专利名称：三瓣微型步进电机的制作方法
技术领域：
三瓣微型步进电机技术领域[0001]本实用新型涉及一种三瓣微型步进电机，特别涉及一种基于SPI同步串行总线控 制的三个驱动轴仪表用微型步进电机。
背景技术：
[0002]微型步进电机是一种利用步进原理制成的运动控制部件，属于一种基础性的控 制部件，利用它的转动轴带动指针，能够在不需位置反馈的开环控制条件下实现指针的 精密定位。步进电机控制系统一般由控制器、驱动器和微电机组成，特别适于功率小、 控制简单的应用场合，相比于伺服系统，步进系统具有控制简单，成本低等多种优点。 本实用新型涉及的三瓣微型步进电机是一种小尺寸的步进电机，它充分利用了步进电机 没有累计误差、控制简单等优良特性，专门为仪表应用而设计，一块三瓣微型步进电机 可取代三个传统的带阻尼元件的模拟指示器件。发明内容[0003]技术问题[0004]现有的仪表步进电机主要存在以下问题[0005]1、传统步进电机一般只包含一个驱动轴，只能够控制一根指针，指示一个参 数，即便步进电机具有多个驱动轴，驱动轴之间也是采用同轴嵌套的方式组合在一起， 使得指示多个参数的刻度挤在较小观察范围内，降低了仪表的可视性。[0006]2、通常一个单驱动轴的微型步进电机有四个引脚，具有η个输出轴的微型步进 电机至少有如个输出引脚，从而带来控制和接线的麻烦，使得步进电机的应用比较复 杂，不利于仪表用步进电机的推广。[0007]技术方案[0008]本实用新型推出一款三瓣微型步进电机，包括上盖、下盖、转动轴组、转轴驱 动装置组、专用驱动芯片、PCB电路板，其上盖和下盖组合而成的外壳，其外形上是 由三个空心圆柱体光滑连成一体的瓣形结构，分成中瓣和左、右两个旁瓣，其中两个旁 瓣圆柱关于中心圆柱对称，中心圆柱体比两边的旁瓣圆柱体大，所述转动轴组分别由一 根中心瓣转轴和两根旁瓣转轴组成，中心瓣转轴从上盖的中心圆柱部分伸出，两根旁瓣 转轴分别从上盖的两个旁瓣圆柱部分伸出，三根转轴具有各自的轴心，在空间上相互分 开，但三个轴心在一条直线上。[0009]所述的三瓣微型步进电机，其三瓣微型步进电机内部包含一块PCB电路板，所 述的转轴驱动装置组安装在PCB电路板上，转轴驱动装置组包括一个中心驱动装置和两 个旁瓣驱动装置，中心驱动装置内有一根中心瓣转轴，位于PCB电路板的中心部分，两 个旁瓣驱动装置分别有两根旁瓣转轴，位于PCB电路板两侧的旁瓣部分，两个旁瓣驱动 装置的导磁铁芯在水平方向上相向安装，中心驱动装置的导磁铁芯在水平安装方向上与 两个旁瓣驱动装置的导磁铁芯正交安装。[0010]所述的三瓣微型步进电机，其中心驱动装置与旁瓣驱动装置结构相同，包括导 磁铁芯、转子、联动齿轮、输出齿轮、驱动线圈，驱动线圈固定在导磁铁芯上，驱动线 圈上引出驱动装置的控制引脚，控制引脚焊接在PCB电路板上，联动齿轮分为上下两部 分，下半部分与转子咬合，上半部分与输出齿轮咬合，转轴安装在输出齿轮上，与输出 齿轮紧密接合。[0011]所述的三瓣微型步进电机，其上盖中心部分与两侧旁瓣部分的连接处各开有两 个上盖螺丝孔，PCB电路板中心部分与两侧旁瓣部分的连接处各开有两个PCB电路板螺 丝孔，下盖内侧中心部分与两边旁瓣部分的连接处各设置了两个螺丝座，上盖螺丝孔、 PCB电路板螺丝孔、螺丝座的位置相对，上盖、PCB电路板和下盖通过四个固定螺丝固定在一起。[0012]所述的三瓣微型步进电机，其PCB电路板上焊接有一块用于控制中心驱动装置 和两个旁瓣驱动装置的专用驱动芯片，专用驱动芯片上的引脚与焊接在PCB电路板上的 中心驱动装置和两个旁瓣驱动装置的各自驱动线圈引脚分别连接。