專利名稱：永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)。
目前我們所見到的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種電機(jī)的定子為非對稱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，如煙臺市科技開發(fā)中心鐘表技術(shù)開發(fā)部孫剛、欒竹軒所設(shè)計(jì)的石英塔鐘用大力矩永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)(專利公告號CN2079828U)。另一種電機(jī)為混合式永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，在定子上加裝產(chǎn)生二次諧波的附加極，或者通過齒形尺寸的特殊設(shè)計(jì)產(chǎn)生二次諧波，矩角特性綜合的結(jié)果使其形狀形成非對稱的形狀，正半波寬度大于π，負(fù)半波小于π，從而形成起動(dòng)角，并具有一定的起動(dòng)力矩，使電機(jī)能正常起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。如利用定、轉(zhuǎn)子之間設(shè)計(jì)出不均勻氣隙，使電機(jī)轉(zhuǎn)子的靜穩(wěn)定位置與平衡位置有一定夾角，從而具有一定的起動(dòng)角，如程士俊所設(shè)計(jì)的端面氣隙型永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)(文獻(xiàn)微特電機(jī)，1990，(1)P.35-36)。具有軸向端面氣隙，典型步角為60°，在單極性狹脈沖電源的驅(qū)動(dòng)下能作定向轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于第一種電機(jī)施加繞組的電脈沖為正負(fù)脈沖，即正脈沖走一步，負(fù)脈沖走一步，要求電源為正負(fù)電源，這實(shí)際是雙拍運(yùn)行的。而在某些工程應(yīng)用中，需要較大力矩輸出的單相單極性脈沖控制的步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)不能滿足要求。而第二種電機(jī)雖能在單極性脈沖電源的驅(qū)動(dòng)下能作定向轉(zhuǎn)動(dòng)，但其輸出力矩較小，而且必須保證轉(zhuǎn)子高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，才能利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能來保證電機(jī)的單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此其驅(qū)動(dòng)脈沖信號必須為高頻率信號，即為狹脈沖。在低頻段，這種電機(jī)性能很不可靠，甚至根本無法保證單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)。它可由單極性脈沖電源驅(qū)動(dòng)，能提供較大的輸出力矩，而且具有良好的高頻、低頻性能，即在高頻或是低頻脈沖信號驅(qū)動(dòng)時(shí)均能保證穩(wěn)定的單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、防反轉(zhuǎn)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)、前端蓋、后端蓋等部分。其特征在于定子的永磁極上繞有線圈繞組，轉(zhuǎn)子的凸極上帶有凸起。
轉(zhuǎn)子凸極上的凸起結(jié)構(gòu)可為順時(shí)針或逆時(shí)針方向的鷹嘴形，所述凸極上的鷹嘴形凸起深入角度α在30度至40度之間較好，斜角γ小于15度。轉(zhuǎn)子極上的鷹嘴形凸起的上緣有一直線部分。
本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的定子為凸極結(jié)構(gòu)，由軟磁材料構(gòu)成的軟磁磁極與由永磁材料構(gòu)成的永磁磁極互相交錯(cuò)排列，永磁磁極的極性按N-S-N-S分布排列。定子磁極上繞有定子繞組，繞組分為兩套，一套繞組繞在軟磁磁極上，另一套繞組繞在永磁磁極上，兩套繞組可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。繞組通電時(shí)，永磁磁極上的繞組極性與永磁磁極的極性相反，二者磁勢大小相等，即互相抵銷。轉(zhuǎn)子為帶有鷹嘴形狀的凸極結(jié)構(gòu)。鷹嘴的伸出方向決定了電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。
電機(jī)不通電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子定位在定子永磁磁極下，當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)，永磁磁極的永磁磁勢與繞組磁勢互相抵銷，與轉(zhuǎn)子間無電磁力矩，轉(zhuǎn)子鷹嘴在軟磁磁極的磁勢作用下向前轉(zhuǎn)動(dòng)，一直到鷹嘴頂部與定子軟磁磁極對齊為止，電機(jī)走了一個(gè)步距角。電機(jī)斷電，永磁磁極的繞組已無磁勢，軟磁磁極也無磁勢，因而鷹嘴在永磁磁勢的作用下繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，直到鷹嘴頂部與永磁磁極對齊為止，電機(jī)又向前走了一步。
棘輪棘爪機(jī)構(gòu)主要是用于防止電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)。棘輪固定于轉(zhuǎn)子軸上，與轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)。棘爪固定于后端蓋上。
電機(jī)在第二個(gè)電脈沖到來時(shí)，又重復(fù)前述過程。
采用上述技術(shù)方案設(shè)計(jì)的電機(jī)能夠在單極性較寬頻帶的脈沖驅(qū)動(dòng)信號下連續(xù)單方向運(yùn)轉(zhuǎn)，并可以做到有較大的輸出轉(zhuǎn)矩。
我們采用上述技術(shù)方案設(shè)計(jì)出一種步距角為45度的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，并成功地進(jìn)行了帶負(fù)載的系統(tǒng)聯(lián)試。
