专利名称：扁平式步进电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及步进电机，特别是ー种扁平式步进电机。
(ニ)背景技术 步进电机是ー种感应电机，是将电脉冲信号转变的角位移的开环控制步进电机元件。在非超载情况下，步进电机的转速、停止的只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。因此步进电机广泛地用作将电脉冲转化为角位移的执行机构。目前步进电机主要分为三种激磁式、反应式和混合式。激磁式步进电机一般为两相,转矩和体积办小，步进角为7. 5度或15度。反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为I. 5度，但噪声和振动很大，已被逐步淘汰。混合式步进电机是混合了激磁式和反应式的优点，具有效率高、加载能力强等优点，分为两相和五相，混合式步进电机目前的应用最为广泛。其缺点在于轴向尺寸较大，常见的步进电机的机座壳和电机转子的外形都是长圆柱体，即轴向尺度大于直径，只能用于空间比较宽敞的地方。例如汽车电动车窗驱动、计算机硬盘驱动等紧凑的机构中，步进电机难以使用。随着各类电子设备的小型化，对步进电机的厚度、体积、惯性和成本的降低均提出了进ー步的要求。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种扁平式步进电机，其转子圆周上均匀分布多个磁钢，前、后端盖内侧圆面上则安装电磁座、电磁线圈和磁凸极，形成多个电磁极组，各电磁极组的电磁线圈依次通电，产生电磁场，拉动转子转动。电机轴向尺寸减小，外形体积缩小。本实用新型设计的扁平式步进电机，包括转子、输出轴和前、后端盖，转子中心固定安装输出轴，前、后端盖在转子前后及侧面封闭转子，输出轴的前、后分别可转动地安装于前、后端盖。本实用新型的转子包括转盘和磁钢，转盘为圆盘形，在转盘的圆盘面上以中心为对称均匀固定嵌装N个形状大小相同的磁钢，N为4 180的整数。磁钢为梯形或扇形。各磁钢的磁场方向都与输出轴轴线平行，并且极性一致，即所有的磁钢的相同磁极都朝向同一个方向。转盘同一面上的各磁钢表面均处于与转盘盘面相平或高于转盘盘面的ー个平面上。转盘的中心固装与其盘面垂直的输出轴。转盘厚度为I 25mm,磁钢高于转盘盘面O 1mm。磁钢内缘和转盘中心的距离为转盘半径的1/3至1/2。前端盖包括导磁的前端盖壳、电磁座、电磁线圈和磁凸极，前端盖壳为与转子相配合的有环形边沿的圆盘，前端盖壳内侧以其中心为对称均匀固定η个相同的导磁的电磁座，η=3 12。电磁座为扇形盘，相邻的电磁座侧边之间的夹角为8° 12°。电磁线圏内缘与电磁座外缘相配合，电磁线圈套装并固定于电磁座外缘，电磁线圈的中心线与输出轴平行。每个电磁座内固定m个导磁的磁凸极。磁钢的个数NS mn+1。磁凸极与转子的磁钢形状大小相同，磁凸极内缘与前端盖壳中心的距离与磁钢内缘与转盘中心的距离相等；且m^2时同一个电磁座上的磁凸极的间距也与磁钢的间距相同。电磁线圈的顶部低于或相平于磁凸极的表面。前端盖壳上的磁凸极表面处于同一平面。相邻的顺时针的下一个电磁座中的m个磁凸极的中心线与电磁座的中心线间的顺时针偏移的角度为360° /nNo后端盖的结构与前端盖的结构大小相同，后端盖壳上也有相同的电磁座、电磁线圈和磁凸极。较佳的方案中，转子的磁钢个数N为20 50,前、后端盖的电磁座个数η为4 7，每个电磁座内的磁凸极个数m为3 10。