[發明專利]一種永磁體安裝于定子的混合式步進電動機

在審

• 申請號: 201710480034.9
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107332426A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 王愛元
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H02K37/10
• 分類號: H02K37/10;H02K1/17;H02K1/14;H02K3/18
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司31227
• 代理人: 張美娟

技術領域

本發明涉及步進電機的領域，尤其是一種永磁體安裝于定子的混合式步進電動機的結構，應用于計算機外圍設備、數控機床、遙控裝置等領域。

背景技術

步進電機有反應式、永磁式和混合式三種型式。反應式步進電動機無永磁體，定轉子鐵心表面有小齒，具有結構簡單、便于制造、精度高等優勢，但效率差、功耗大、轉矩密度和功率密度低；永磁式步進電動機轉子表面有永磁體，具有控制功率小、效率高、斷電時有定位轉矩的優勢，但步距角大、起動和運行頻率低；混合式步進電動機具有反應式和永磁式步進電動機的各自優勢，代表步進電動機的發展方向。

傳統的混合式步進電動機的永磁體在轉子上采用軸向充磁，轉子包括永磁體和兩段鐵心，永磁體在中間，兩段鐵心在永磁體兩端，裝配時兩段鐵心沿圓周方向相互錯開半個齒間距。這種結構增加了裝配和加工難度，軸向上由于永磁體所在的中間段無氣隙磁通，轉矩密度和功率密度降低，繞組的電阻和電感增大，對電機的高效運行是不利的。

傳統的混合式步進電動機永磁體安裝在轉子上，永磁體不便于冷卻，工作溫度高容易退磁。

近年來，專利CN201510039131.5、CN 201520053883.2、CN201020102645.3提出了永磁體安裝于定子的混合式步進電動機。

專利CN201510039131.5、CN 201520053883.2包含內外兩個定子和杯形轉子，柱狀永磁體嵌于內定子鐵心凹槽中，永磁體不便于冷卻散熱，電機繞組需要采用雙極性電流驅動，繞組中電流的方向發生周期性交替變化，電機結構和驅動復雜，存在加工制造困難的問題；CN201020102645.3的永磁體安裝在定子繞組的槽口，在相鄰的兩個齒極之間存在嚴重的漏磁，存在電樞反應易引起永磁體漏磁、退磁的問題，永磁體利用率不高，加工定子鐵心、安裝永磁體以及后期的維護也比較困難。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種永磁體安裝于定子的混合式步進電動機的結構。

本發明是通過以下技術方案實現的：

混合式步進電機包括一個定子和一個轉子兩大部分。

定子在外主要包括機殼、定子鐵心、電樞繞組、永磁體和端蓋，定子鐵心直徑兩端分別開有截面呈圓環狀豁口,永磁體安裝在所述豁口處，永磁體的外圓位于定子鐵心的外圓，永磁體的內圓位于定子鐵心的槽底；

永磁體周向長度約為定子繞組槽的槽寬，轉子在內主要包括轉子鐵心、轉軸；采用周向充磁，兩塊相鄰的永磁體充磁方向相反為并聯磁路結構形成一對磁極，產生電機內的主磁場，磁極數決定電機的極數；所述轉子上既無繞組又無永磁體，定子鐵心、轉子鐵心面向氣隙的表面上開有齒間距相同的小齒。

進一步的，定子鐵心齒極上電樞繞組，徑向相對齒極上的電樞繞組串聯或并聯為一相，電機采用徑向磁通，電樞繞組中的電流采用單極性控制，繞組中電流的方向不發生周期性交替變化，運行中電樞繞組通電流產生的磁通與永磁磁通交鏈并疊加產生足夠的轉矩，使電機轉動，電樞反應始終是增磁的，不會出現使永磁體退磁的電樞反應；

進一步的，定子鐵心齒極面向氣隙的表面以及轉子鐵心面向氣隙的表面開有齒間距相同的小齒，定子鐵心相鄰的齒極上的小齒與轉子小齒相互錯開1/m齒間距(m為電機的相數)，繞組每完成一個通電循環，轉子轉過一個小齒齒間距的角度。

相比現有技術,本發明具有如下有益效果:

(1)電機結構簡單，便于加工制造；

(2)永磁體安裝于定子鐵心外圈豁口處，運行時便于冷卻，避免了因永磁體高溫引起的退磁，電機的加工裝配工藝簡化；

(3)電樞繞組通電運行采用單極性控制，與反應式步進電動機相同，驅動控制簡單，同時轉矩密度比反應式步進電動機大，體積和重量減小約1/3；

(4)永磁體由于振動等引起的損壞也便于安裝維護；

(5)定子的鐵心、永磁體、繞組以及永磁體的充磁可以單獨設計加工后再裝配，轉子上既無繞組又無永磁體，因此具有足夠的機械輕度，電機加工工藝簡單。

本發明簡化了電機和永磁體的加工和裝配工藝，制造成本降低，制造工藝簡單、運行可靠、便于維護、以及采用繞組單極性驅動運行控制簡單的優勢,電機具有精度高、功率密度/轉矩密度大、具有一定的定位轉矩等多方面的性能，其研制和應用必將促進精密機床加工、計算機外圍設備等領域的應用,具有潛在的推廣應用價值。

附圖說明

圖1電機外形圖

圖2截面所用的平面

圖3沿Q-Q′平面的截面圖