CN1084682A - 步进电动机 - Google Patents

Abstract

本发明揭示的永磁体型步进电动机，增大不通电 时转子的制动转矩，并使之稳定。该步进电动机在中 心部且有同圆柱状转子永磁体相对的梳齿状磁极，在 使这些磁极交替定位的上下定子间设有线圈构成定 子绕组，该定子绕组沿转子轴方向2个并排，按规定 的相位配置在罩状壳体内，其中罩状壳体形成磁极并 兼用作定子，由该定子与通过线圈重迭的定子形成凹 侧即罩状壳体底侧定子绕组，设定使得该定子绕组磁 极其面积总值与前侧即罩状壳体开口侧定子绕组磁 极其面积总值相异。

Description

步进电动机

本发明涉及具有较大制动转矩的永磁体型步进电动机的改进。

永磁体型步进电动机不通电时产生的转子制动转矩，是转子永磁体和定子极齿间的磁吸引力产生的。定子由2个定子绕组构成，这些定子绕组电气角只相差π/2相位时，制动转矩周期是π，因而制动转矩在两个定子绕组之间互相抵消，而被设定为比较小的值。

通常，追求高精度停止位置的电动机，由于定子转矩变成旋转(通电)时的负载，因而设计成制动转矩为很小。但是，按用途来说，在不通电时制动转矩使负载实际停止的场合，较大的制动转矩是必需的。

特开昭60-43059号公报中，揭示了通过使定子极齿的宽度不对齐，使得不通电时各相中转矩产生模型变化来提高制动转矩的方案。但是，按照上述技术的话，各相中转矩的非平衡状态无法确认，在制造过程中难以确保一定的制动转矩，而得不到所预期的产品。

本发明目的在于在这种永磁体型步进电机中使不通电时转子的制动转矩增大或适当增大，并且使之稳定。

在上述目的之下，本发明是一种中心部具有同圆柱状转子永磁体相对的梳齿状磁极，使这些磁极交替定位的上下定子间设有线圈构成定子绕组，并将该定子绕组沿转子轴方向2个并排，按规定相位配置在罩状壳体内的步进电动机，罩状壳体底部形成磁极并兼用作定子，由此定子与通过线圈垂叠的定子形成凹侧即罩状壳体底侧定子绕组，设定使得该凹侧定子绕组的磁极面积总值与前侧即罩状壳体开口侧定子绕组的磁极面积总值相异。较佳实施例中，为增大制动转矩，通过使磁极宽度变窄，也就形成为凹侧定子绕组磁极面积总值比前侧定子绕组磁极面积总值要小。

按照上述构成，由于各定子绕组与永磁体转子间的转矩曲线变化，在两转矩合成过程中设定为使转矩相加的状态，因此能够确保必要的制动转矩。

图1是本发明步进电动机的垂直截面图。

图2是2个定子绕组磁极配置的展开图。

图3是表示根据转子各旋转相位磁通的产生状况而产生转矩的说明图。

图4是表示根据转子各旋转相位磁通的产生状况而产生转矩的说明图。

图5是各自定子绕组产生的转矩曲线的波形图。

图6是各自定子绕组产生的转矩曲线的波形图。

图7是另一实施例的磁极展开图。

图8是另一实施例的磁极展开图。

图9是另一实施例的磁极展开图。

图10是壳体底部的一部分截面图。

图11是壳体底部的一部分截面图。

图12是又一实施例的磁极展开图。

图1示出了本发明的步进电动机1。该步进电动机1由圆柱状永磁体转子2，包围该转子2外周的2个定子绕组3、4构成。

上述转子2由对于轴5兼用作小齿轮6的旋转体7旋转自如地支持。该旋转体7外周结合着环状永磁体8。这里，永磁体8如用7、8所示在外周圆周方向交替地形成N极与S极。

另外，上述轴5固定在罩状壳体9的底与闭塞该壳体9开口面的盖壳10之间。而且，上述小齿轮6的旋转经减速用齿轮11、未图示的中间齿轮、齿轮13传递给输出轴14。齿轮11由轴15旋转自如地支持。该轴15由盖壳10与嵌装在壳体9内部的隔板17支持，而且输出轴14是由形成在隔板17上的轴承部18与嵌装在盖壳10孔上的轴承部19旋转自如地支持。

而且，2个定子绕组3、4分别是由环状定子21、22、23、24，以及装入定子21、22之间、定子23、24之间的线圈25、26、线圈绕线管36、37装配。各个定子22、23、24呈环状，为放入壳体9内部的大小，与定子21一起在与转子2相对的内周部分分别形成磁极27、28、29、30。这些磁极27、28；磁极29、30是使各自的定子21、22；定子23、24的内周部分的一部分弯曲成直角，在同转子2外周的N、S极方向相反的状态下交替地相对。2个定子绕组3、4在电气角只偏移π/2的状态下配置。这样壳体9在底部兼用作定子21。

本发明中如图2所示，特地使罩状壳体9内部的凹侧即底侧的定子绕组3的定子21、22其磁极27、28面积总值设定得比壳体9入口侧即开口侧的定子绕组4的定子23、24其磁极29、30面积总值还小。而且反之亦可。即也可以使壳体9底侧定子绕组3的定子21、22其磁极27、28面积总值设定得比壳体9开口侧定子绕组4的定子23、24其磁极29、30面积总值还大。本实施例中磁极27、28宽度比磁极29、30宽度小，设定为约1/2的宽度，因而磁极27、28面积总值比磁极29、30面积总值要小。

