專利名稱：步進電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移量的執(zhí)行部件，尤其是一種步進電機。
目前可應(yīng)用于自動化儀表中的驅(qū)動部件為步件電機，中國專利ZL89207595.3所公開的一種雙繞組雙極靴步進電機就是一個實例。這種步進電機具有彼此分開的左、右極靴和兩個在極靴上安裝的彼此間可以并聯(lián)或串聯(lián)連接的繞組。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一周中，包括一對徑向磁極的轉(zhuǎn)子，只受到左右極靴兩次變換磁場的作用，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)動過程中跳動明顯，且轉(zhuǎn)子的頻率響應(yīng)不超過35Hz，靈敏度低，很不適應(yīng)要求轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)的儀表中應(yīng)用。
針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種步進電機，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，靈敏度高，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。
為達到上述目的，本實用新型提供了如下結(jié)構(gòu)的一種步進電機，它包括一個外殼，外殼內(nèi)有一個定子總成，一個轉(zhuǎn)子，一個與轉(zhuǎn)子傳動連接的帶有輸出軸的減速裝置構(gòu)成。所述定子總成由一個定子鐵心及兩個繞組構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子具有一對徑向磁極的磁鋼及一個驅(qū)動齒輪組成一體，所述定子鐵心具有一個呈 形、左右對稱的構(gòu)形，所述 形定子鐵心中間心柱與邊柱的“T”形交匯處有一個與轉(zhuǎn)子外徑相適應(yīng)的圓柱孔，形成定子鐵心上三個互成120°的極弧，所述轉(zhuǎn)子位于所述圓柱孔軸線上，所述的兩個繞組分別套在對稱中心線兩側(cè)的定子鐵心上。
采用本實用新型的結(jié)構(gòu)后，由于定子鐵心具有 形、左右對稱的結(jié)構(gòu)，并在定子鐵心上有三個互成120°極弧，對于具有一對徑向磁極的轉(zhuǎn)子，當兩個繞組接收外部輸入時序脈沖信號，在三個極弧中產(chǎn)生變換磁場時，可依次受到定子鐵心圓柱孔六個位置上的磁力作用，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，力矩大；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周有六個分步，靈敏度高；當輸入至兩個繞組的時序脈沖變換時，轉(zhuǎn)子可變換轉(zhuǎn)動方向，以適應(yīng)儀表指示的正反轉(zhuǎn)；此外轉(zhuǎn)子輸出軸的轉(zhuǎn)速可達600°/S。
本實用新型的實施方式由下附圖給出。


圖1是本實用新型步進電機的外形圖。
圖2是圖1去掉上機殼的機芯結(jié)構(gòu)正視圖。
圖3是圖2去掉減速裝置后的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是上機殼內(nèi)端面的正視圖。
圖5是步進電機運行前的初始狀態(tài)示意圖。
圖6是輸入至兩個繞組的時序脈沖信號波形圖。
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的實施方式作具體描述。
圖1至圖6是本實用新型步進電機的一種實施例。如圖1、圖2、圖3所示，步進電機具有一個外殼2，該外殼由上機殼3和下機殼1組合而成。在外殼2內(nèi)有一個定子總成8和一個轉(zhuǎn)子9。定子總成8由定子鐵心6和兩個繞組12、14構(gòu)成。定子鐵心6具有一個呈 形、左右對稱的構(gòu)形，它采用坡莫合金或純鐵材料制成。為制造和裝配的方便，定子鐵心6的中間心柱25兩側(cè)相對的兩個邊柱為可拆連接。在定子鐵心6的中間心柱25一端與定子鐵心邊柱20形成的“T”形交匯處有一個與轉(zhuǎn)子9外徑相適應(yīng)的圓柱孔26，該圓柱孔26周圍的定子鐵心6上沿徑向有三個周圍均布與圓柱孔26靠近的凹坑21,22,23，其中一個凹坑23處在定子鐵芯6對稱中心線的邊柱20上，另兩個凹坑21,22分布在對稱中心線的兩側(cè)，形成圓柱孔26表面與凹坑21,22,23之間最小間距約0.3mm左右的三個高磁阻的磁隙，從而使定子鐵心上具有互成120°角的三個大小相同的極弧17,18,19。在定子鐵心6對稱中心線兩側(cè)的可拆邊柱上分別套入上述的繞組12和繞組14。在下機殼1內(nèi)端面上有三個與定子鐵心6上的三個凹坑21,22,23相應(yīng)的定位塊27,28,24，定子鐵芯6的三個凹坑21,22,23分別嵌在下機殼1內(nèi)端面的三個定位塊27,28,24的邊上定位。在繞組12的兩個接線端分別連有一個插接件5,6，另一繞組14的兩個接線端亦分別連有插接件(未圖示)，插接件的自由端通過外殼2壁向外引出，供與外部器件的電連接。
