CN2710242Y - 一种步进电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种步进电机，包括一个圆形的永磁转子，沿着转子的圆周，转子极的极性是交替排列的，该转子的外径至少等于该步进电机直径的55％；包括至少两个定子相位组件，每个相位组件有两个彼此相对的环形极心，两个环行极心是同心地分布在转子外圆周的外面，在每个极心的内圆周上，有若干个显极定子极，并与转子极保持对应的磁力线关系，每个定子相位组件都设有环形励磁装置；还包括由多个部件组成的步进电机壳体，该壳体设有与每个定子相位组件相对应的机座环，每只机座环都有二个侧边，每个侧边上设有若干个凹槽和凸起以及壳体的附加零件，壳体上的凹槽与凸起相互啮合。本实用新型具有扭矩更大、模具制造成本低和加工容易的优点。

Description

一种步进电机

技术领域

本实用新型涉及一种电气旋转装置，尤其是指一种步进电机。

背景技术

在单个隐极转子的步进电机的中，采用多个励磁线圈，这种技术已为大家所熟悉。为了防止定子在步进电机组件中发生径向偏移，在定子的极心上开有沟槽，这样，相邻的定子极心可以利用摩擦力相互连接在一起。但是，在以前的技术文献中，没有提供单个定子相位组件的数目，单个定子相位组件包含有多个定子极心和一个开槽的、相互连接在一起的电机机座环。因此，如果能够将两个以上的定子组件连接起来，而且各个定子组件具有不同的相位，使步进电机能够以两个以上的相位进行运行，这样就有较大的好处。此外，我们希望所提供的步进电机能采用相同的零部件来实现两个以上的相位，以降低模具制造成本。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种改进的步进电机，该步进电机能够将至少两个以上的、具有不同相位的定子极心连接在一起，使步进电机能够以两个以上的相位进行运转。

本实用新型的另一个目的是提供这样一种步进电机，该步进电机由多个定子相位组件构成，每个定子相位组件包括两个极心，在两个极心之间形成了一个用于安置线圈的开口；每个定子相位组件还包括一个带槽的机座环，用于将每个定子相位组件相互连接在一起。

本实用新型更进一步的目的是提供这样一种步进电机，该步进电机的各个相位组件具有相同的结构，因而能够降低模具的制造成本，使步进电机的制造较为容易。

本实用新型还有一个目的是提供这样一种步进电机，在该步进电机的每一个定子极组件上开有若干个槽，使位于定子极组件内的各个极心之间以及在各个相邻的定子极组件之间具有合适的相位关系。

本实用新型还有一个更进一步的目地是提供这样一种步进电机，该步进电机转子的直径至少是步进电机直径的55％左右，因此能够产生比相同尺寸的常规步进电机更大的扭直径至少是步进电机直径的55％左右，因此能够产生比相同尺寸的常规步进电机更大的扭矩。

本实用新型所采取的技术方案是：

该步进电机含有一个圆形的永磁转子，转子极的极性沿着永磁转子的圆周是相互交错排列的。该步进电机配备有一个以上的外定子相位组件，每个外定子相位组件包含一对环形结构的定子极心。定子极心的每个极是从定子极心的圆周沿着轴向伸出的，各个极之间有一定间距，与转子的磁力线保特一定的相对关系。对于一对定子极心来说，在同一个定子极心上的各个极，其极性是相反的，而且与另一相对应极心的各个定子极是交错排列的。围绕着转子的整个圆周方向，配置有环形的励磁装置，该励磁装置牢固地安置在一对定子极心之间的环形空间，还配置有一个环形的机座环，这样在定子极心的显极中就产生了磁场。在环形的机座环上，有若干个糟和若干个从机座环外圆的侧边上伸出的凸起。借助于这些槽和凸起，使具有不同相位但结构相同的各个外定子相位组件能利用摩擦力相互连接在一起，因而就得到了一个整体式的步进电机组件，而且该步进电机组件能够以两个以上的相位进行运转。

在本实用新型的优选方案中，沿着其机座环中部的圆周方向上，有很多狭槽，用来容纳相应极心上两个凸起的薄片。机座环用扁钢坏料制成。扁钢坏料绕着已装配好的极心进行滚卷，使凸起的簿片定位在狭槽之中，因而步进电机的制作就更加容易，而且各个极心能精确地对中。

