步进电机的制作方法
专利名称：步进电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移量的执行部件，尤其是一种步进电机。
目前可应用于自动化仪表中的驱动部件为步件电机，中国专利ZL89207595.3所公开的一种双绕组双极靴步进电机就是一个实例。这种步进电机具有彼此分开的左、右极靴和两个在极靴上安装的彼此间可以并联或串联连接的绕组。在转子转动的一周中，包括一对径向磁极的转子，只受到左右极靴两次变换磁场的作用，转子的转矩小，转动过程中跳动明显，且转子的频率响应不超过35Hz，灵敏度低，很不适应要求转矩大，转动平稳的仪表中应用。
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种步进电机，它的输出转矩大，灵敏度高，转动平稳。
为达到上述目的，本实用新型提供了如下结构的一种步进电机，它包括一个外壳，外壳内有一个定子总成，一个转子，一个与转子传动连接的带有输出轴的减速装置构成。所述定子总成由一个定子铁心及两个绕组构成，所述转子具有一对径向磁极的磁钢及一个驱动齿轮组成一体，所述定子铁心具有一个呈 形、左右对称的构形，所述 形定子铁心中间心柱与边柱的“T”形交汇处有一个与转子外径相适应的圆柱孔，形成定子铁心上三个互成120°的极弧，所述转子位于所述圆柱孔轴线上，所述的两个绕组分别套在对称中心线两侧的定子铁心上。
采用本实用新型的结构后，由于定子铁心具有 形、左右对称的结构，并在定子铁心上有三个互成120°极弧，对于具有一对径向磁极的转子，当两个绕组接收外部输入时序脉冲信号，在三个极弧中产生变换磁场时，可依次受到定子铁心圆柱孔六个位置上的磁力作用，转子转动平稳，力矩大；转子转动一周有六个分步，灵敏度高；当输入至两个绕组的时序脉冲变换时，转子可变换转动方向，以适应仪表指示的正反转；此外转子输出轴的转速可达600°/S。
本实用新型的实施方式由下附图给出。
图1是本实用新型步进电机的外形图。
图2是图1去掉上机壳的机芯结构正视图。
图3是图2去掉减速装置后的结构图。
图4是上机壳内端面的正视图。
图5是步进电机运行前的初始状态示意图。
图6是输入至两个绕组的时序脉冲信号波形图。
以下结合附图，对本实用新型的实施方式作具体描述。
图1至图6是本实用新型步进电机的一种实施例。如图1、图2、图3所示，步进电机具有一个外壳2，该外壳由上机壳3和下机壳1组合而成。在外壳2内有一个定子总成8和一个转子9。定子总成8由定子铁心6和两个绕组12、14构成。定子铁心6具有一个呈 形、左右对称的构形，它采用坡莫合金或纯铁材料制成。为制造和装配的方便，定子铁心6的中间心柱25两侧相对的两个边柱为可拆连接。在定子铁心6的中间心柱25一端与定子铁心边柱20形成的“T”形交汇处有一个与转子9外径相适应的圆柱孔26，该圆柱孔26周围的定子铁心6上沿径向有三个周围均布与圆柱孔26靠近的凹坑21,22,23，其中一个凹坑23处在定子铁芯6对称中心线的边柱20上，另两个凹坑21,22分布在对称中心线的两侧，形成圆柱孔26表面与凹坑21,22,23之间最小间距约0.3mm左右的三个高磁阻的磁隙，从而使定子铁心上具有互成120°角的三个大小相同的极弧17,18,19。在定子铁心6对称中心线两侧的可拆边柱上分别套入上述的绕组12和绕组14。在下机壳1内端面上有三个与定子铁心6上的三个凹坑21,22,23相应的定位块27,28,24，定子铁芯6的三个凹坑21,22,23分别嵌在下机壳1内端面的三个定位块27,28,24的边上定位。在绕组12的两个接线端分别连有一个插接件5,6，另一绕组14的两个接线端亦分别连有插接件(未图示)，插接件的自由端通过外壳2壁向外引出，供与外部器件的电连接。