输出轴可转动地安装于前端盖壳、后端盖壳的中心。前端盖壳和/或后端盖壳有中心孔，输出轴从前端盖壳和/或后端盖壳中心孔伸出。 所述转盘的中心位置设有轴套，轴套的中心孔套在输出轴上，轴套和输出轴之间为紧配合；在转子的前方和后方、输出轴上套有轴承；前端盖壳和后端盖壳的内侧中心为 轴承座，输出轴前、后的2个轴承分别安装于前端盖壳和后端盖壳的轴承座内。前端盖壳和后端盖壳内侧相对、转子处于二者之间的空腔内，前端盖和后端盖内侧的磁凸极一一相对，转子夹在二者之间，转子磁钢表面和前、后端盖的磁凸极表面之间保持间隙，该间隙为O. I 1_，前端盖和后端盖上相对的两个电磁线圈并接或串接，相对的2个电磁座、2个电磁线圈及其内的2m个磁凸极构成独立工作的一个电磁极组，即本电机形成η个电磁极组。前、后端盖壳边沿扣合、封闭转子所处空间。前端盖壳和后端盖壳各有相互配合的均匀分布的至少3个安装孔，螺钉通过安装孔固定连接前端盖壳和后端盖壳。η个电磁极组的电磁线圈的接线端分别与电机控制器的η对输出极相接，各电磁线圈产生的电磁场与转子磁钢磁场方向相同。电机控制器的η对控制输出极依次向各电磁极组输出脉冲，通电的一组电磁线圈产生的电磁场与转子上磁钢的磁场方向相同，并且通过该电磁极组的电磁座、磁凸极以及转子磁钢和前、后端盖的导磁作用形成一个闭环的磁场流。当磁场从前、后端盖的电磁极组中流过时，必须从该电磁极组上的磁凸极和夹在该电磁极组之间的转子的磁钢上磁阻最短的路径上流过，当夹在该电磁极组之间的转子上的磁钢与该电磁极组上的磁凸极未完全对正时，电磁场就拉着转子上的磁钢向磁路最短的方向移动，直到夹在该电磁极组之间的转子上的磁钢和该电磁极组上的磁凸极完全相互对正为止，然后此电磁极组的电磁线圈断电，其顺时针方向相邻的电磁极组的电磁线圈接通。后一电磁极组的磁凸极的中心线与电磁座的中心线间的顺时针偏移的角度为360° /ηΝ，故在前一电磁极组断电后一电磁极组通电的瞬间，后一电磁极组上的磁凸极与夹在后一电磁极组之间的转子上的磁钢相差360° /nN,当后一电磁极组通电后，电磁场就拉着后一电磁极组之间的转子上的磁钢向磁路最短的方向移动，直到夹在后一电磁极组之间的转子上的磁钢和后一电磁极组上的磁凸极对正，这样，转子就转过了 360° /nN的角。此后电机控制器依次接通各电磁极组，当η个电磁极组一轮通电后，转子就转动了 360° /N的转角。在电机控制器连续的脉冲作用下，本步进电机连续运转。电机控制器改变供电的顺序，即可改变电机的转动方向，改变脉冲的频率，就可以改变电机的转速。本实用新型扁平式步进电机的优点为1、圆盘形转子克服了现有步进电机所存在的在轴向尺寸比较长的缺点，其轴向长度与直径的比达I比3甚至可更小，空间尺寸狭窄的也可安装使用；2、前、后端盖上的电磁线圈在转子的两侧加装励磁绕组，使电机提高了转矩特性、并且转动惯量小、反应迅速、同时提高了运转平稳性能；3、电机控制器方便的控制电机的转动方向和转速，提高了电机的控制性能，拓宽了应用范围；4、简化了电机结构，易于加工，降低成本。
图I为本扁平式步进电机实施例的分解结构示意图。图2为本扁平式步进电机实施例的前端盖结构示意图。图3为本扁平式步进电机实施例的转子分解结构示意图。图4为本扁平式步进电机实施例的组装结构示意图。图中标记I、ill端盖，1_1、ill端盖壳，1_2、电磁线圈，1-3、磁凸极，1-4、电磁座，1-5、轴承座，2、输出轴，2-1、轴承，3.转子，3-1、转盘，3-2、磁钢，4、后端盖，4-1、后端盖壳，
5、螺钉。
