CN215120517U - 步进马达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供步进马达。通过控制步进马达中的制动扭矩来实现转子的停止位置精度的提高。步进马达具有:转子(10),其被支承为能够旋转;永磁铁(14),其设置在转子(10)上,具有沿该转子(10)的旋转方向等间隔地交替排列的多个N极和S极;第1定子,其具有包围永磁铁(14)的一部分的第1绕组和收纳该第1绕组的第1轭;第2定子,其具有包围永磁铁(14)的另一部分的第2绕组和收纳该第2绕组的第2轭;以及磁性体板(40),其包围永磁铁(14)的又一部分。而且,在磁性体板(40)上一体成型有朝向永磁铁(14)突出的突起(41、42)。
Description
技术领域
本实用新型涉及能够用作定量泵、镜头机构的驱动源等的步进马达。
背景技术
步进马达具有定子和转子。在定子上设置有被分成2个以上的相的多个绕组,在转子上设置有多个磁铁。而且,当以规定的模式切换向各相的绕组提供的电流(励磁电流)时,转子每次旋转规定的旋转角度(基本步距角)。
具有上述那样的基本构造和基本动作的步进马达即使不进行使用了速度传感器、位置传感器等的反馈控制,也能够实现准确的速度控制、位置控制。因此,步进马达除了小型和轻量以外,还适合于要求高精度的速度控制、位置控制的液体泵等定量泵的驱动源、照相机的镜头机构的驱动源等。
专利文献1:日本特开2015-61351号公报
在转子上使用了永磁铁的PM(Permanent Magnet:永磁铁)型或HB(Hybrid:混合动力)型的步进马达中,有如下的性质:利用设置在转子上的永磁铁的吸引力而意图将转子始终保持在停止位置。这样的意图将转子保持在停止位置的力(扭矩)有时被称为“制动扭矩”。因此,在本说明书中,也将由设置在转子上的永磁铁的吸引力引起的扭矩即意图将转子保持在停止位置的扭矩称为“制动扭矩”。
如上所述,制动扭矩是意图将转子保持在停止位置的力。因此,如果按每个基本步距角始终产生相同的制动扭矩,则转子的停止位置精度提高。例如,在基本步距角为18度的步进马达中,转子的1周旋转(360度)被分割为20份(360/18)。即,转子相对于励磁电流的1个脉冲旋转18度。因此,如果能够每隔18度始终产生相同或实质上相同的制动扭矩,则能够提高转子的停止位置精度。换言之,如果在转子旋转1周的期间,能够产生相同或实质上相同的制动扭矩20次,则能够提高转子的停止位置精度。但是,由于制造误差等,并不容易始终产生相同或实质上相同的制动扭矩。
实用新型内容
本实用新型的目的在于,通过控制步进马达中的制动扭矩来实现转子的停止位置精度的提高。
本实用新型的第1方式提供一种步进马达,其特征在于,该步进马达具有:转子,其被支承为能够旋转;永磁铁,其设置在所述转子上,具有沿着该转子的旋转方向等间隔地交替排列的多个N极和S极;第1定子,其具有包围所述永磁铁的一部分的第1绕组和收纳该第1绕组的第1轭;第2定子,其具有包围所述永磁铁的另一部分的第2绕组和收纳该第2绕组的第2轭;以及磁性体板,其包围所述永磁铁的又一部分。而且,在所述磁性体板上一体成型有朝向所述永磁铁突出的突起。
在本实用新型的一个方式中,所述第1定子和所述第2定子沿着所述转子的旋转轴线排列成一列,所述磁性体板配置在所述第1定子与所述第2定子之间。
在本实用新型的另一方式中,所述第1轭包含:介于所述第1绕组与所述永磁铁之间的内侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以一定间隔排列的多个第1磁极齿;以及介于所述第1绕组与所述永磁铁之间的外侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以与所述第1磁极齿相同的间隔排列的多个第2磁极齿。另外,所述第2轭包含:介于所述第2绕组与所述永磁铁之间的内侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以一定间隔排列的多个第1磁极齿;以及介于所述第2绕组与所述永磁铁之间的外侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以与所述第1磁极齿相同的间隔排列的多个第2磁极齿。而且,所述磁性体板被夹在所述第1轭的所述内侧部件与所述第2轭的所述内侧部件之间。
在本实用新型的又一方式中,所述磁性体板呈环状,所述突起从所述磁性体板的内周缘朝向所述永磁铁的外周面突出。
在本实用新型的又一方式中,所述磁性体板的所述突起在所述转子的任意停止位置处与所述永磁铁中的相邻的一组N极和S极中的任意位置对置。