转子9具有一个径向磁极的高性能磁钢(未图示)和一个驱动齿轮10同轴组合成一体，它装在定子铁心6的圆柱孔26内，转子两端的轴尖分别装在上机壳3和下机壳1内端面的对应轴孔上。
在外壳2内有一根其一端伸出外壳2的输出轴4，以作为仪表的针轴，输出轴4与转子9轴平行。在转子9的驱动齿轮10与输出轴4之间有一个传动连接的减速装置，该减速装置具有与上述驱动齿轮10啮合的第一中间齿轮11，与第一中间齿轮11同轴固连成一体的第二中间齿轮15，与第二中间齿轮15啮合的并与输出轴4同轴固连的输出齿轮13构成，这些齿轮采用塑料材料制成，其中第一中间齿轮11、第二中间齿轮15及输出齿轮13，采用有弹性的塑料材料制成，第一间齿轮11的齿形为指形，其它齿轮为渐开线齿形，以减小齿轮啮合传动的间隙和噪声。驱动齿轮10、第一中间齿轮11、第二中间齿轮15及输出齿轮13的齿数比为Z1∶Z2∶Z3∶Z4=6∶90∶10∶120。减速装置的传动比为1∶180，从而形成转子9每转1圈，输出轴4转2°角的对应关系。
由于定子铁心中有三个互成120°角的极弧和转子中有一对沿直径方向的径向磁极，在定子总成上的两个绕组未输入时序脉冲信号时，即静态时，转子中的任一磁极在靠近任一极弧时，均可使转子停顿，故在转子转动的一个周期中，可在圆柱孔26圆周中的六个位置停顿，形成转子转动的一周的两个整步，和每一整步又有三个分步的形式。当定子总成8中的两个绕组12,14分别输入同频率具有相位差的两个时序脉冲信号时，根据相位差的正负，转子可顺时针转动或逆时针转动。由于转子转一周有六个分步，每一分步中，转子中的磁钢均受到定子铁心产生磁场作用力的推动，因而转子转一周有六个推动力作用，转子的转矩大。转子的每一个分步，对应的输出轴只转20′角，对于在仪表上应用，输出轴的转动，视觉感受较现有技术平稳得多，而且在输出轴转速600°/S下不失步。
下面对步进电机在输入时序脉冲信号时的运行情况作简略叙述。
为了描述运行原理，需假定步进电机的起始状态，图5示出了转子在起始状态时的磁钢极性位置，这时，转子的磁钢S极与极弧17互相吸在一起。
图6给出了输入至两个绕组的时序脉冲信号波形图，其中(a图)表示输入至绕组12的脉冲信号，(b)图表示输入至绕组14的脉冲信号，图中横座标Ⅰ.Ⅱ…Ⅶ为时刻。
当在Ⅰ-Ⅱ时段时，绕组12的①-②线端输入零脉冲信号，而绕组14的④-③端输入负脉冲信号，绕组14产生磁通，使极弧18为S极，极弧17及极弧19为N极，磁通量较小，转子9磁钢的N端受极弧18的S端吸引，顺时针转动60°，当磁钢N端与极弧18的S极相对时，转子转动停止，完成了一个分步。
在Ⅱ-Ⅲ时段时，绕组12的①-②线端输入正脉冲信号，而绕组14的④-③端为零输入，绕组12产生磁通，使极弧19为N极。极弧17及极弧18为S极，磁通量较小，转子9磁钢的S端受极弧19的N端吸引，顺时针转动60°，当磁钢S端与极弧19的N极相对时，转子转动停止，完成了一个分步。
在Ⅲ-Ⅳ时段时，绕组12的①-②线端及绕组14的④-③端分别输入正脉冲信号，两个绕组产生的磁通使极弧17为S极，18及19均为N极，磁钢N极受极弧17的S极吸引顺时针转动60°，至磁钢N端与极弧17的S极相对时，转子停止转动，又完成了一个分步。这时转子从起始端至Ⅳ时刻已转了半圈，跨了一个整步。
在Ⅳ-Ⅴ时段，绕组12的①-②端输入零脉冲信号，绕组14的④-③端输入正脉冲信号，极弧18为N极，磁钢的S端被极弧18的N极吸引，顺时针转动60°，完成了一个分步。