轉(zhuǎn)子9具有一個徑向磁極的高性能磁鋼(未圖示)和一個驅(qū)動齒輪10同軸組合成一體，它裝在定子鐵心6的圓柱孔26內(nèi)，轉(zhuǎn)子兩端的軸尖分別裝在上機殼3和下機殼1內(nèi)端面的對應(yīng)軸孔上。
在外殼2內(nèi)有一根其一端伸出外殼2的輸出軸4，以作為儀表的針軸，輸出軸4與轉(zhuǎn)子9軸平行。在轉(zhuǎn)子9的驅(qū)動齒輪10與輸出軸4之間有一個傳動連接的減速裝置，該減速裝置具有與上述驅(qū)動齒輪10嚙合的第一中間齒輪11，與第一中間齒輪11同軸固連成一體的第二中間齒輪15，與第二中間齒輪15嚙合的并與輸出軸4同軸固連的輸出齒輪13構(gòu)成，這些齒輪采用塑料材料制成，其中第一中間齒輪11、第二中間齒輪15及輸出齒輪13，采用有彈性的塑料材料制成，第一間齒輪11的齒形為指形，其它齒輪為漸開線齒形，以減小齒輪嚙合傳動的間隙和噪聲。驅(qū)動齒輪10、第一中間齒輪11、第二中間齒輪15及輸出齒輪13的齒數(shù)比為Z1∶Z2∶Z3∶Z4=6∶90∶10∶120。減速裝置的傳動比為1∶180，從而形成轉(zhuǎn)子9每轉(zhuǎn)1圈，輸出軸4轉(zhuǎn)2°角的對應(yīng)關(guān)系。
由于定子鐵心中有三個互成120°角的極弧和轉(zhuǎn)子中有一對沿直徑方向的徑向磁極，在定子總成上的兩個繞組未輸入時序脈沖信號時，即靜態(tài)時，轉(zhuǎn)子中的任一磁極在靠近任一極弧時，均可使轉(zhuǎn)子停頓，故在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一個周期中，可在圓柱孔26圓周中的六個位置停頓，形成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一周的兩個整步，和每一整步又有三個分步的形式。當定子總成8中的兩個繞組12,14分別輸入同頻率具有相位差的兩個時序脈沖信號時，根據(jù)相位差的正負，轉(zhuǎn)子可順時針轉(zhuǎn)動或逆時針轉(zhuǎn)動。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周有六個分步，每一分步中，轉(zhuǎn)子中的磁鋼均受到定子鐵心產(chǎn)生磁場作用力的推動，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周有六個推動力作用，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩大。轉(zhuǎn)子的每一個分步，對應(yīng)的輸出軸只轉(zhuǎn)20′角，對于在儀表上應(yīng)用，輸出軸的轉(zhuǎn)動，視覺感受較現(xiàn)有技術(shù)平穩(wěn)得多，而且在輸出軸轉(zhuǎn)速600°/S下不失步。
下面對步進電機在輸入時序脈沖信號時的運行情況作簡略敘述。
為了描述運行原理，需假定步進電機的起始狀態(tài)，圖5示出了轉(zhuǎn)子在起始狀態(tài)時的磁鋼極性位置，這時，轉(zhuǎn)子的磁鋼S極與極弧17互相吸在一起。
圖6給出了輸入至兩個繞組的時序脈沖信號波形圖，其中(a圖)表示輸入至繞組12的脈沖信號，(b)圖表示輸入至繞組14的脈沖信號，圖中橫座標Ⅰ.Ⅱ…Ⅶ為時刻。
當在Ⅰ-Ⅱ時段時，繞組12的①-②線端輸入零脈沖信號，而繞組14的④-③端輸入負脈沖信號，繞組14產(chǎn)生磁通，使極弧18為S極，極弧17及極弧19為N極，磁通量較小，轉(zhuǎn)子9磁鋼的N端受極弧18的S端吸引，順時針轉(zhuǎn)動60°，當磁鋼N端與極弧18的S極相對時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動停止，完成了一個分步。
在Ⅱ-Ⅲ時段時，繞組12的①-②線端輸入正脈沖信號，而繞組14的④-③端為零輸入，繞組12產(chǎn)生磁通，使極弧19為N極。極弧17及極弧18為S極，磁通量較小，轉(zhuǎn)子9磁鋼的S端受極弧19的N端吸引，順時針轉(zhuǎn)動60°，當磁鋼S端與極弧19的N極相對時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動停止，完成了一個分步。
在Ⅲ-Ⅳ時段時，繞組12的①-②線端及繞組14的④-③端分別輸入正脈沖信號，兩個繞組產(chǎn)生的磁通使極弧17為S極，18及19均為N極，磁鋼N極受極弧17的S極吸引順時針轉(zhuǎn)動60°，至磁鋼N端與極弧17的S極相對時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，又完成了一個分步。這時轉(zhuǎn)子從起始端至Ⅳ時刻已轉(zhuǎn)了半圈，跨了一個整步。
