镂空结构转子及电机的制作方法

本实用新型涉及步进电机领域，具体涉及一种镂空结构转子电机。

背景技术：

步进电机广泛应用在工业控制领域，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在正常情况下，电机的转速、停止的位置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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，这个角度称为步距角，通过控制脉冲的数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度。但现有的转子大多采用的是实心结构，转子重量较重，总体结构较重，转动惯量大，影响电机的响应速度，如启动加减速停止的反应不够快，高速往复性不够好，限制了转子的使用范围，无法适用于一些轻负载和高速定位的场合。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种转子质量轻，转动惯量低至12.8g.cm²且电机制动性能好，定位精确度高的镂空结构转子以解决现有技术中的不足。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种镂空结构转子，包括开设有内孔的转子铁芯、镶嵌在所述内孔内的支撑圈、连接在所述支撑圈内的转轴和位于两个所述转子铁芯之间的磁钢，所述磁钢上开设有大于所述转子铁芯内径的内孔，所述支撑圈中心设有与所述转轴配合的转轴安装孔，所述支撑圈内侧与所述转轴安装孔的外侧之间通过沿周向均匀分布的至少三根支撑筋连接。由此，两个转子铁芯因开设有内孔由实心变为镂空质量大大减轻，从而使转动惯量减小，能提高电机的响应效率和定位精度，而且固定时支撑圈与转子铁芯张紧连接固定连接，磁钢内孔的尺寸大于转子铁芯的内径，可以避免张紧时将磁钢挤碎。

进一步地，所述支撑圈内侧与所述转轴安装孔的外侧之间通过沿周向均匀分布的四根支撑筋连接，所述支撑圈与所述转轴安装孔以及四根所述支撑筋之间形成四个镂空结构。由此，支撑圈通过四根支撑筋与转轴安装孔连接在保证了结构强度基础上减轻了整个转子的质量。

进一步地，所述支撑圈采用轻质铝合金制成，铝合金质量较轻，将现有的实心转子由铁转换为铝合金进一步减轻了转子的质量。

进一步地，所述转子铁芯沿所述内孔均匀设有至少三条凸起，所述支撑圈的外圆周表面设有至少三个与所述凸起相卡合的限位凹槽。由此，在转子组装过程中可以先将支撑圈外的限位凹槽对准内孔上的凸起，使转子铁芯与支撑圈牢牢固定在一起。

进一步地，所述转子铁芯的内径小于或等于23cm，外径小于或等于29.5cm。由此，将转子铁芯的外径和内径设置在一定合理的范围内，即不影响转子结构的强度又能减轻转子的总重量提高电机的制动性能。

进一步地，所述镂空结构转子的重量为9.91g，转动惯量为12.8g.cm ²。由此，转子的重量大大减轻，提高了电机的响应效率和定位精度，非常适用于电机需要频繁启停的场合。

进一步地，所述转子铁芯采用转子冲片整齐叠压制成，由此，可以最大限度地减少转子铁芯的重量，又可以保证转子冲片叠铆精度，同时又适合大批量生产，降低成本。

进一步地，所述电机转子由以下步骤制成：所述支撑圈与一个所述转子铁芯通过压铆固定连接在一起后，再将另一个所述转子铁芯、所述磁钢和所述转轴置于错位工装上通过限位和压铆组装成转子。由此，整个转子的组装工艺简单，制造成本低利于推广。

进一步地，所述支撑圈的外径与所述支撑筋的连接处还分别设有铆点，由此，铆点均位于支撑圈与支撑筋的连接处，可以避免支撑圈内侧变形。

本实用新型的另一目的在于提供一种电机，包括壳体、定子以及上述的镂空结构转子，所述定子与所述壳体固定连接，所述转子嵌入所述定子中并与所述定子同轴配合。

本实用新型提供的镂空结构转子，具有以下有益效果：

1、转子铁芯内开设有内孔，转子铁芯的内径小于或等于23cm，外径小于或等于29.5cm，将转子铁芯的内外径尺寸设计在合理范围内，大大减轻了整个转子的重量，转动惯量为12.8g.cm²较现有转动惯量19.5g.cm²的实心转子大大降低，提高了电机的响应效率和定位精度，非常适用于电机需要频繁启停的场合；