在本实用新型的又一方式中,在所述磁性体板上一体成型有在所述转子的旋转方向上分离的两个所述突起。而且,两个所述突起的分离角度θ为所述转子的基本步距角的倍数(其中,0<θ<360)。
在本实用新型的又一方式中,所述基本步距角为18度,所述分离角度θ为90度。
根据本实用新型,实现了转子的停止位置精度高的步进马达。
附图说明
图1是示出应用了本实用新型的步进马达的外观的立体图。
图2是示出图1所示的步进马达的整体构造的剖视图。
图3是示出图2所示的前方定子和后方定子的构造的局部剖面的立体图。
图4是示出图3所示的前方轭和后方轭的构造的立体图。
图5A是示出磁性体板的立体图,图5B是示出磁性体板的俯视图。
图6A~图6D是示出转子的不同的停止位置处的永磁铁的磁极对与磁性体板的突起的位置关系的说明图。
标号说明
1:步进马达;2:连接端子;10:转子;11:轴;12a、12b:侧板;13a、13b:轴承;14:永磁铁;20:第1定子(前方定子);21:第1绕组(前方绕组);22:第1线圈绕线架(前方线圈绕线架);23:第1轭(前方轭);23a、33a:内侧部件;23b、33b:外侧部件;24、34:第1磁极齿;25、35:第2磁极齿;30:第2定子(后方定子);31:第2绕组(后方绕组);32:第2线圈绕线架(后方线圈绕线架);33:第2轭(后方轭);40:磁性体板;41、42:突起;X:旋转轴线;θ:分离角度。
具体实施方式
以下,参照附图对本实用新型的步进马达的实施方式的一例进行详细地说明。如图1、图2所示,本实施方式的步进马达1整体呈大致圆筒形的外观。当对图示的连接端子2、3供电时,包含轴11的转子10以旋转轴线X为中心进行旋转。轴11的一端侧被固定于圆盘形的侧板12a的轴承13a支承为能够旋转。另一方面,轴11的另一端侧被固定于圆盘形的侧板12b的轴承13b支承为能够旋转。
在以下的说明中,以图1、图2所示的轴11的长度方向作为前后方向或轴向。并且,以由轴承13a支承的轴11的一端侧作为“前方”,以由轴承13b支承的轴11的另一端侧作为“后方”。
如图2所示,转子10除了轴11以外还具有永磁铁14。永磁铁14具有圆柱形状,轴11前后贯通永磁铁14的中心。另外,轴11和永磁铁14被固定为不能相对旋转。另外,永磁铁14具有沿着转子10的旋转方向等间隔地交替排列的多个N极和S极。换言之,永磁铁14沿着转子10的旋转方向等间隔地交替地磁化成N极和S极。更具体而言,在本实施方式的永磁铁14中,各设置有5个N极和S极。即,本实施方式中的永磁铁14的极数为10极。
如图1、图2所示,在转子10的周围以包围永磁铁14的方式设置有第1定子20和第2定子30。第1定子20和第2定子30沿着转子10的旋转轴线X排列成一列。换言之,第1定子20和第2定子30前后排列成一列。
如图2所示,第1定子20包围永磁铁14的一部分,第2定子30包围永磁铁14的另一部分。具体而言,第1定子20包围永磁铁14的大致前方一半,第2定子30包围永磁铁14的大致后方一半。因此,在以下的说明中,有时将第1定子20称为“前方定子20”,将第2定子30称为“后方定子30”来加以区分。另外,有时将由前方定子20包围的永磁铁14的一部分称为“前部”,将由后方定子30包围的永磁铁14的另一部分称为“后部”,将未被前方定子20和后方定子30中的任意一个包围的永磁铁14的又一部分称为“中间部”来加以区分。不过,该区分只不过是为了便于说明而进行的区分。
如图2所示,前方定子20具有:第1线圈绕线架22,其卷绕有被提供励磁电流的第1绕组21;以及第1轭23,其收纳第1线圈绕线架22。并且,第1轭23由内侧部件23a和外侧部件23b构成。在以下的说明中,将“第1绕组21”、“第1线圈绕线架22”、“第1轭23”分别称为“前方绕组21”、“前方线圈绕线架22”、“前方轭23”。前方线圈绕线架22由树脂等绝缘体形成,前方轭23(内侧部件23a和外侧部件23b)由磁性体形成。
如图2、图3所示,前方轭23的内侧部件23a介于前方绕组21与永磁铁14之间,具有沿着转子10的旋转方向(=永磁铁14的周向)以一定间隔排列的多个(5根)第1磁极齿24。另一方面,前方轭23的外侧部件23b介于前方绕组21与永磁铁14之间,具有沿着转子10的旋转方向以与第1磁极齿24相同的间隔排列的多个(5根)第2磁极齿25。
更具体而言,第1磁极齿24和第2磁极齿25介于卷绕有前方绕组21的前方线圈绕线架22与永磁铁14的前部之间。即,在前方线圈绕线架22与永磁铁14的前部之间的环状空间内,沿着转子10的旋转方向等间隔地交替配置有10根第1磁极齿24和第2磁极齿25。另外,第1磁极齿24从内侧部件23a朝向前方延伸,第2磁极齿25从外侧部件23b朝向后方延伸。
