[發(fā)明專利]混合步進(jìn)電機(jī)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410199437.2
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN105099121A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林聰明
• 申請（專利權(quán)）人: 林氏電機(jī)工程公司
• 主分類號: H02K37/10
• 分類號: H02K37/10
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及步進(jìn)電機(jī)，尤其是需要平滑運動的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計。

背景技術(shù)

在步進(jìn)電機(jī)運動控制工業(yè)中低速振動是難題之一。步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用可能需要平滑運動，包括掃描儀，打印機(jī)，X-Y工作臺，轉(zhuǎn)臺，CNC機(jī)器，分配器，噴射泵，諸如安全攝像頭之類的光學(xué)設(shè)備，以及任何運動控制系統(tǒng)的精密裝置。

控制振動的困難是由于在轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙中強(qiáng)烈的磁性，由此使得通過從定子產(chǎn)生的安培圈單獨控制磁通變得極為困難。因而，采用電子和機(jī)械阻尼以提高平滑運動。

發(fā)明內(nèi)容

通過意識到難以控制空氣間隙里的磁通是由于在轉(zhuǎn)子中盤狀永磁體的使用可實現(xiàn)平滑運動，并且通過意識到這種永磁體不需要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子中但可移動到定子中而遠(yuǎn)離間隙。具體地說，本發(fā)明從環(huán)狀永磁體提供了足夠的磁性，該環(huán)狀永磁體夾在兩個定子堆疊體的外部部分之間。這個在定子中而不是在轉(zhuǎn)子中的永磁體遠(yuǎn)離空氣間隙定位，即位于繞組外部的定子周界內(nèi)。因此，現(xiàn)在是空氣間隙里的磁通支配，而不是繞組。這使得定子繞組產(chǎn)生的安培圈磁通較容易地控制磁通。在非通電電極的磁通交叉用于具有在低和高的步進(jìn)速度時較少振動和噪聲的平滑運動減少。步進(jìn)精度也提高，因為較少雜散磁通。

步進(jìn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子繞組組件。轉(zhuǎn)子具有多個轉(zhuǎn)子齒并適于在定子繞組組件中轉(zhuǎn)動，且籍由軸承安置在軸向轉(zhuǎn)軸上。定子繞組組件包括帶有定子極組的定子，所述定子極組具有定子齒組。定子極纏繞有線圈，該線圈可在一系列的相位被驅(qū)動，以便其與轉(zhuǎn)子相互磁性作用。此外，如本發(fā)明所述的定子，其特征在于，所述定子具有夾在線圈定子外部的兩個定子堆疊元件之間的環(huán)狀永磁體。這樣，在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒和定子齒之間的間隙里的磁通受由通電定子線圈的安培圈產(chǎn)生的磁通支配，具有從任何相位下的非通電電極減少的磁通交叉。

步進(jìn)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和兩個定子堆疊體。轉(zhuǎn)子可以是兩個偏移1/2齒距的堆疊體，而兩個定子堆疊體具有相互對齊的定子齒。替代地，轉(zhuǎn)子可以是一個堆疊體，而兩個定子堆疊體組件使得其偏移1/2齒距。步進(jìn)電機(jī)包括其形狀與定子磁軛形狀相符合的永磁體，該永磁體定位在定子繞組外部并夾在兩個定子堆疊體之間。這就不再需要在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁體。

轉(zhuǎn)子可包括轉(zhuǎn)子堆疊元件，該堆疊元件相對于另一個堆疊元件偏移二分之一的齒距，相應(yīng)的定子堆疊元件具有相互對齊的定子齒。替代地，定子堆疊元件可具有相對于另一個定子齒偏移二分之一齒距的定子齒，而轉(zhuǎn)子是與轉(zhuǎn)子齒對齊的單個元件。

環(huán)狀永磁體優(yōu)選地具有與定子堆疊元件相符合的形狀。定子可進(jìn)一步具有非金屬間隔件，該間隔件夾在定子堆疊元件之間并定位在環(huán)狀永磁體內(nèi)。通常地，轉(zhuǎn)子缺少任何永磁體。

永磁體的磁性可由從定子產(chǎn)生的安培圈控制，因此提供了平滑運動。所有的磁通接著通電定子極。這不再需要、通常地不用任何在轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁體。這允許構(gòu)建較小尺寸的電機(jī)并仍然保持合理的扭矩。因此可以獲得每個慣性電機(jī)用于較快的加速的較高扭矩。此外，因為磁通路徑減少，電機(jī)將會較高效。

替代地，可接受較大直徑的軸(或中空軸)。在步進(jìn)電機(jī)中，軸向轉(zhuǎn)軸的直徑不再受需要在轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)環(huán)狀永磁體而被限制。因而，軸向轉(zhuǎn)軸的尺寸可具有至少是轉(zhuǎn)子直徑一半的直徑。這導(dǎo)致了若干新可能，其中轉(zhuǎn)子和軸向轉(zhuǎn)軸一起形成了線性致動器，例如導(dǎo)螺桿，滾珠絲杠和行星滾柱螺桿中的任何一個，由此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向轉(zhuǎn)軸的直線運動。因此，由轉(zhuǎn)子和軸向轉(zhuǎn)軸的組合成型的線性致動器可以是滾珠絲杠，所述轉(zhuǎn)子限定了球形螺母，所述球形螺母包含通過球返回系統(tǒng)再循環(huán)的球形軸承，所述軸向轉(zhuǎn)軸限定了在球形螺母內(nèi)配合球狀軸承具有螺旋凹槽溝的螺桿。

附圖說明

圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的步進(jìn)電機(jī)的側(cè)剖圖，包括轉(zhuǎn)子的環(huán)狀永磁體，其平面圖如圖1B所示。

圖2A是根據(jù)本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)第一實施例的側(cè)剖圖，包括定子的環(huán)狀永磁體(其平面圖如圖2B所示)。在圖2A中，偏移齒是位于轉(zhuǎn)子上并與在定子極上的齒對齊。

圖3A是根據(jù)本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)第二實施例的側(cè)剖圖，包括定子的環(huán)狀永磁體(其平面圖如圖3B所示)。在圖3A中，對齊齒是在轉(zhuǎn)子上，偏移齒則在定子極上。

圖4A是根據(jù)本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)第三實施例的側(cè)剖圖，包括定子的環(huán)狀永磁體(其平面圖如圖4B所示)。附連在轉(zhuǎn)子的軸向轉(zhuǎn)軸的直徑至少具有轉(zhuǎn)子直徑的一半。

圖5A是根據(jù)本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)第四實施例的側(cè)剖圖，包括定子的環(huán)狀永磁體(其平面圖如圖5B所示)。環(huán)狀永磁體(其平面圖如圖5C所示)也嵌入在轉(zhuǎn)子中。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)的定子組件的立體圖。