2、转子铁芯内的支撑圈通过支撑筋连接转轴孔形成镂空结构且采用轻质铝合金材料制作，既能保证电机转子的结构强度，又进一步降低了转子的重量，提高了电机的制动性能；

3、整个转子的组装采用压铆和限位完成使支撑圈牢牢胀紧在转子铁芯中，提高了结构强度，且组装工艺简单，制造成本低利于市场推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型镂空结构转子一种实施方式的立体结构示意图；

图2为图1中镂空结构转子的爆炸示意图；

图3是现有技术中实心转子的立体结构示意图；

图4为图中实心转子的爆炸示意图；

图中：1、磁钢；2、第一转子铁芯；3、第二转子铁芯；4、内孔；5、转轴；6、支撑圈；61、转轴安装孔；62、支撑筋；63、铆点；7、转子齿；8、半圆形齿槽。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图3和图4所示，现有的实心转子包括第一转子铁芯2、第二转子铁芯3、磁钢1和转轴5，第一转子铁芯2和第二转子铁芯3中设有与转轴5连接的内孔4，第一转子铁芯2、第二转子铁芯3、磁钢1和转轴5通过压铆后组装成实心转子，实心转子的重量达到了19.59g，转动惯量为19.5g.cm²，总体结构较重，转动惯量大，影响电机的响应速度。

如图1和图2所示，本实用新型的一种镂空结构转子，包括开设有内孔4的第一转子铁芯2和第二转子铁芯3、镶嵌在内孔4内的支撑圈6、连接在支撑圈6内的转轴5和位于第一转子铁芯2和第二转子铁芯3之间的磁钢1，磁钢1上开设有大于第一转子铁芯2及第二转子铁芯3内径的内孔4，第一转子铁芯2和第二转子铁芯3的内径等于23cm，外径等于29.5cm，可以看出，本实用新型镂空结构转子中内孔4的尺寸远远大于图3实心转子中内孔4的尺寸，支撑圈6中心设有与转轴5配合的转轴安装孔61，支撑圈6内侧与转轴安装孔61的外侧之间通过沿周向均匀分布四根支撑筋62连接，支撑圈6与转轴安装孔61以及四根支撑筋62之间形成四个镂空结构，支撑圈6内侧与转轴安装孔61的外侧之间沿周向均匀分布的支撑筋62也可以设置为三个、五个或五个以上。

其中，支撑圈6采用轻质铝合金制成以减轻转子的重量。

此外，镂空结构转子的重量为9.91g，转动惯量为12.8g.cm²；第一转子铁芯2和第二转子铁芯3上沿外侧均分布50个转子齿7，为了使相邻的转子齿7之间以及齿槽的结构过渡比较缓和，于相邻转子齿7之间设有半圆形齿槽8，转子齿7的竖直侧面与半圆形齿槽8的竖直端连接再过渡到圆弧端，使得转子齿7和半圆形齿槽8交界处的磁场变化比较缓和，环转子一周的磁场变化及转子在转动的过程中速度变化也比较缓和，步进电机的振动较小，降低了运行的噪音。

而为了最大限度地减少第一转子铁芯2和第二转子铁芯3的重量又可以保证转子冲片叠铆精度，第一转子铁芯2和第二转子铁芯3采用转子冲片整齐叠压制成。此外，支撑圈6的外径与支撑筋62的连接处分别设有铆点63，铆点63设置在支撑筋62与支撑圈6外径的连接处可以避免支撑圈6内侧变形。

镂空结构转子由以下步骤制成：支撑圈6与第一转子铁芯2通过压铆固定连接在一起后，再将第二转子铁芯3、磁钢1和转轴5置于错位工装上通过限位和压铆

组装成转子。

在另一个实施例中，为了使第一转子铁芯2、支撑圈6、磁钢1以及第二转子铁芯3紧紧连接在一起，第一转子铁芯2和第二转子铁芯3沿内孔4均匀设有三条凸起(图中未示出)，支撑圈6的外圆周表面设有三个与凸起相卡合的限位凹槽，在转子组装过程中可以先将支撑圈6外的限位凹槽对准内孔4上的凸起使支撑圈6与第一转子铁芯2卡合，再将转轴5、磁钢1和第二转子铁芯3组装在一起。

一种电机，包括壳体、定子以及上述的镂空结构转子，定子与壳体固定连接，转子嵌入定子中并与定子同轴配合。由于电机中使用是上述的镂空结构转子整体质量变小，响应效率和定位精度均提高了。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。