以下結(jié)合附圖、實(shí)施例對本實(shí)用新型作一詳細(xì)描述。


圖1本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖圖2本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的鷹嘴結(jié)構(gòu)示意圖圖3本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)示意圖圖4本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)實(shí)施例的
曲線圖1為本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的定子(1)為凸極結(jié)構(gòu)，由八個(gè)定子極構(gòu)成，其中四個(gè)極為軟磁材料構(gòu)成，為軟磁磁極(3)，另外四個(gè)極為永磁材料，它們互相交錯(cuò)排列，永磁磁極(4)的極性按N-S-N-S分布排列。
定子磁極上繞有定子繞組(5)，繞組采用兩套，一套繞組繞在軟磁磁極上，另一套繞組繞在永磁磁極上，兩套繞組可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。但有一個(gè)要求，就是繞組通電時(shí)，永磁磁極(4)上的繞組極性與永磁磁極(4)的極性相反，磁勢大小相等，即互相抵銷。我們所采用的用來作永磁磁極(4)的稀土永磁充磁方向厚度小于1.2mm，繞組匝數(shù)大于100匝。也可采用其它相應(yīng)的參數(shù)。
圖2為本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的鷹嘴結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子(2)為帶有鷹嘴形狀的凸板結(jié)構(gòu)。鷹嘴(6)的伸出方向決定了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。鷹嘴(6)部分外緣是一條斜直線(7)，這條斜直線(7)對電機(jī)的步矩角精度的保證以及電機(jī)在低頻信號驅(qū)動(dòng)時(shí)的性能穩(wěn)定性具有重要作用。表征轉(zhuǎn)子鷹嘴(6)尺寸的有頂部寬度b，深入角度α及斜角γ。鷹嘴(6)頂部寬度b與定子齒寬相等，深入角度α及斜角γ決定了電機(jī)的起動(dòng)角及起動(dòng)力矩。我們所采用的α在30度至40度，γ小于15度。
圖3為本實(shí)用新型永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)示意圖棘輪棘爪機(jī)構(gòu)主要是用于防止電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)在較低頻率脈沖信號驅(qū)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子(2)由于與永磁磁極(4)之間氣隙較大，因而轉(zhuǎn)子(2)在此穩(wěn)定平衡位置處的振動(dòng)尤其厲害。將棘爪(8)位置設(shè)計(jì)為可調(diào)整位置的，使棘爪能恰好頂住棘輪(9)齒根處，相當(dāng)于增加了一個(gè)機(jī)械阻尼器，保證電機(jī)在低頻共振區(qū)不失步地穩(wěn)定運(yùn)行。
本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)已成功地通過復(fù)雜工程系統(tǒng)聯(lián)試，證明此永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)的原理是可行的，具有可操作性。本實(shí)用新型實(shí)施例的主要性能指標(biāo)為額定電壓 12V電機(jī)內(nèi)阻 8.8Ω電機(jī)外徑 20mm電機(jī)長度 30mm步距角45°步距角精度 ≤±4°最大輸出轉(zhuǎn)矩 ≤115gcm圖4為本實(shí)用新型的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)實(shí)施例的
曲線。
權(quán)利要求1.一種永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，含有定子、轉(zhuǎn)子、防反轉(zhuǎn)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)、前端蓋、后端蓋，其特征在于定子(1)的永磁磁極(4)上繞有線圈繞組(5)，轉(zhuǎn)子(2)的凸極上帶有凸起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子凸極上的凸起可為鷹嘴形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，其特征在于，所述凸極上的鷹嘴形凸起結(jié)構(gòu)深入角度α在30度至40度較好，斜角γ小于15度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子極上的鷹嘴形凸起的上緣有一直線部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī)，其特征在于永磁磁極(4)上線圈繞組(5)的繞向由永磁磁極(4)的反向極性確定。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種永磁復(fù)合式單相步進(jìn)電機(jī),電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、防反轉(zhuǎn)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)、前端蓋、后端蓋等部分,定子的永磁極上繞有線圈繞組,轉(zhuǎn)子的凸極上帶有凸起;轉(zhuǎn)子凸極上的凸起結(jié)構(gòu)鷹嘴形。它可由單極性脈沖電源驅(qū)動(dòng),能提供較大的輸出力矩,而且具有良好的高頻、低頻性能,即在高頻或是低頻脈沖信號驅(qū)動(dòng)時(shí)均能保證穩(wěn)定的單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號H02K37/10GK2403172SQ99241670
公開日2000年10月25日 申請日期1999年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月24日
發(fā)明者秦劍飛, 楊晴, 鄂峻膺 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所