在Ⅴ-Ⅵ时段，绕组12的①-②端输入负脉冲信号，绕组14的④-③端为零输入，绕组12产生磁通使极弧19为S极，极弧17及18为磁通量较低的N极，磁钢N端受极弧19的S极吸引，顺时针转动60°至磁钢的N端与极弧19相对时，转子停止转动，完成了一个分步。
在Ⅵ-Ⅶ时段，绕组12的①-②端及绕组14的④-③端分别输入负脉冲信号，两个绕组产生的磁通使极弧17为N极，极弧18及19为S极，转子磁钢的S极被极弧17的N极吸引，顺时针转动60°，至磁钢的S端与极弧17相对时，转子停止转动，这时转子转了一周后，回到起始位置，共完成了两个整步。
当输入至两个绕组的脉冲信号按图6(a)和图6(b)输入时，转子就会平稳不停地顺时针转动。
按照对称原理，若将原输入至绕组A的电脉冲信号改为输入至绕组B，和将原输入至绕组B的电脉冲信号改为输入至A绕组，这时转子将由图的起始位置逆时针转动。
步进电机工作的电脉冲信号可由传感器，如速度传感器，水温传感器，油量传感器等输出的电信号经放大，微处理器处理后的输出得到，因不属于本实用新型的范围，在此不作叙述。
为了使装入仪表指针的输出轴4在工作前有一个起始位置，在输出齿轮13侧面连有一个挡块16(参见图2)，上机壳3内端面上与档块16位置对应处有一条圆弧形凹槽29(参见图4)，凹槽29所对的圆心角约为320°或根据表盘需要设计，所述挡块伸进上机壳3内端面的凹槽29中，该档块随输出齿轮转动时，可沿凹槽中移动。装有指针输出轴的转动角约315°
权利要求1．一种用于驱动仪表指针转动的步进电机，它包括一个外壳(2)，外壳内有一个定子总成(8)，一个转子(9)，与转子(9)传动连接的带有输出轴(4)的一个减速装置构成，所述定子总成(8)由定子铁心(6)及两个绕组(12,14)构成，所述转子(9)具有一对径向磁极的磁钢及一个驱动齿轮(10)组成一体，其特征在于所述定子铁芯(6)具有一个呈 形左右对称的构形，所述 定子铁心(6)的中间心柱(25)与边柱(20)的“T”形交汇处有一个与转子(9)外径相适应的圆柱孔(26)，形成定子铁心(6)上三个互成120°的极弧(17,18,19)，所述转子(4)位于所述圆柱孔(26)轴线上，所述两个绕组分别套在定子铁芯(6)对称中心线两侧的定子铁芯(6)上。
2．根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于减速装置的传动比为1∶180。
3．根据权利要求1或2所述的步进电机，其特征在于在所述输出齿轮(13)的侧面有一个随输出齿轮转动的档块(16)，上机壳(2)的内端面上与档决(16)位置相应处有一条圆弧形凹槽(29)，所述档块(16)伸进上机壳内端面上的凹槽(29)中。
专利摘要本实用新型公开了一种用电脉冲信号驱动仪表指针转动的步进电机,它包括外壳,外壳内的定子总成,转子,减速装置构成,定子总成含有一个定子铁芯,该定子铁芯具有“”形左右对称构形,在定子铁心的中间柱一端与侧柱交汇处有一个与转子外径相应的圆柱孔,该圆柱孔表面上有三个互成120°的极弧,转子可转动地位于圆柱孔轴线上,在定子铁心对称线两侧的铁心上分别套有一个绕组。本实用新型的步进电机,输出转矩大,轴向厚度小,结构简单,成本低。驱动电流小,灵敏度高,工作稳定,使用广泛。
文档编号H02K37/00GK2453602SQ0026036
公开日2001年10月10日 申请日期2000年11月17日 优先权日2000年11月17日
发明者韩志生, 石才江 申请人:韩志生