在Ⅳ-Ⅴ時段，繞組12的①-②端輸入零脈沖信號，繞組14的④-③端輸入正脈沖信號，極弧18為N極，磁鋼的S端被極弧18的N極吸引，順時針轉(zhuǎn)動60°，完成了一個分步。
在Ⅴ-Ⅵ時段，繞組12的①-②端輸入負脈沖信號，繞組14的④-③端為零輸入，繞組12產(chǎn)生磁通使極弧19為S極，極弧17及18為磁通量較低的N極，磁鋼N端受極弧19的S極吸引，順時針轉(zhuǎn)動60°至磁鋼的N端與極弧19相對時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，完成了一個分步。
在Ⅵ-Ⅶ時段，繞組12的①-②端及繞組14的④-③端分別輸入負脈沖信號，兩個繞組產(chǎn)生的磁通使極弧17為N極，極弧18及19為S極，轉(zhuǎn)子磁鋼的S極被極弧17的N極吸引，順時針轉(zhuǎn)動60°，至磁鋼的S端與極弧17相對時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，這時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了一周后，回到起始位置，共完成了兩個整步。
當輸入至兩個繞組的脈沖信號按圖6(a)和圖6(b)輸入時，轉(zhuǎn)子就會平穩(wěn)不停地順時針轉(zhuǎn)動。
按照對稱原理，若將原輸入至繞組A的電脈沖信號改為輸入至繞組B，和將原輸入至繞組B的電脈沖信號改為輸入至A繞組，這時轉(zhuǎn)子將由圖的起始位置逆時針轉(zhuǎn)動。
步進電機工作的電脈沖信號可由傳感器，如速度傳感器，水溫傳感器，油量傳感器等輸出的電信號經(jīng)放大，微處理器處理后的輸出得到，因不屬于本實用新型的范圍，在此不作敘述。
為了使裝入儀表指針的輸出軸4在工作前有一個起始位置，在輸出齒輪13側(cè)面連有一個擋塊16(參見圖2)，上機殼3內(nèi)端面上與檔塊16位置對應(yīng)處有一條圓弧形凹槽29(參見圖4)，凹槽29所對的圓心角約為320°或根據(jù)表盤需要設(shè)計，所述擋塊伸進上機殼3內(nèi)端面的凹槽29中，該檔塊隨輸出齒輪轉(zhuǎn)動時，可沿凹槽中移動。裝有指針輸出軸的轉(zhuǎn)動角約315°
權(quán)利要求1．一種用于驅(qū)動儀表指針轉(zhuǎn)動的步進電機，它包括一個外殼(2)，外殼內(nèi)有一個定子總成(8)，一個轉(zhuǎn)子(9)，與轉(zhuǎn)子(9)傳動連接的帶有輸出軸(4)的一個減速裝置構(gòu)成，所述定子總成(8)由定子鐵心(6)及兩個繞組(12,14)構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子(9)具有一對徑向磁極的磁鋼及一個驅(qū)動齒輪(10)組成一體，其特征在于所述定子鐵芯(6)具有一個呈 形左右對稱的構(gòu)形，所述 定子鐵心(6)的中間心柱(25)與邊柱(20)的“T”形交匯處有一個與轉(zhuǎn)子(9)外徑相適應(yīng)的圓柱孔(26)，形成定子鐵心(6)上三個互成120°的極弧(17,18,19)，所述轉(zhuǎn)子(4)位于所述圓柱孔(26)軸線上，所述兩個繞組分別套在定子鐵芯(6)對稱中心線兩側(cè)的定子鐵芯(6)上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于減速裝置的傳動比為1∶180。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進電機，其特征在于在所述輸出齒輪(13)的側(cè)面有一個隨輸出齒輪轉(zhuǎn)動的檔塊(16)，上機殼(2)的內(nèi)端面上與檔決(16)位置相應(yīng)處有一條圓弧形凹槽(29)，所述檔塊(16)伸進上機殼內(nèi)端面上的凹槽(29)中。
專利摘要本實用新型公開了一種用電脈沖信號驅(qū)動儀表指針轉(zhuǎn)動的步進電機,它包括外殼,外殼內(nèi)的定子總成,轉(zhuǎn)子,減速裝置構(gòu)成,定子總成含有一個定子鐵芯,該定子鐵芯具有“”形左右對稱構(gòu)形,在定子鐵心的中間柱一端與側(cè)柱交匯處有一個與轉(zhuǎn)子外徑相應(yīng)的圓柱孔,該圓柱孔表面上有三個互成120°的極弧,轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地位于圓柱孔軸線上,在定子鐵心對稱線兩側(cè)的鐵心上分別套有一個繞組。本實用新型的步進電機,輸出轉(zhuǎn)矩大,軸向厚度小,結(jié)構(gòu)簡單,成本低。驅(qū)動電流小,靈敏度高,工作穩(wěn)定,使用廣泛。
文檔編號H02K37/00GK2453602SQ0026036
公開日2001年10月10日 申請日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月17日
發(fā)明者韓志生, 石才江 申請人:韓志生