步进电机定子相邻的各个相位组件依靠摩擦力相互连接在一起，各个相位组件的机械偏移量是定子齿距的一半(对于2相位步进电机，是90电气度)。该偏移量的作用是，在起动过程中建立磁力线时，可改变穿过转子-定子气隙的定子磁力线的方向。相应地，由于定子极磁力线的延迟起动而产生的这种方向改变，会使步进电机获得单一方向的起动特性。

在本实用新型步进电机中，还包含有第一安装板和第二安装板。在这两个安装板上，有若干个狭槽，用来牢固地固定从定子相位组件上伸出的各个凸起，使步进电机内的转子和定子组件成为一个整体件。在其中的一个安装板上，有若干个螺钉孔，可将步进电机固定在所希望的位置上。

另外，在本实用新型的优选方案中，其转子直径至少等于步进电机直径的55％左右，因而所产生的扭矩比具有相同尺寸的常规步进电机大40％左右。

本实用新型的优点是：因为本实用新型将两个以上的定子组件连接起来，而且各个定子组件具有不同的相位，使步进电机能够以两个以上的相位进行运行，提高了工作效率。又由于本实用新型中转子的直径至少是步进电机直径的55％，因此能够产生比相同尺寸的常规步进电机更大的扭矩。另外，本实用新型的步进电机能采用相同的零部件来实现两个以上的相位，因此降低了模具的制造成本。

附图说明

图1为本实用新型步进电机的分解视图。

图2为图1所示步进电机的后视图。

图3为图2所示步进电机沿3-3线的剖面图。

图4为图2所示步进电机沿4-4线的剖面图。

图5为步进电机转于直径与输出扭矩之间关系的曲线。

图6为根据本实用新型而制造的另一种步进电机的局部视图。

用来表明某些零件的装配方法

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地描述。

请首先参照图1至图4，一种步进电机，其转子是以间断增量或步进的方式进行运转。步进电机1包含有一个永磁转子12，在该转子上有一套隐极的永磁式转子极，而且转子极的极性沿着转子的外圆周方向是交替地排列的。最好是采用隐极的转子极，因为这种转子的成本要低于显极的转子极或单个的、支承在一个环形非磁性载体上的永久磁铁。永磁式转子12含有12个隐极式N极和12个隐极式S极，总数为24个极，N极和S极沿着外圆周方向是交替地分布的。当然，转子极的总数可以是任何一个偶数。

轮盘14用来支撑转子12，并牢固地安装在转子12的内部(见图3)。轮盘14的中心有一个孔15，转子轴16穿过该中心孔并安装在步进电机内。有一对轴承套18a和18b分别位于轮盘相对的两个侧表面19a和19b。轴承套18a和181有圆孔20a和20b，转子轴16被插入到这两个圆孔内，因此，这两个圆孔是定位元件，用于将转子轴16保持在步进电机的中心位置。

步进电机10至少有一个环形结构的外定子相位组件22，该相位组件通常是同心地配置在转子12的外圆周方向。在图1-图4所示的具体装置中，有两个相互连接在一起的外定子相位组件22和22′。正如下面将要讨论的内容，可以将两个以上的、具有不同相位的外定子相位组件相互连接在一起，因此，步进电机可以以两个以上的相位进行运转。如图所示，两个外定子相位组件的结构相同，可以互换，因此，第二个外定子相位组件的相应代号增加了一个符号′。但是，我们可以将22和22′等代号都用22来表示，除非另有说明。

每一个外定子相位组件22包括一对杯形的定子极心24a和24b。极心具有环形底盘25a和25b。每个定子极心有12个整体成形的定子齿，虽然可以采用任意数目的定子齿，但最好还是采用12个齿。定子齿是从定子极心底盘的内圆上，以90°的角度向外伸出。定子极心24a和24b的结构相同，因此可降低制造成本和减少备件的库存。

如图1所示，定子极心24a的齿26a是从底盘25a向下伸出的，而且在相邻的两个定子齿26a之间的空间形成了一个倒V形的槽27a。定子齿26b是从底盘25b向上伸出，而且在相邻的两个齿26b之间的空间形成了一个V形的槽97b。在装配时，杯形极心24a和24b从两个相对的方向啮合在一起，齿26a插入到极心24b的V形槽27b中，极心24b的齿26b插入到极心24a的V形槽27a中。

在这种结构布置中，在极心24a和24b之间形成了一个环形空间，用于容纳励磁装置。励磁装置由环形线圈绕组30组成。如图3和图4所示，线圈30是连续地布置在整个环形空间内。借助于引线32，可以向线圈30输入单向电流脉冲，对极心24a的12个极进行励磁，使其产生一种极性，而极心24b的12个极则产生另一种极性。