技术领域：
本实用新型涉及一种能把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移量的执行部件，尤其是一种步进电机。
目前可应用于自动化仪表中的驱动部件为步件电机，中国专利ZL89207595.3所公开的一种双绕组双极靴步进电机就是一个实例。这种步进电机具有彼此分开的左、右极靴和两个在极靴上安装的彼此间可以并联或串联连接的绕组。在转子转动的一周中，包括一对径向磁极的转子，只受到左右极靴两次变换磁场的作用，转子的转矩小，转动过程中跳动明显，且转子的频率响应不超过35Hz，灵敏度低，很不适应要求转矩大，转动平稳的仪表中应用。
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种步进电机，它的输出转矩大，灵敏度高，转动平稳。
为达到上述目的，本实用新型提供了如下结构的一种步进电机，它包括一个外壳，外壳内有一个定子总成，一个转子，一个与转子传动连接的带有输出轴的减速装置构成。所述定子总成由一个定子铁心及两个绕组构成，所述转子具有一对径向磁极的磁钢及一个驱动齿轮组成一体，所述定子铁心具有一个呈 形、左右对称的构形，所述 形定子铁心中间心柱与边柱的“T”形交汇处有一个与转子外径相适应的圆柱孔，形成定子铁心上三个互成120°的极弧，所述转子位于所述圆柱孔轴线上，所述的两个绕组分别套在对称中心线两侧的定子铁心上。
采用本实用新型的结构后，由于定子铁心具有 形、左右对称的结构，并在定子铁心上有三个互成120°极弧，对于具有一对径向磁极的转子，当两个绕组接收外部输入时序脉冲信号，在三个极弧中产生变换磁场时，可依次受到定子铁心圆柱孔六个位置上的磁力作用，转子转动平稳，力矩大；转子转动一周有六个分步，灵敏度高；当输入至两个绕组的时序脉冲变换时，转子可变换转动方向，以适应仪表指示的正反转；此外转子输出轴的转速可达600°/S。
本实用新型的实施方式由下附图给出。
图1是本实用新型步进电机的外形图。
图2是图1去掉上机壳的机芯结构正视图。
图3是图2去掉减速装置后的结构图。
图4是上机壳内端面的正视图。
图5是步进电机运行前的初始状态示意图。
图6是输入至两个绕组的时序脉冲信号波形图。
以下结合附图，对本实用新型的实施方式作具体描述。
图1至图6是本实用新型步进电机的一种实施例。如图1、图2、图3所示，步进电机具有一个外壳2，该外壳由上机壳3和下机壳1组合而成。在外壳2内有一个定子总成8和一个转子9。定子总成8由定子铁心6和两个绕组12、14构成。定子铁心6具有一个呈 形、左右对称的构形，它采用坡莫合金或纯铁材料制成。为制造和装配的方便，定子铁心6的中间心柱25两侧相对的两个边柱为可拆连接。在定子铁心6的中间心柱25一端与定子铁心边柱20形成的“T”形交汇处有一个与转子9外径相适应的圆柱孔26，该圆柱孔26周围的定子铁心6上沿径向有三个周围均布与圆柱孔26靠近的凹坑21,22,23，其中一个凹坑23处在定子铁芯6对称中心线的边柱20上，另两个凹坑21,22分布在对称中心线的两侧，形成圆柱孔26表面与凹坑21,22,23之间最小间距约0.3mm左右的三个高磁阻的磁隙，从而使定子铁心上具有互成120°角的三个大小相同的极弧17,18,19。在定子铁心6对称中心线两侧的可拆边柱上分别套入上述的绕组12和绕组14。在下机壳1内端面上有三个与定子铁心6上的三个凹坑21,22,23相应的定位块27,28,24，定子铁芯6的三个凹坑21,22,23分别嵌在下机壳1内端面的三个定位块27,28,24的边上定位。在绕组12的两个接线端分别连有一个插接件5,6，另一绕组14的两个接线端亦分别连有插接件(未图示)，插接件的自由端通过外壳2壁向外引出，供与外部器件的电连接。