具体实施方式
本扁平式步进电机实施例如图I、图4所示，包括前端盖I、转子3、输出轴2和后端盖4。转子结构如图3所示，包括转盘3-1和磁钢3-2，转盘3_1为圆盘形，在转盘3_1的圆盘面上以中心为对称均匀固定嵌装31个形状大小相同的磁钢3-2。本例磁钢为扇形。转盘3-2厚度为5_，磁钢3-2的厚度为6_。转盘3-1的盘面上以中心为对称均匀开有31个与磁钢3-2形状大小相同的孔，孔的内缘和转盘3-1中心的距离为转盘半径的1/2。磁钢3-2牢固地镶嵌于孔内。各磁钢3-2的磁场方向都与输出轴轴线平行，并且极性一致。磁钢3-2表面高于转盘3-1盘面O. 5mm,同一面的磁钢3_2表面处于同一平面内。转盘3_1的中心位置设有轴套，轴套的中心孔套在输出轴2上，轴套和输出轴2之间为紧配合。输出轴2在转子3的前方、后方各套有轴承2-1。前端盖I的结构如图2所示，包括导磁的前端盖壳1-1、电磁座1-4、电磁线圈1_2和磁凸极1-3，前端盖壳1-1为与转子3相配合的有环形边沿的圆盘，前端盖壳1-1内侧以其中心为对称均匀设有5个相同的导磁的电磁座1-4。电磁座1-4为扇形盘，相邻的电磁座1-4侧边之间的夹角为9. 6°。电磁线圈1-2内缘与电磁座1-4外缘相配合、套装并固定于电磁座1-4外缘，电磁线圈1-2的中心线与输出轴2平行。每个电磁座内固定5个导磁的磁凸极1-3。磁凸极1-3与转子3的磁钢3-2形状大小相同，磁凸极1-3内缘与前端盖壳1_1中心的距离与磁钢3-2内缘与转盘3-1中心的距离相等，同一个电磁座1-4内的磁凸极1-3的间距也与磁钢3-2的间距相同。电磁线圈1-2顶部低于磁凸极1-3的表面O. 1mm。前端盖壳1-1内侧的磁凸极1-3表面处于同一平面。相邻的顺时针的下一个电磁座1-4中的5个磁凸极1-3的中心线与电磁座1-4的中心线间的顺时针偏移的角度为360° / (31X5)。前端盖壳1-1的内侧中心为轴承座1-5。后端盖4的结构与前端盖I的结构大小相同，后端盖壳4-1上也有相同的电磁座
1-4、电磁线圈1-2、磁凸极1-3和轴承座1-5。如图I、图4所示，输出轴2的前、后的轴承2-1分别安装于前端盖I、后端盖4的轴承座1-5内。本例前端盖壳1-1有中心孔，输出轴2从前端盖壳1-1中心孔伸出。前端盖壳1-1和后端盖壳4-1内侧相对、转子3处于二者之间的空腔内，前端盖I的磁凸极1-3和后端盖4的磁凸极1-3 —一相对，转子3夹在二者之间。转子3的磁钢3-2表面和前端盖I、后端盖4的磁凸极1-3表面之间的间隙为O. 3mm,前端盖I和后端盖2上相对的两个电磁线圈1-2并接或串接,相对的2个电磁座1_4、2个电磁线圈1-2及其内的2X5个磁凸极1-3构成独立工作的一个电磁极组，即本电机形成5个电磁极组。前端盖壳1-1、后端盖壳4-1边沿扣合、封闭转子3所处空间。前端盖壳1-1有均匀分布的4个螺孔为安装孔，后端盖壳4-1有与前端盖壳1-1配合的均匀分布的4个通孔为安装孔，螺钉5通过后端盖壳4-1的通孔旋入前端盖壳1-1的螺孔，固定连接前端盖壳1-1和后端盖壳4-1。5个电磁极组的接线端分别与电机控制器的5对输出极相接。各电磁线圈1-2通电时产生的电磁场方向与磁钢3-2磁场方向一致。将本实施例中五个独立工作的电磁极组称为A组、B组、C组、D组、E组。