为了将定子相位组件22可靠地支撑在步进电机10内，每个相位组件22都有一个机座环34，成为相位组件的外部衬板。为了将一个以上的定子相位组件22连接在一起，使步进电机10可以以2个相位、3个相位、4个相位或5个相位进行运转，沿着每只机座环34的第一侧边40a和第二侧边40b都有若千个凸起36和凹槽38。按照正确的方位，将位于某一机座环34的第一侧边40a上的凸起36连接在另一机座环的第二侧边40b上的凹槽38内。同样地，按照正确的方位，将位于某一机座环34的第二侧边40b上的凸起36连接在另一机座环的第一侧边40a上的凹槽38内。由于采用了这种结构，就可以将多个机座环叠加起来，并依靠摩擦力将这些机座环连接在步进电机组件内。这样，每个定子相位组件22可具有不同的相位，而且每个电机组件都可以得到两个以上的相位。

每个定子极心24a、24a′、24b和24b′都相应地配备有四个向外伸出的薄片39a、39a′、39b和39b′。这些薄片与相应极心的底盘部位于同一平面上，而且，位于同一极心上的各个薄片，相互之间的间距为90机械度。从图2可见，在步进电机组装时，位于极心24a′上的薄片39a′和位于极心24b上的薄片39(图1)是相互重叠地插入到机座环34和34′的端面凹槽38和38，所形成的开口中。同样地，位于极心24a和24b′上的薄片也是安装在机座环的端面凹槽中。

机座环34由于采用了这种互相连接的方式，因此每个定子相位组件22的定子极心都与另一个相邻定子相位组件的极心相差90电气度。其直接的结果是，这种偏移将使步进电机具有单向特性，这是大家所熟悉的技术。此外，定子极心的偏移，会使步进电机具有自起动特性。

为了将定子相位组件22和转子组件12牢固地安装在步进电机内，就采用了前后两块安装板44和46。后安装板46包括一个盘形底座48和一只轴承套50，轴承套50是从底座48向内伸出的。轴承套50有一个开孔52(见图2)，转子轴16从该孔穿过并安装在孔内。沿着后安装板的圆周还有若干个槽54，用来容纳机座环34上的凸起，这样，安装板就被牢固地安装在步进电机组件内。

在具体装置的图例中，前安装板44通常是菱形或梨形的，虽然，在其他一些具体装置中，前安装板44可根据用户要求做成任何形状。安装板44包括一个底座56和一个从底座伸出的轴承套58。轴承套58有一个开孔60，转子轴16从该孔穿过并安装在孔内。在安装板44的圆周上也有若干个与54相似的凹槽62，用来容纳机座环34的侧边40a和40b上的凸起36。这样，安装板46就能够可靠地安装在步进电机组件内，并且与定子相位组件22′相邻。由于安装板、转子和定子相位组件采用了这种结构，步进电机组件就是一个完全独立的整机组件。

步进电机10的扭矩要比具有同等尺寸的已知电机大40％左右。因为，对于给定尺寸的步进电机来说，最大扭矩是转子直径、钢材容积和铜材容积的函数，如果铜材或钢材太多，输出扭矩就会减小。相反地，在给定的步进电机组件中，如果可以在不过多地影响铜材和钢材数量的前提下增大转子的直径，步进电机的输出扭矩就会相应地提高。

图5表示了转子直径和输出扭矩之间的关系，该步进电机的直径为1.4英寸，输入功率是固定不变的。图5的曲线65表明，当转子直径大约为0.90英寸时，输出扭矩达到峰值。与峰值相对应的转子直径大约是步进电机直径的64％。虽然，当转子直径增大到大约0.950英寸或大约是步进电机直径的68％时，输出扭矩开始下降，但是，在转子直径达到1.05英寸或大约是步进电机直径的75％之前，输出扭矩仍然保持相当高的数值。对于直径较小的转子，在转子直径减小到0.75英寸或大约是步进电机直径的55％之前，输出扭矩仍保持相当高的数值。将转子直径和步进电机直径的比值保持在大约55％至大约75％之间，可以获得很好的效果，其输出扭矩大约要比同等尺寸的常规步进电机增大40％左右。对于常规步进电机来说，通常其转子直径大约是步进电机直径的40-50％以下。