转子9具有一个径向磁极的高性能磁钢(未图示)和一个驱动齿轮10同轴组合成一体，它装在定子铁心6的圆柱孔26内，转子两端的轴尖分别装在上机壳3和下机壳1内端面的对应轴孔上。
在外壳2内有一根其一端伸出外壳2的输出轴4，以作为仪表的针轴，输出轴4与转子9轴平行。在转子9的驱动齿轮10与输出轴4之间有一个传动连接的减速装置，该减速装置具有与上述驱动齿轮10啮合的第一中间齿轮11，与第一中间齿轮11同轴固连成一体的第二中间齿轮15，与第二中间齿轮15啮合的并与输出轴4同轴固连的输出齿轮13构成，这些齿轮采用塑料材料制成，其中第一中间齿轮11、第二中间齿轮15及输出齿轮13，采用有弹性的塑料材料制成，第一间齿轮11的齿形为指形，其它齿轮为渐开线齿形，以减小齿轮啮合传动的间隙和噪声。驱动齿轮10、第一中间齿轮11、第二中间齿轮15及输出齿轮13的齿数比为Z1∶Z2∶Z3∶Z4=6∶90∶10∶120。减速装置的传动比为1∶180，从而形成转子9每转1圈，输出轴4转2°角的对应关系。
由于定子铁心中有三个互成120°角的极弧和转子中有一对沿直径方向的径向磁极，在定子总成上的两个绕组未输入时序脉冲信号时，即静态时，转子中的任一磁极在靠近任一极弧时，均可使转子停顿，故在转子转动的一个周期中，可在圆柱孔26圆周中的六个位置停顿，形成转子转动的一周的两个整步，和每一整步又有三个分步的形式。当定子总成8中的两个绕组12,14分别输入同频率具有相位差的两个时序脉冲信号时，根据相位差的正负，转子可顺时针转动或逆时针转动。由于转子转一周有六个分步，每一分步中，转子中的磁钢均受到定子铁心产生磁场作用力的推动，因而转子转一周有六个推动力作用，转子的转矩大。转子的每一个分步，对应的输出轴只转20′角，对于在仪表上应用，输出轴的转动，视觉感受较现有技术平稳得多，而且在输出轴转速600°/S下不失步。
下面对步进电机在输入时序脉冲信号时的运行情况作简略叙述。
为了描述运行原理，需假定步进电机的起始状态，图5示出了转子在起始状态时的磁钢极性位置，这时，转子的磁钢S极与极弧17互相吸在一起。
图6给出了输入至两个绕组的时序脉冲信号波形图，其中(a图)表示输入至绕组12的脉冲信号，(b)图表示输入至绕组14的脉冲信号，图中横座标Ⅰ.Ⅱ…Ⅶ为时刻。
当在Ⅰ-Ⅱ时段时，绕组12的①-②线端输入零脉冲信号，而绕组14的④-③端输入负脉冲信号，绕组14产生磁通，使极弧18为S极，极弧17及极弧19为N极，磁通量较小，转子9磁钢的N端受极弧18的S端吸引，顺时针转动60°，当磁钢N端与极弧18的S极相对时，转子转动停止，完成了一个分步。
在Ⅱ-Ⅲ时段时，绕组12的①-②线端输入正脉冲信号，而绕组14的④-③端为零输入，绕组12产生磁通，使极弧19为N极。极弧17及极弧18为S极，磁通量较小，转子9磁钢的S端受极弧19的N端吸引，顺时针转动60°，当磁钢S端与极弧19的N极相对时，转子转动停止，完成了一个分步。
在Ⅲ-Ⅳ时段时，绕组12的①-②线端及绕组14的④-③端分别输入正脉冲信号，两个绕组产生的磁通使极弧17为S极，18及19均为N极，磁钢N极受极弧17的S极吸引顺时针转动60°，至磁钢N端与极弧17的S极相对时，转子停止转动，又完成了一个分步。这时转子从起始端至Ⅳ时刻已转了半圈，跨了一个整步。
在Ⅳ-Ⅴ时段，绕组12的①-②端输入零脉冲信号，绕组14的④-③端输入正脉冲信号，极弧18为N极，磁钢的S端被极弧18的N极吸引，顺时针转动60°，完成了一个分步。