电机控制器的五对输出极依次对各电磁极组输出脉冲，如，先接通A组，A组的电磁线圈1-3通电后形成的电磁场从前端盖I和后端盖4的电磁座1-4中流过时，必须从A组上的磁凸极1-3和夹在A组之间的转子3上的磁钢3-2上磁阻最短的路径上流过，当夹在A组磁凸极1-3之 间磁钢3-2与A组的磁凸极1-4没有完全对正时，电磁场就拉着转子3的磁钢3-2向磁路最短的方向移动，直到夹在A组之间的转子3的磁钢3-2和A组上的磁凸极1-4完全对正为止。此时夹在B组之间的转子3的磁钢3-2与B组的磁凸极1-4相差了的角度为360° /(31X5)，之后A组电磁线圈1-3断电，B组电磁线圈1-3接通，B组电磁线圈1_3的电磁场就拉着夹在B组之间的转子3的磁钢3-2向磁路最短的方向移动，直到夹在B组之间的转子3的磁钢3-2和B组的磁凸极1-4对正，转子3就又转过了 360° /(31 X5)角。然后再接通C组、D组、E组的电磁线圈1-3，相同的原理，每组电磁线圈1-3接通时，转子3和输出轴2均转动过了 360° / (31X5)角。经过各组的一轮通电回到A组时，转子3和输出轴2就转动了 360° /31角。电机控制器连续的脉冲作用下，步进电机连续运转。改变供电的顺序，就可以改变电机的转动方向，改变脉冲的频率，就可以改变电机的转速。上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.扁平式步进电机，包括转子、输出轴和前、后端盖，转子中心固定安装输出轴，前、后端盖在转子前后及侧面封闭转子，输出轴的前、后分别可转动地安装于前、后端盖；其特征在于 所述转子(3)包括转盘(3-1)和磁钢(3-2)，转盘(3-1)为圆盘形，在转盘(3-1)的圆盘面上以中心为对称均匀固定嵌装N个形状大小相同的磁钢(3-2)，N为4 180的整数；各磁钢(3-2)的磁场方向都与输出轴轴线平行，并且极性一致；转盘(3-1)同一面上的各磁钢(3-2)表面均处于与转盘(3-1)盘面相平或高于转盘(3-1)盘面的ー个平面上；转盘(3-1)的中心固装与其盘面垂直的输出轴(2)； 前端盖(I)包括导磁的前端盖壳(1-1)、电磁座(1-4)、电磁线圈(1-2)和磁凸极(1-3)，前端盖壳(1-1)为与转子(3)相配合的有环形边沿的圆盘，前端盖壳(1-1)内侧以其中心为对称均匀固定η个相同的导磁的电磁座(1-4)，η=3 12 ;电磁座(1_4)为扇形盘，相邻的电磁座(1-4)侧边之间的夹角为8° 12。;电磁线圈(1-2)内缘与电磁座(1-4)外缘相配合，电磁线圈(1-2)套装并固定于电磁座(1-4)外缘，电磁线圈(1-2)的中心线与输出轴(2)平行；每个电磁座(1-4)内固定m个导磁的磁凸极(1-3);磁钢的个数N彡mn+1 ;磁凸极(1-3)与转子(3)的磁钢(3-2)形状大小相同，磁凸极(1-3)内缘与前端盖壳(1-1)中心的距离与磁钢(3-2)内缘与转盘(3-1)中心的距离相等，m彡2时同一个电磁座(1_4)内的磁凸极(1-3)的间距也与磁钢(3-2)的间距相同；电磁线圈(1-2)的顶部低于或相平于磁凸极(1-3)的表面；前端盖壳(1-1)内侧的磁凸极(1-3)表面处于同一平面；相邻的顺时针的下一个电磁座(1-4)中的m个磁凸极(1-3)的中心线与电磁座(1-4)的中心线间的顺时针偏移的角度为360° /nN； 后端盖(4)的结构与前端盖(I)的结构大小相同，后端盖壳(4-1)上也有相同的电磁座(1-4)、电磁线圈(1-2)和磁凸极(1-3)； 