参照图4。相邻的2根第1磁极齿24的间隔(P1a)为72度。另外,相邻的2根第2磁极齿25的间隔(P1b)也是72度。因此,交替配置的第1磁极齿24与第2磁极齿25的间隔(P2)为36度。
如图2所示,后方定子30具有:第2线圈绕线架32,其卷绕有被提供励磁电流的第2绕组31;以及第2轭33,其收纳第2线圈绕线架32。并且,第2轭33由内侧部件33a和外侧部件33b构成。在以下的说明中,将“第2绕组31”、“第2线圈绕线架32”、“第2轭33”分别称为“后方绕组31”、“后方线圈绕线架32”、“后方轭33”。后方线圈绕线架32由树脂等绝缘体形成,后方轭33(内侧部件33a和外侧部件33b)由磁性体形成。
如图2、图3所示,后方轭33的内侧部件33a介于后方绕组31与永磁铁14之间,具有沿着转子10的旋转方向以一定间隔排列的多个(5根)第1磁极齿34。另一方面,后方轭33的外侧部件33b介于后方绕组31与永磁铁14之间,具有沿着转子10的旋转方向以与第1磁极齿34相同的间隔排列的多个(5根)第2磁极齿35。
更具体而言,第1磁极齿34和第2磁极齿35介于卷绕有后方绕组31的后方线圈绕线架32与永磁铁14的后部之间。即,在后方线圈绕线架32与永磁铁14的后部之间的环状空间内,沿着转子10的旋转方向等间隔地交替配置有10根第1磁极齿34和第2磁极齿35。另外,第1磁极齿34从内侧部件33a朝向后方延伸,第2磁极齿35从外侧部件33b朝向前方延伸。
再次参照图4。相邻的2根第1磁极齿34的间隔(P1a)为72度。另外,相邻的2根第2磁极齿35的间隔(P1b)也是72度。因此,交替配置的第1磁极齿34与第2磁极齿35的间隔(P2)为36度。
如上所述,在前方轭23和后方轭33上分别设置有10根磁极齿。即,本实施方式的步进马达1所具有的磁极齿的根数N为20。而且,前方轭23的第1磁极齿24和后方轭33的第1磁极齿34在转子10的旋转方向上错开360度/N(=360度/20=18度)。另外,前方轭23的第2磁极齿25和后方轭33的第2磁极齿35在转子10的旋转方向上错开360度/N(=360度/20=18度)。该对应的磁极齿间的偏移角(18度)相当于转子10的基本步距角。即,本实施方式的步进马达1中的转子10的基本步距角为18度。另外,转子10的基本步距角(18度)也是相当于P2/2的角度。
如图1所示,在前方定子20与后方定子30之间配置有磁性体板40。如图2~图4所示,磁性体板40配置在前方轭23与后方轭33之间。更具体而言,磁性体板40配置在前方轭23的内侧部件23a与后方轭33的内侧部件33a之间。换言之,前方轭23的内侧部件23a和后方轭33的内侧部件33a夹持磁性体板40。
如图4和图5A、图5B所示,磁性体板40呈环状。另外,如图2和图5A所示,磁性体板40包围永磁铁14的中间部。如图5A、图5B所示,在磁性体板40上一体成型有朝向永磁铁14突出的2个突起41、42。各个突起41、42从磁性体板40的内周缘朝向永磁铁14的外周面突出。不过,在各个突起41、42的端面与永磁铁14的外周面之间设置有微小的间隙(气隙)。
如图5B所示,设置在磁性体板40上的2个突起41、42在转子10的旋转方向上分离。具体而言,转子10的旋转方向上的2个突起41、42的分离角度θ为转子10的基本步距角的倍数(其中,0<θ<360),在本实施方式中为90度。换言之,在将图5B所示的转子10的端面视为钟表的表盘的情况下,突起41位于12点的位置,突起42位于3点的位置。
在2个突起41、42的配置满足上述条件的本实施方式的步进马达1中,在转子10的任意停止位置处,突起41或突起42与永磁铁14中的相邻的一组N极和S极中的任意位置对置。以下,参照图6A~图6D更具体地进行说明。在以下的说明中,将图6A所示的转子10(永磁铁14)的位置设为基准位置(旋转角度0度)。另外,图6A所示的转子10(永磁铁14)从该图所示的基准位置沿顺时针方向旋转。
如上所述,本实施方式的步进马达1中的转子10的基本步距角为18度。因此,图6A所示的转子10(永磁铁14)一边从图示的基准位置沿顺时针方向每次旋转18度一边旋转1周。
如图6A所示,在转子10(永磁铁14)位于基准位置时,突起41与永磁铁14的相邻的一组N极和S极对置。更严格地说,突起41与相邻的一组N极和S极的边界对置。