接下来，图3、图4分别就定子绕组3、4示出不通电时制动转矩的产生状况。从转子2的N极出来的磁通，随转子2旋转位置的不同，要么仅通过磁极27、28、29、30中任意一个返回到S极；或是通过反向磁极28到达壳体9，再经磁极27返回到S极；要么通过反向磁极27到达壳体9，再经磁极28返回到S极；或是通过反向磁极30到达壳体9，再经磁极29返回到S极；要么通过反向磁极29到达壳体9，再经磁极30返回到S极。令只通过磁极27、28、29、30之一的闭合磁通为Φ_a，通过磁极27、28、29、30的二个以及壳体9的磁通则由Φ_b表示，由这种磁通Φ_a、Φ_b，转子2上就产生CW(顺时针方向)或CCW(逆时针方向)的转矩。

对于定子绕组4宽度较宽的磁极29、30，如图3所示，为了使磁通Φ_a比别的磁通Φ_b大，转子2停止在图示位置，此时转矩方向及其大小如图5曲线。转矩曲线沿右下方向通过转矩零线的点其电气角θ＝0、π、2π、3π…。另一方面，对于定子绕组3宽度较窄的磁极27、28，如图4所示，为了使磁通Φ_b比别的磁通Φ_a大，因而转子2停止在形成该磁通Φ_b的位置上。因此，如图6，转矩曲线沿右下方向通过转矩零线的点其电气角θ＝0、π、2π、3π…。因此，定子绕组3、4的合成转矩即转子2的制动转矩，通过上述2个转矩曲线相加，变成较大值。另外，图6中，虚线转矩曲线示出了磁极27、28宽度较宽时的情况。

这里，为了获得较大的制动转矩，由于壳体9是1罩子型式的，因而凹侧(壳体9底侧)定子绕组3其磁极27、28面积必须构成为比壳体9前侧(开口侧)定子绕组4其磁极29、30面积要小。其理由是，在凹侧定子绕组3中，定子21与壳体9为一体，磁通Φ_b路径上有一处接触部分，因而该路径的磁阻较小，从而可以得到如图6所示值的转矩曲线。另一方面，对于1罩子型式的壳体9入口测的相，若定子绕组4的两片定子23、24都与外侧壳体9有接触部分，通过外侧壳体9而使闭合的磁阻较大，使磁极29、30宽度较窄时，就无法获得图6中所示值的转矩曲线，因而难以得到所需的功能。

图7、图8、图9示出了为得到较大制动转矩，而使凹侧定子绕组3其磁极27、28面积总值形成得比前侧定子绕组4其磁极29、30面积总值小的其他手段。图7示出的是仅使定子22的磁极28宽度变窄构成的例子，还有图8示出的是仅使定子21的磁极27一部分为较窄宽度而构成的例子，还有图9示出的是使定子21、22、23的磁极27、28、29为相同宽度，仅使另一定子24的磁极30一部分宽度变宽而构成的例子。当然，这些磁极27、28、29、30不仅是梯形即使是长方形或其他形状也可以。

另外，图10、11示出了罩状壳体9的其他构造。图10示出的是简状壳体9底的外周部分形成***，以另外部件构成定子21，靠大面积压入之类方法使两者面接触，比较好地进行磁结合的例子。还有图11示出的是使接触部与定子21的外侧面相碰，通过熔接加以固定的例子。这些实施例中，壳体9与别的部件一起最终形成为罩状体。

接下来，图12实施例是使线圈绕线管25、26之间背靠背配置的2块定子22、23其一边的极齿27、28的面积总值与另一边极齿29、30的面积总值相异的构成，具体来说是使3个极齿27、28、30的面积总值相同，使另一边的极齿29面积较小。这种构造的电动机在电动机装配过程中，相当于替换图7具体例定子22、23的电动机。因而只要单单替换2块定子22、23的组装位置，就有可以选择2个不同制动转矩的效果，可根据电动机用途以适当地对应。

本发明中，不通电时的制动转矩变大，停止位置的保持能力增强，因而，即使步进电动机驱动的部分受到复归方向的力和负载也不往回转。而且，这种较大的制动转矩因磁通形成的差异而简单地获得，而可获得特性上没有紊乱，稳定的制动转矩。

具体来说，本发明利用磁通回路形成方式的差异，使各相转矩相加合成来确保制动转矩，因而与已有例的电动机比较，可以有效地确保较大的制动转矩。

Claims (3)

1.一种步进电动机，中心部具有同圆柱状转子永磁体相对的梳齿状磁极；使该磁极交替定位的上下定子间设有线圈的2个定子绕组沿所述转子轴方向并排，其特征在于罩状壳体上形成磁极并兼用作定子，由该定子与通过线圈重迭的定子构成凹侧定子绕组，并使该凹侧定子绕组的磁极其面积总值与前侧定子绕组的磁极其面积总值相异形成。

2.如权利要求1所述的步进电动机其特征在于，使凹侧定子绕组磁极其面积总值形成为比前侧定子绕组磁极其面积总值要小。

3.如权利要求2所述的步进电动机其特征在于，通过使磁极宽度变窄来减小磁极面积。

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