输出轴(2)的可转动地安装于前端盖壳(1-1)、后端盖壳(4-1)的中心；前端盖壳(1-1)和/或后端盖壳(4-1)有中心孔，输出轴(2)从前端盖壳(1-1)和/或后端盖壳(4-1)中心孔的伸出；前端盖壳(1-1)和后端盖壳(4-1)内侧相对、转子(3)处于二者之间的空腔内，前端盖(I)的磁凸极(1-3)和后端盖(4)的磁凸极(1-3)—一相对，转子(3)夹在二者之间，转子(3)的磁钢(3-2)表面和前端盖(I)、后端盖(4)的磁凸极(1-3)表面之间保持间隙，前端盖(I)和后端盖(2)上相対的两个电磁线圈(1-2)并接或串接，相対的(2)个电磁座(1-4)、2个电磁线圈(1-2 )及其内的2m个磁凸极(1-3 )构成独立工作的ー个电磁极组，本电机形成η个电磁极组；前端盖壳(1-1)、后端盖壳(4-1)边沿扣合、封闭转子(3)所处空间；前端盖壳(1-1)的后端盖壳(4-1)各有相互配合的均匀分布的至少3个安装孔，螺钉(5)通过安装孔固定连接前端盖壳(1-1)和后端盖壳(4-1) ;η个电磁极组的接线端分别与电机控制器的η对输出极相接；各电磁线圈(1-2)通电时产生的电磁场方向与磁钢(3-2)磁场方向一致。
2.根据权利要求I所述的扁平式步进电机，其特征在干 所述磁钢(3-2)为梯形或扇形。
3.根据权利要求I所述的扁平式步进电机，其特征在干 所述转盘(3-1)厚度为I 25mm,磁钢(3-2)高于转盘(3-1)盘面O 1mm。
4.根据权利要求I所述的扁平式步进电机，其特征在干所述磁钢(3-2)内缘和转盘(3-1)中心的距离为转盘(3-1)半径的1/3至1/2。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的扁平式步进电机，其特征在于 所述转子(3 )的磁钢(3-2 )个数N为20 50，前端盖(I)、后端盖(4 )的电磁座(1_4 )个数η为4 7,每个电磁座(1-4)内的磁凸极(1-3)个数m为3 10。
6.根据权利要求I至4中任一项所述的扁平式步进电机，其特征在于 所述转子(3)的磁钢(3-2)表面和前端盖(I)、后端盖(4)的磁凸极(1-3)表面之间的间隙为O. I 1mm。
7.根据权利要求I至4中任一项所述的扁平式步进电机，其特征在于 所述转盘(3-1)的中心位置设有轴套，轴套的中心孔套在输出轴(2)上，轴套和输出轴(2)之间为紧配合；在转子(3)的前方和后方、输出轴(2)上套有轴承(2-1);所述前端盖壳(1-1)和后端盖壳(4-1)的内侧中心为轴承座(1-5)，输出轴(2)前、后的2个轴承(2-1)分别安装于前端盖壳(1-1)和后端盖壳(4-1)的轴承座(1-5)内。
专利摘要本实用新型为扁平式步进电机，转子为圆盘形转盘上均匀固嵌N个相同的磁钢。各磁钢的磁场方向一致。转盘中心固装输出轴。前端盖壳内侧均匀固定n个相同的电磁座。电磁线圈固装于电磁座外缘。每个电磁座内固定m个与磁钢相同的磁凸极。相邻的电磁座中m个磁凸极的中心线与电磁座的中心线间偏移的角度为360°/nN。后端盖与前端盖相同。输出轴可转动地安装于前、后端盖。二端盖的磁凸极一一相对，转子夹在二者之间。前后端盖相对的电磁线圈并或串接后接控制器输出极。线圈电磁场与磁钢磁场方向相同。控制器依次向各线圈输出脉冲，电磁力拉动转子转动。本电机轴向长度与直径的比可达1比3，便于安装；转矩特性好、转动惯量小、运转平稳；方便控制。
文档编号H02K37/14GK202652037SQ20122028395
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月16日 优先权日2012年6月16日
发明者姜志凌 申请人:桂林电器科学研究院