然后,当图6A所示的转子10(永磁铁14)旋转18度,到达图6B所示的停止位置时,突起42与永磁铁14的相邻的另一组N极和S极对置。接着,当图6B所示的转子10(永磁铁14)进一步旋转18度(累积36度),到达图6C所示的停止位置时,突起41与永磁铁14的相邻的又一组N极和S极对置。然后,当图6C所示的转子10(永磁铁14)进一步旋转18度(累积54度),到达图6D所示的停止位置时,突起42与永磁铁14的相邻的又一组N极和S极对置。之后,每隔18度突起41或突起42中的任一方与相邻的一组N极和S极中的任意位置对置,直到转子10(永磁铁14)的旋转角度达到360度为止。
这里,设置于磁性体板40的突起41、42与磁性体板40一体成型。即,在转子10的各停止位置处,在永磁铁14的任意一组的磁极对的附近,存在在其他的磁极对的附近不存在的磁性体。其结果为,突起41或突起42对置的磁极对间的磁场强度与其他磁极对间的磁场强度相比被增强。而且,突起41、42的磁场强度的增强的程度能够通过突起41、42的大小、突起41、42与永磁铁14之间的气隙的大小等来控制。因此,能够按转子10的基本步距角(18度)始终产生相同或实质上相同的制动扭矩。换言之,在转子10旋转1周的期间,能够使相同或实质上相同的制动扭矩产生规定的次数。因此,转子10按基本步距角可靠地停止,转子10的停止位置精度提高。另外,通过始终产生相同或实质上相同的制动扭矩,也能够期待输出扭矩上升、振动和噪音降低。
本实用新型并不限定于上述实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。例如,设置于磁性体板的突起的个数和配置能够根据转子的基本步距角而适当变更。另外,设置于磁性体板的突起的大小、突起与永磁铁之间的气隙的大小能够根据想要得到的制动扭矩而适当变更。并且,前方轭、后方轭以及磁性体板可以由相同的磁性材料形成,也可以由不同的磁性材料形成。
磁性体板的前后方向的位置并不限定于上述实施方式中的位置(前方轭与后方轭之间)。例如,磁性体板也可以以包围永磁铁为条件配置于前方轭的前方,也可以配置于后方轭的后方,也可以配置于其他位置。
Claims (7)
1.一种步进马达,其特征在于,
该步进马达具有:
转子,其被支承为能够旋转;
永磁铁,其设置在所述转子上,具有沿着该转子的旋转方向等间隔地交替排列的多个N极和S极;
第1定子,其具有包围所述永磁铁的一部分的第1绕组和收纳该第1绕组的第1轭;
第2定子,其具有包围所述永磁铁的另一部分的第2绕组和收纳该第2绕组的第2轭;以及
磁性体板,其包围所述永磁铁的又一部分,
在所述磁性体板上一体成型有朝向所述永磁铁突出的突起。
2.根据权利要求1所述的步进马达,其特征在于,
所述第1定子和所述第2定子沿着所述转子的旋转轴线排列成一列,
所述磁性体板配置在所述第1定子与所述第2定子之间。
3.根据权利要求2所述的步进马达,其特征在于,
所述第1轭包含:介于所述第1绕组与所述永磁铁之间的内侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以一定间隔排列的多个第1磁极齿;以及介于所述第1绕组与所述永磁铁之间的外侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以与所述第1磁极齿相同的间隔排列的多个第2磁极齿,
所述第2轭包含:介于所述第2绕组与所述永磁铁之间的内侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以一定间隔排列的多个第1磁极齿;以及介于所述第2绕组与所述永磁铁之间的外侧部件,其具有沿着所述转子的旋转方向以与所述第1磁极齿相同的间隔排列的多个第2磁极齿,
所述磁性体板被夹在所述第1轭的所述内侧部件与所述第2轭的所述内侧部件之间。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的步进马达,其特征在于,
所述磁性体板呈环状,
所述突起从所述磁性体板的内周缘朝向所述永磁铁的外周面突出。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的步进马达,其特征在于,
所述磁性体板的所述突起在所述转子的任意停止位置处与所述永磁铁中的相邻的一组N极和S极中的任意位置对置。
6.根据权利要求5所述的步进马达,其特征在于,
在所述磁性体板上一体成型有在所述转子的旋转方向上分离的两个所述突起,
两个所述突起的分离角度θ为所述转子的基本步距角的倍数,其中,0<θ<360。
7.根据权利要求6所述的步进马达,其特征在于,
所述基本步距角为18度,所述分离角度θ为90度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
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