[0013]所述的三瓣微型步进电机，其专用驱动芯片为18脚贴片封装，从下盖底部的中 心部位上伸出有五个引脚组成的同步串行总线通信SPI通信接口，所述的SPI通信接口 的五个引脚排列分为上下两排，一排包括串行时钟SCLK、串行输入MC^I、串行输出 MOSO三个引脚，另一排包括电源VDD引脚和接地GND引脚，其中串行时钟SCLK、串 行输入MC^I、串行输出MOSO三个引脚直接与PCB电路板上的专用驱动芯片连接。[0014]技术效果[0015]本实用新型所提出的三瓣微型步进电机具有如下有益效果[0016]1、本实用新型改变了传统仪表步进电机的内部结构，将三个转轴驱动装置分 散放置在同一壳体内，三根转轴之间相隔一定距离，不仅可以同时指示三个物理量，而 且能够清楚的划分各指针的指示区域，有助于提升仪表界面分布的合理性和可视性。例 如，本实用新型的典型应用是作为电动车数字指针式仪表，三瓣微型步进电机可同时驱 动车速、电池电压和工作电流三个指针，用一个三瓣微型步进电机集中实现了电动车仪 表的指示需求。[0017]2、本实用新型采用带专用驱动芯片的五线制同步串行总线接口 6PI)控制仪表 步进电机，使得多输出轴的步进电机对外驱动引脚减少到最少，且能够与任意具有通用 串行总线端口的SPI单片机接口，大大简化了仪表步进电机的应用开发难度。[0018]3、本实用新型的三瓣微型步进电机，结构上紧凑、体积较小、基于SPI总线控 制，特别适合小尺寸仪表面板的安装。
[0019]图Ξ瓣微型步进电机俯视外观图；[0020]图2:Ξ瓣微型步进电机底视外观图；[0021]图3:Ξ瓣微型步进电机驱动装置装配图；[0022]图4:Ξ瓣微型步进电机驱动装置底视装配图[0023]图5:Ξ瓣微型步进电机结构分解图；[0024]图6:Ξ瓣微型步进电机控制结构框图。[0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035]标号说明 1上盖3PCB电路板 5旁瓣转轴 7联动齿轮 9驱动线圈 11电机轴孔2下盖4中心瓣转轴 6转子 8输出齿轮 10导磁铁芯 12上盖螺丝孔13PCB电路板螺丝孔 14螺丝座 15固定螺丝 16SPI通信接口 17中心驱动装置18旁瓣驱动装置 19专用驱动芯片具体实施方式
[0036]
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。[0037]本实用新型三瓣微型步进电机的外观如图1和图2所示，其三瓣微型步进电机包 括上盖1、下盖2、转动轴组、转轴驱动装置组、专用驱动芯片19、PCB电路板3，所述 的机壳由上盖1和下盖2接合而成，外形上是由三个空心圆柱体光滑连成一体的瓣形结 构，分成中瓣和左、右两个旁瓣，其中两个旁瓣圆柱关于中心圆柱对称，中心圆柱体比 两边的旁瓣圆柱体大，所述转动轴组分别由一根中心瓣转轴4和两根旁瓣转轴5组成，中 心瓣转轴4从上盖1的中心圆柱部分伸出，两根旁瓣转轴5分别从上盖1的两个旁瓣圆柱 部分伸出，三根转轴具有各自的轴心，在空间上相互分开，但三个轴心在一条直线上， 每根转轴可驱动一个指针，一个三瓣微型步进电机可分别指示三个被测量的物理量。[0038]本实用新型三瓣微型步进电机的装配和分解图如图3、图4和图5所示，其三瓣 微型步进电机内部包含一块PCB电路板3，所述的转轴驱动装置组安装在PCB电路板3 上，转轴驱动装置组包括一个中心驱动装置17和两个旁瓣驱动装置18，中心驱动装置17 内有一根中心瓣转轴4，位于PCB电路板3的中心部分，两个旁瓣驱动装置18分别有两 根旁瓣转轴5，位于PCB电路板3两侧的旁瓣部分，两个旁瓣驱动装置18的导磁铁芯10 在水平方向上相向安装，中心驱动装置17的导磁铁芯10在水平安装方向上与两个旁瓣驱 动装置18的导磁铁芯10正交安装。