转子12可以是一只整体结构的转子，与全部定子相位组件共同工作，如图1所示。也可以是，每个定子相位组件都配备一个单独的转子，如图1用一条虚线13穿过转子12将其分成两个转子。

同样地，每一个定子相位组件可分别配备单独的机座环34或34′，也可以用一只机座环封闭着全部相位组件。例如，参照图6，只有一只机座环70，与每只定子相位组件22和22′共同工作。机座环70由一根轧制的扁钢带制作而成，在机座环的中部，分布有很多纵向狭槽71，各个狭槽之间有一定的间距。每一条狭槽的宽度是薄片39或39′厚度的两倍，薄片39和39′分别位于相应的相位组件的极心24a′和24b上。位于机座环70的纵向侧边上的凸起76，与相应的槽54和62(图2)是相互插入的。槽54和62位于安装板46和44上，或者位于相邻的机座环上，取决于步进电机中相位组件的数目。

为了组装极心24a′和24b，可利用重力式滑糟装置80和81将这两个极心装入到相对的两根心棒83和84上。然后，将心棒83和84沿轴向作相向的移动，使极心24a′和24b互相背靠背地接触，并被定位在成形模85之内。在该成形模85内，将两个极心焊接在一起，薄片39和39′互相重叠。

然后利用心棒83和84，使已经组装的极心24a′和24b转动，这样，机座环扁钢带70就被卷入到成形模85内。当扁钢带70被卷入到成形模85内时，扁钢带就卷绕在极心24a′和24b的外面，这样，扁钢带就变成圆柱形，每一对已对中的薄片39和39′就被安置在扁钢带的一个狭槽71内。薄片内39和39′在极心上所处的位置，可自动保证相位组件22和22′之间所要求的相位偏移量。这种结构布置可显著地降低步进电机的制造成本，同时还可以为相位组件提供一种准确可靠的对中方法。

在图1-4的具体装置中，机座环34和34′以及安装板44和46可充当由几部份组成的步进电机壳体。同样，在图6的具体装置中，由几部分组成的壳体是由机座环70和安装板所组成。在每一种具体装置中，壳体的各个零件都是借助于各种凸起、薄片和凹槽相互连接在一起，使各个零件保持在固定的位置。

本文献所采用的术语和词句只是用来进行描述，但专利的内容不会受到这些术语和词句的限制，不要因为本文献所采用的这些术语或词句而将与本文献所述特征相同的具体装置或部件排除在本实用新型专利之外。虽然，本实用新型的具体装置利用了一些图纸进行说明，但是必须明白，本实用新型可以有各种变化和更改而不偏离本实用新型的范围和实质。

Claims (5)

1、一种步进电机，其特征在于包括以下几个部分：一个圆形的永磁转子，沿着转子的圆周，转子极的极性是交替排列的，该转子的外径至少等于该步进电机直径的55％；

至少有两个定子相位组件，每个相位组件有两个彼此相对的环形极心，在两个环形极心之间形成了一个环形空间；这两个环行极心是同心地分布在转子外圆周的外面；在每个极心的内圆周上，有若干个显极定子极，各个显极定子极之间有一定间距，并与转子极保持对应的磁力线关系；相对于每一个定子相位组件的极心位置，定子的各个极是互相交错排列的；每个定子相位组件都包含有环形励磁装置，励磁装置围绕着转子的外圆周，并且连续地安置在两个定子极心之间的整个环形空间内；

由多个部件组成的步进电机壳体包括一只与每个定子相位组件和对应的机座环，每只机座环都有第一和第二侧边，在每个侧边上，有若干个凹槽和凸起以及壳体的附加零件；壳体上的凹槽与凸起相互啮合，机座环某一侧边上的凸起插入到一个附加壳体部件的凹槽中，而机座环另一侧边上的凸起则插入到另一个附加壳体部件的凹槽中，每一个机座环上的这些凹槽和凸起都是配对地与相邻机座环上的凹槽和凸起相互啮合，每个定子极相对于相邻的定子相位组件上的定子极就具有90电气度的周向偏移量。

2、根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于：该步进电机具有两个以上的定子相位组件，而且这些相位组件相互连接在该步进电机内。

3、根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于：在该步进电机中，一个附加的壳体部件包括一块安装板，在该安装板上有配合槽并与机座环某一侧边上的凸起相对应。

4、根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于：该步进电机包括两只机座环。

5、根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于：该步进电机转子的外径为0.90英寸。

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