在Ⅴ-Ⅵ时段，绕组12的①-②端输入负脉冲信号，绕组14的④-③端为零输入，绕组12产生磁通使极弧19为S极，极弧17及18为磁通量较低的N极，磁钢N端受极弧19的S极吸引，顺时针转动60°至磁钢的N端与极弧19相对时，转子停止转动，完成了一个分步。
在Ⅵ-Ⅶ时段，绕组12的①-②端及绕组14的④-③端分别输入负脉冲信号，两个绕组产生的磁通使极弧17为N极，极弧18及19为S极，转子磁钢的S极被极弧17的N极吸引，顺时针转动60°，至磁钢的S端与极弧17相对时，转子停止转动，这时转子转了一周后，回到起始位置，共完成了两个整步。
当输入至两个绕组的脉冲信号按图6(a)和图6(b)输入时，转子就会平稳不停地顺时针转动。
按照对称原理，若将原输入至绕组A的电脉冲信号改为输入至绕组B，和将原输入至绕组B的电脉冲信号改为输入至A绕组，这时转子将由图的起始位置逆时针转动。
步进电机工作的电脉冲信号可由传感器，如速度传感器，水温传感器，油量传感器等输出的电信号经放大，微处理器处理后的输出得到，因不属于本实用新型的范围，在此不作叙述。
为了使装入仪表指针的输出轴4在工作前有一个起始位置，在输出齿轮13侧面连有一个挡块16(参见图2)，上机壳3内端面上与档块16位置对应处有一条圆弧形凹槽29(参见图4)，凹槽29所对的圆心角约为320°或根据表盘需要设计，所述挡块伸进上机壳3内端面的凹槽29中，该档块随输出齿轮转动时，可沿凹槽中移动。装有指针输出轴的转动角约315°
权利要求1．一种用于驱动仪表指针转动的步进电机，它包括一个外壳(2)，外壳内有一个定子总成(8)，一个转子(9)，与转子(9)传动连接的带有输出轴(4)的一个减速装置构成，所述定子总成(8)由定子铁心(6)及两个绕组(12,14)构成，所述转子(9)具有一对径向磁极的磁钢及一个驱动齿轮(10)组成一体，其特征在于所述定子铁芯(6)具有一个呈 形左右对称的构形，所述 定子铁心(6)的中间心柱(25)与边柱(20)的“T”形交汇处有一个与转子(9)外径相适应的圆柱孔(26)，形成定子铁心(6)上三个互成120°的极弧(17,18,19)，所述转子(4)位于所述圆柱孔(26)轴线上，所述两个绕组分别套在定子铁芯(6)对称中心线两侧的定子铁芯(6)上。
2．根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于减速装置的传动比为1∶180。
3．根据权利要求1或2所述的步进电机，其特征在于在所述输出齿轮(13)的侧面有一个随输出齿轮转动的档块(16)，上机壳(2)的内端面上与档决(16)位置相应处有一条圆弧形凹槽(29)，所述档块(16)伸进上机壳内端面上的凹槽(29)中。
专利摘要本实用新型公开了一种用电脉冲信号驱动仪表指针转动的步进电机,它包括外壳,外壳内的定子总成,转子,减速装置构成,定子总成含有一个定子铁芯,该定子铁芯具有“”形左右对称构形,在定子铁心的中间柱一端与侧柱交汇处有一个与转子外径相应的圆柱孔,该圆柱孔表面上有三个互成120°的极弧,转子可转动地位于圆柱孔轴线上,在定子铁心对称线两侧的铁心上分别套有一个绕组。本实用新型的步进电机,输出转矩大,轴向厚度小,结构简单,成本低。驱动电流小,灵敏度高,工作稳定,使用广泛。
文档编号H02K37/00GK2453602SQ0026036
公开日2001年10月10日 申请日期2000年11月17日 优先权日2000年11月17日
发明者韩志生, 石才江 申请人:韩志生
最新回复(0)