[0039]所述的三瓣微型步进电机的中心驱动装置17与旁瓣驱动装置18结构相同，包括 导磁铁芯10、转子6、联动齿轮7、输出齿轮8、驱动线圈9，驱动线圈9固定在导磁铁芯 10上，驱动线圈9上引出驱动装置的控制引脚，控制引脚焊接在PCB电路板3上，联动 齿轮7分为上下两部分，下半部分与转子6咬合，上半部分与输出齿轮8咬合，转轴安装 在输出齿轮8上，与输出齿轮8紧密接合。[0040]所述的三瓣微型步进电机，其上盖1中心部分与两侧旁瓣部分的连接处各开有 两个上盖螺丝孔12，PCB电路板3中心部分与两侧旁瓣部分的连接处各开有两个PCB电 路板螺丝孔13，下盖2内侧中心部分与两边旁瓣部分的连接处各设置了两个螺丝座14， 上盖螺丝孔12、PCB电路板螺丝孔13、螺丝座14的位置相对，上盖1、PCB电路板3和 下盖2通过四个固定螺丝15固定在一起。5[0041]所述的三瓣微型步进电机，其PCB电路板3上焊接有一块用于控制中心驱动装 置17和两个旁瓣驱动装置18的专用驱动芯片19，专用驱动芯片19上的引脚与焊接在 PCB电路板3上的中心驱动装置17和两个旁瓣驱动装置18的各自驱动线圈9引脚分别连接。[0042]所述的三瓣微型步进电机，其专用驱动芯片19为18脚贴片封装，采用直流5V 供电，内置SPI接口，从下盖2底部的中心部位上伸出有五个引脚组成的同步串行总线通 信SPI通信接口 19，所述的SPI通信接口 19的五个引脚排列分为上下两排，一排包括串 行时钟SCLK、串行输入MOM、串行输出MOSO三个引脚，另一排包括电源VDD引脚 和地GND引脚，其中串行时钟SCLK、串行输入MC^I、串行输出MOSO三个引脚直接 与PCB电路板3上的专用驱动芯片19连接，专用驱动芯片19再与各个驱动线圈9上引 出的控制引脚相连。由于本实用新型采用外接五线制的同步串行总线接口 6PI)替代了 步进电机的驱动引脚，使得多输出轴的步进电机对外驱动引脚减少到最少，且能够与任 意具有通用串行总线端口的控制器接口，大大简化了仪表步进电机的应用开发过程。[0043]本实用新型三瓣微型步进电机的控制原理框图如图6所示，专用驱动芯片19的 作用是连接单片机与转轴驱动装置组的桥梁，三瓣微型步进电机的工作流程为专用驱 动芯片19从SPI通信接口 19接收来自单片机发来的命令，专用驱动芯片19经过步距细 分处理后，发出的控制脉冲通过转轴驱动装置组推动相应的转动轴转动，利用指针在数 字表盘上的偏转，从而指示出实时测得的物理量变化。[0044]综上所述，本实用新型提出了一种新型三瓣微型步进电机，在同一壳体内包括 三个安装在步进电机壳体内的分散转动轴，每个转动轴均能驱动一个指针，三根转轴之 间相隔一定距离，不仅可以同时指示三个物理量，而且能够清楚的划分各指针的指示区 域，有助于提升仪表界面分布的合理性和可视性。其典型应用是，可作为电动车数字指 针式仪表的运动驱动部件，其三瓣微型步进电机可同时驱动车速、电池电压和工作电流 三个指针，集中适用电动车仪表的指示需求。[0045]本实用新型另一项重要的改进是，三瓣微型步进电机内置的专用驱动芯片自带 SPI接口，以五线制的同步串行总线接口 直接替代了步进电机的输出引脚，从而大 大简化了仪表步进电机的控制方式，减少了多输出轴电机对外的输出引脚，对外可直接 与单片机接口。显然，本实用新型所提出的三瓣微型步进电机将推动多参数数字化指针 仪表的更新换代。权利要求1.一种三瓣微型步进电机，包括上盖(1)、下盖O)、转动轴组、转轴驱动装置组、 专用驱动芯片(19)、PCB电路板(3)，其特征在于上盖(1)和下盖(2)组合而成的外 壳，其外形上是由三个空心圆柱体光滑连成一体的瓣形结构，分成中瓣和左、右两个旁 瓣，其中两个旁瓣圆柱关于中心圆柱对称，中心圆柱体比两边的旁瓣圆柱体大，所述转 动轴组分别由一根中心瓣转轴(4)和两根旁瓣转轴( 组成，中心瓣转轴(4)从上盖(1) 的中心圆柱部分伸出，两根旁瓣转轴( 分别从上盖(1)的两个旁瓣圆柱部分伸出，三根 转轴具有各自的轴心，在空间上相互分开，但三个轴心在一条直线上。
