针 1142焊接固定。参见图6、图9，定子组件11具有第一容纳腔110，第一容纳腔110位于骨架组件111的内周，第一容纳腔110的下端面与定子组件11 的下端面平齐。至少部分转子组件12以及至少部分电机轴13位于该第一容纳腔110内。定子外壳113与骨架组件111固定连接或限位连接。

参见图11，定子极板1111包括四块爪极板，分别命名为第一爪极板1111a、第二爪极板1111b、第三爪极板1111c、第四爪极板1111d，每块爪极板包括平板部1113和爪极1114，平板部1113具有中部通孔1110，平板部1113大致呈圆环状，平板部1113径向延伸，爪极1114轴向延伸，本文中径向、轴向如无特殊说明均指步进电机的径向和周向，平板部1113与爪极1114连接；第一爪极板1111a与第二爪极板1111b为一组，第一爪极板1111a的爪极与第二爪极板1111b的爪极交错设置，第三爪极板1111c与第四爪极板1111d 为一组，第三爪极板1111c的爪极与第四爪极板1111d的爪极交错设置。第一爪极板1111a、第二爪极板1111b、第三爪极板1111c、第四爪极板1111d 从上至下按照图11所示方向排布，第二爪极板1111b的平板部与第三爪极板1111c的平板部接触，第二爪极1111b的爪极与第三爪极板1111c的爪极朝向相反，第二爪极板1111b的爪极朝上延伸，第三爪极板1111c的爪极朝下延伸。参见图9，各爪极板的爪极与爪极之间具有间隙d1，间隙d1过大步进电机运行中爪极变形幅值会增加，容易产生振动噪音；本实施例中爪极与爪极之间的间隙d1在0.4～0.75mm之间；爪极1114大致呈梯形，爪极1114 包括根部1114a和尖部1114b，根部1114a与尖部1114b相对平行设置，根部1114a与平板部1114b连接，爪极1114的根部1114a宽度约为尖部1114b 宽度的8～12倍，根部宽度相比尖部宽度大数倍，爪极1114形状趋向三角形。通过设置合理的爪极间隙、增加爪极根部宽度能够增加骨架组件刚度，有利于降低爪极变形幅值，降低步进电机运行过程中的振动噪声；爪极形状趋向于三角形步进电机谐波频率的振幅下降，谐波量减小，有利于降低振动噪声。

参见图3、图4、图6，步进电机1还具有底板15，以图6所示方向设定上、下方向，底板15位于定子组件11的下方，底板15与定子组件11固定连接，底板15沿步进电机1的径向延伸，底板15的中部具有第二通孔 151，电机轴13以及转子齿轮122穿过第二通孔151，底板15具有至少两个安装孔152，通过安装孔152步进电机1能够与控制装置10的外壳5固定连接。

结合图7、图9、图11，注塑部1112包括盖体1112a，盖体1112a位于第一爪极板1111a远离第二爪极板1111b的一侧并与第一爪极板1111a通过注塑固定连接，盖体1112a位于平板部1113的中部通孔1110上方，盖体 1112a位于第一容纳腔110的上端，盖体1112a作为第一容纳腔110的腔壁的一部分，使得第一容纳腔110的上端至少部分被封闭，可以减少灰尘、水汽等进入第一容纳腔119影响转子组件12运行。参见图8、图9，电机轴13 具有第一端部131和第二端部132，第一端部131与骨架组件111注塑固定，即以第一插针1141、定子极板1111、电机轴13为注塑嵌件一体注塑形成骨架组件111与第一插针1141及电机轴13的组合件。为了加固电机轴13与骨架组件111之间的连接，注塑部1112还包括支撑部1112b，支撑部1112b 位于第一容纳腔110内，支撑部1112b自盖体1112a沿着步进电机1轴向向下延伸一定距离，支撑部1112b设于电机轴13的第一端部131的外周并与电机轴13固定连接，支撑部1112b的中心轴线与第一容纳腔110的中心轴线重合或趋于重合，用于对电机轴13提供支撑定位作用，使电机轴13和骨架组件111的连接更可靠牢固，有效改善电机轴13偏心情况，减少转子组件12与定子组件11的摩擦，从而有利于降低步进电机1的噪声。支撑部 1112b和盖体112a均通过注塑形成。结合图6，支撑部1112b下端面与转子组件形成第一通孔120的孔壁抵接或间隙配合，支撑部1112b与第一通孔 120对齐设置，通过支撑部1112b以及形成第一通孔120的孔壁共同配合，对改善电机轴13偏心情况有显著效果。注塑部1112的注塑材质采用玻纤含量较高的材料聚对苯二甲酸丁二醇酯加20％玻纤(PBT GF20)，有利于提升骨架组件111强度；盖体1112a的厚度d2通常需大于等于1.2mm，优选 1.5mm及以上，使电机轴13和骨架组件111的连接更可靠牢固，有效改善电机轴13偏心及步进电机噪音情况。