2.根据权利要求1所述的三瓣微型步进电机，其特征在于三瓣微型步进电机内部 包含一块PCB电路板(3)，所述的转轴驱动装置组安装在PCB电路板C3)上，转轴驱动 装置组包括一个中心驱动装置(17)和两个旁瓣驱动装置(18)，中心驱动装置(17)内有一 根中心瓣转轴G)，位于PCB电路板(3)的中心部分，两个旁瓣驱动装置(18)分别有两 根旁瓣转轴(5)，位于PCB电路板C3)两侧的旁瓣部分，两个旁瓣驱动装置(18)的导磁 铁芯(10)在水平方向上相向安装，而中心驱动装置(17)的导磁铁芯(10)在水平安装方 向上与两个旁瓣驱动装置(18)的导磁铁芯(10)正交安装。
3.根据权利要求1所述的三瓣微型步进电机，其特征在于中心驱动装置(17)与 旁瓣驱动装置(18)结构相同，包括导磁铁芯(10)、转子(6)、联动齿轮(7)、输出齿轮 (8)、驱动线圈(9)，驱动线圈(9)固定在导磁铁芯(10)上，驱动线圈(9)上引出驱动装 置的控制引脚，控制引脚焊接在PCB电路板C3)上，联动齿轮(7)分为上下两部分，下 半部分与转子(6)咬合，上半部分与输出齿轮(8)咬合，转轴安装在输出齿轮(8)上，与 输出齿轮(8)紧密接合。
4.根据权利要求1所述的三瓣微型步进电机，其特征在于上盖(1)中心部分与两侧 旁瓣部分的连接处各开有两个上盖螺丝孔(1 ，PCB电路板(3)中心部分与两侧旁瓣部 分的连接处各开有两个PCB电路板螺丝孔(1 ，下盖O)内侧中心部分与两边旁瓣部分 的连接处各设置了两个螺丝座(14)，上盖螺丝孔(1 、PCB电路板螺丝孔(1 、螺丝座 (14)的位置相对，上盖(1)、PCB电路板(3)和下盖(2)通过四个固定螺丝(15)固定在 一起。
5.根据权利要求1所述的三瓣微型步进电机，其特征在于PCB电路板C3)上焊接有 一块用于控制中心驱动装置(17)和两个旁瓣驱动装置(18)的专用驱动芯片(19)，专用驱 动芯片(19)上的引脚与焊接在PCB电路板C3)上的中心驱动装置(17)和两个旁瓣驱动 装置(18)的各自驱动线圈(9)引脚分别连接。
6.根据权利要求1所述的三瓣微型步进电机，其特征在于所述的专用驱动芯片 (19)为18脚贴片封装，从下盖( 底部的中心部位上伸出有五个引脚组成的同步串行总 线通信SPI通信接口(16)，所述的SPI通信接口(19)的五个引脚排列分为上下两排，一 排包括串行时钟SCLK、串行输入MC^I、串行输出MOSO三个引脚，另一排包括电源 VDD引脚和接地GND引脚，其中串行时钟SCLK、串行输入MOSI、串行输出MOSO三 个引脚直接与PCB电路板(3)上的专用驱动芯片(19)连接。
专利摘要一种三瓣微型步进电机，包括上盖、下盖、转动轴组、转轴驱动装置组、专用驱动芯片、PCB电路板，其特征主要特点是，上盖和下盖组合而成的外壳为一个由三个空心圆柱光滑连成一体的瓣形对称结构，分成中瓣和左、右两个旁瓣，转动轴组包括一根中心瓣转轴和两根旁瓣转轴，三根转动轴相互分离，转轴驱动装置组包括与转动轴组对应的一个中心驱动装置和两个旁瓣驱动装置，用于控制三个驱动装置的专用驱动芯片焊接在PCB电路板上，所述专用驱动芯片具有同步串行通信SPI接口，其输出的五线SPI通信接口从下盖底部伸出，能够直接与各种单片机通信接口，适用于水表、电动车仪表等需要同时指示多个参数的数字指针式仪表。
文档编号H02K11/00GK201813302SQ20102055223
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者卢文波, 彭希南, 管于球, 荀庆来, 谢稳 申请人:彭希南, 管于球