参见图3、图4、图6、图9、图12、图13，步进电机1还包括定位架 14，定位架14与定子组件11直接或间接固定连接。定位架14具有第二容纳腔140，第二容纳腔140与第一容纳腔110连通，部分转子组件12如永磁体121位于第一容纳腔110内，部分转子组件12如转子齿轮122位于第二容纳腔120内，部分电机轴13也位于第二容纳腔120内。定位架14包括安装部141、连接部142以及限位部143，安装部141位于定子组件11的第一容纳腔110的下端部，安装部141与定子组件11间接固定连接，安装部141 与底板15过盈压装，安装部141的至少部分外周壁与底板15形成第二通孔 151的内周壁抵接。连接部142用于连接限位部143和安装部141，连接部 142沿步进电机1轴向设置，限位部143沿步进电机1径向设置，限位部143 位于转子齿轮122的下方，限位部143与转子齿轮122的下端面相对设置，限位部143与转子齿轮122沿步进电机1的轴向具有设定间隙，限位部143 能够限制转子齿轮122沿轴向方向的运动。定位架143具有定位孔1431，定位孔1431位于限位部143，定位孔1431与第二容纳腔140连通，定位孔 1431的中心轴线与第一容纳腔110的中心轴线重合或趋于重合，而支撑部1112b的中心轴线与第一容纳腔110的中心轴线重合或趋于重合，因此定位孔1431与支撑部1112b对齐设置，电机轴13的一部分位于定位孔1431内，电机轴13的一部分即第二端部132位于定位孔1431下方与控制装置1的外壳5定位配合。定位架14还包括开口部144，开口部144使得转子齿轮122 至少部分裸露于定位架14外，通过开口部144转子齿轮122能够与传动机构2传动连接。

电机轴13一端与骨架组件111注塑固定，电机轴14另一端穿过限位部 143后与控制装置1的外壳5定位，定位孔1431与支撑部1112b对齐设置，有利于保证电机轴13与定子组件11之间的同轴度，从而有利于保证转子组件12与定子组件11同轴度，在满足转子组件12与定子组件11之间的间隙较小的设计需求下，可以有效减少步进电机运行过程中因为电机轴偏心造成转子组件与定子组件摩擦，降低步进电机噪声。此外，限位部143以及盖体1112a在上下两个方向对转子组件12进行限位，通过控制转子组件12与盖体1112a、限位部143之间的间距能够控制转子组件12转动时轴向窜动的行程，使得转子组件12转动时轴向窜动的行程尽量较小，能够有效降低噪音，同时尽量使转子组件运行顺畅。

定子外壳113为金属材质，定子外壳113与骨架组件111可以过盈配合或者卡接等方式固定连接。参见图10，本实施例中定子外壳113与骨架组件 111卡接固定，定子外壳113靠近盖体1112a的一端具有若干个卡接部1131，卡接部1131沿着步进电机1圆周方向分布，卡接部1131向骨架组件111侧弯折约90°抵于骨架组件111上，实现定子外壳113与骨架组件111的固定连接。由于通过单一卡接固定的方式骨架组件111与定子外壳113之间的牢固性较差，因此本实施例还通过粘结的方式与卡接配合固定定子外壳113与骨架组件111。具体地，参见图3、图5、图6，在定子外壳113与骨架组件 111卡接处附近之间可以设置一层胶水层115(如UV胶)使得骨架组件111 及定子外壳113的连接更加可靠牢固，能显著减小步进电机在运行过程中的振动，防止电机轴大范围偏心，降低步进电机的噪声。

此外，在满足设计要求下可以适当增加定子组件11和转子组件12之间的间隙d3，也能够有效改善步进电机噪音，本实施例中定子组件11和转子组件12之间的间隙d2优选0.3mm及以上。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种步进电机，其特征是：包括定子组件、转子组件以及电机轴，所述转子组件套设于所述电机轴的外周，所述转子组件与所述电机轴间隙配合，所述定子组件具有第一容纳腔，所述转子组件至少部分位于所述第一容纳腔，所述电机轴至少部分位于所述第一容纳腔，所述步进电机包括定位架，所述定位架与所述定子组件直接或间接固定连接，所述定位架具有定位孔，所述定位孔的中心轴线与所述第一容纳腔的中心轴线重合或趋于重合，所述电机轴的一部分与所述定子组件固定连接，所述电机轴的一部分位于所述定位孔内。

2.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于：所述定位架具有第二容纳腔，所述第一容纳腔和第二容纳腔连通，所述转子组件包括永磁体和转子齿轮，所述永磁体与所述转子组件注塑连接，所述永磁体位于所述第一容纳腔，所述转子齿轮至少部分位于所述第二容纳腔，所述电机轴至少部分位于所述第二容纳腔，所述定位架包括限位部，所述定位孔位于所述限位部，所述限位部与所述转子齿轮相对设置，所述限位部与所述转子齿轮沿所述步进电机轴向具有设定间隙；所述电机轴的一端部与所述定子组件注塑固定，所述电机轴的另一端部位于所述定位孔的下方。

3.如权利要求1或2所述的步进电机，其特征在于：所述定子组件包括盖体，所述盖体位于所述第一容纳腔的上端，所述定子组件包括支撑部，所述支撑部位于所述第一容纳腔内，所述支撑部自所述盖体沿着步进电机轴向向下延伸，所述盖体与所述支撑部注塑连接，所述支撑部设于所述电机轴的外周并与所述电机轴固定连接，所述支撑部的中心轴线与所述第一容纳腔的中心轴线重合或趋于重合。

4.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述定子组件包括骨架组件和绕组，所述绕组缠绕于所述骨架组件的外周，所述第一容纳腔位于所述骨架组件的内周，所述骨架组件包括定子极板和注塑部，所述注塑部包括所述盖体和所述支撑部，所述电机轴的一端部与所述注塑部固定连接；所述转子组件具有第一通孔，所述电机轴至少部分位于第一通孔，所述支撑部的下端面与所述转子组件形成第一通孔的孔壁抵接或间隙配合。

5.如权利要求4所述的步进电机，其特征在于：所述定子极板包括第一爪极板、第二爪极板，所述第一爪极板、第二爪极板均包括平板部和爪极，所述平板部径向延伸，所述爪极轴向延伸，所述爪极包括根部和尖部，所述根部与所述尖部相对平行设置，所述根部与平板部连接，所述根部宽度为所述尖部宽度的8～12倍，所述第一爪极板的爪极与第二爪极板的爪极交错设置，所述第一爪极板的爪极与所述第二爪极板的爪极之间的间隙为0.4～0.75mm。

6.如权利要求4或5所述的步进电机，其特征在于：所述盖体的厚度大于等于1.2mm，所述注塑部采用聚对苯二甲酸丁二醇酯加20％玻纤材料注塑；所述定子组件与所述转子组件之间的间隙大于等于0.3mm。

7.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述盖体的厚度大于等于1.2mm，所述定子组件的注塑部采用聚对苯二甲酸丁二醇酯加20％玻纤材料注塑；所述定子组件与所述转子组件之间的间隙大于等于0.3mm。

8.如权利要求4或5所述的步进电机，其特征在于：所述定子组件还包括定子外壳，所述定子外壳靠近所述盖体的一端具有若干个卡接部，所述卡接部沿着所述步进电机圆周方向分布，所述卡接部向所述骨架组件侧弯折90°抵于所述骨架组件上；所述步进电机还包括胶水层，所述胶水层位于所述定子外壳与骨架组件卡接处，所述胶水层加固所述定子外壳与所述骨架组件之间的连接。

9.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于：所述定子组件包括骨架组件，所述定子组件还包括定子外壳，所述定子外壳靠近所述盖体的一端具有若干个卡接部，所述卡接部沿着所述步进电机圆周方向分布，所述卡接部向所述骨架组件侧弯折90°抵于所述骨架组件上；所述步进电机还包括胶水层，所述胶水层位于所述定子外壳与骨架组件卡接处，所述胶水层加固所述定子外壳与所述骨架组件之间的连接。

10.如权利要求6所述的步进电机，其特征在于：所述定子组件还包括定子外壳，所述定子外壳靠近所述盖体的一端具有若干个卡接部，所述卡接部沿着所述步进电机圆周方向分布，所述卡接部向所述骨架组件侧弯折90°抵于所述骨架组件上；所述步进电机还包括胶水层，所述胶水层位于所述定子外壳与骨架组件卡接处，所述胶水层加固所述定子外壳与所述骨架组件之间的连接。

11.如权利要求5所述的步进电机，其特征在于：所述定子极板还包括第三爪极板、第四爪极板，所述第三爪极板、第四爪极板也包括所述平板部和所述爪极，所述爪极的根部宽度为所述爪极的尖部宽度的8～12倍，所述第三爪极板的爪极与所述第四爪极板的爪极交错设置，所述第一爪极板、第二爪极、第三爪极、第四爪极从上至下排布，所述第二爪极板的平板部与所述第三爪极板的平板部接触，所述第二爪极板的爪极和所述第三爪极板的爪极朝向相反；所述第三爪极板的爪极与所述第四爪极板的爪极之间的间隙为0.4～0.75mm。

12.如权利要求2所述的步进电机，其特征在于：所述步进电机包括底板，所述底板与所述定子组件固定连接，所述底板沿所述步进电机的径向延伸，所述底板具有第二通孔，所述定位架包括连接部、安装部和开口部，所述连接部连接所述安装部和所述限位部，所述安装部与所述底板过盈压装，所述安装部的至少部分外周壁与所述底板形成第二通孔的内周壁抵接，所述开口部使得所述转子齿轮至少部分裸露于定位架外。

13.一种电动阀，所述电动阀包括步进电机、传动部件、阀芯以及电路板，所述步进电机包括定子组件、转子组件，其特征在于：所述电路板与所述定子组件电连接，所述定子组件位于所述转子组件内周，所述转子组件通过所述传动部件与所述阀芯连接，所述电路板控制所述定子组件产生激励磁场，所述转子组件在所述激励磁场的作用下通过传动部件带动所述阀芯动作，所述步进电机为权利要求1～12任一项所述的步进电机。

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