专利名称：步进电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及步进电机，更具体地说，涉及一种具有新型的定子结构和电磁设计并对关键参数进行明确定义的步进电机。
背景技术：
步进电机是以脉冲信号来控制的一种电动机。步进电机会将电脉冲信号通过齿轮系传动转化为角位移或线位移。步进电机以电脉冲信号控制的特点，特别适于数字化控制，是机电一体化的重要元件，因而步进电机目前被广泛应用在许多领域的自动化控制系统中。然而，传统步进电机的设计中，电机输出步距的精度和平稳定对构成电机的各零件的精度和相互关系非常敏感，如转子尺寸、定子尺寸、转子表磁、线圈电感等等，所以在生产时，对各零件尺寸精度的要求非常高。当零件精度不足而引起电机步距角精度不足时，容易引起噪音偏大、输出轮抖动等问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对传统步进电机的上述不足，提供一种具有新型的定子结构和电磁设计的步进电机，并明确定义关键参数之间的关系，使其零件容易加工及控制质量以确保电机输出精确稳定。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提出一种步进电机，包括定子和转子，所述定子包括左右对称分体设置的左定子片和右定子片，且左定子片和右定子片上分别设有左线圈和右线圈，左定子片和右定子片都分别设有上、下两个定子磁极；所述转子包括磁石，容置在左定子片和右定子片的定子磁极所围成的空间内；所述定子和转子满足如下关系280° /N彡β彡210° /N，其中，β表示左定子片和左定子片的定子磁极的张角；N表示转子磁石的磁极数量。根据本实用新型的步进电机的实施例中，所述定子和转子还满足如下关系σ = α，其中，σ表示每一定子片的上、下两个定子磁极的位置张角；α表示转子磁石的磁极张根据本实用新型的步进电机的实施例中，所述转子磁石的磁极张角满足如下关系α = 360° /N，其中，α表示转子磁石的磁极张角；N表示转子磁石的磁极数量。根据本实用新型的步进电机的实施例中，所述定子和转子还满足如下关系式Ω =450° (η/Ν)，其中，Ω表示每一定子片上靠近上方的定子磁极的中线与左右线圈对称中线之间的夹角；N表示转子磁石的磁极数量；其中，当N = 8时，η = 1或2;当N= 10时，η =1或2或3;当N = 12时，η = 1或2或3或4;当N = 14时，η = 1或2或3或4或5。根据本实用新型的步进电机的实施例中，所述定子和转子还满足如下关系 ((BHmax^D)/1150) < g < ((BHmax*D)/1900)，其中，g表示转子磁石表面与定子片定子磁极表面之间的间隙；BHmax表示转子磁石的表磁能量；D表示转子磁石的直径。[0010]本实用新型通过对步进电机中定子片结构形状及其与电磁系统中转子的相关位置关系进行新型的设计和明确定义，使得电机零部件的加工和质量控制更加容易，降低制造成本，而且采用本实用新型的设计方案的步进电机将比传统电机输出更精确稳定，可主要应用于汽车仪表和汽车领域的精密定位。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是根据本实用新型实施例的步进电机电磁系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1所示，根据本实用新型一个实施例的步进电机100的电磁系统主要由定子 110和转子120构成。定子110包括左右对称分体设置的左定子片111和右定子片112。左定子片111设有左线圈113，并形成有上、下两个定子磁极，即第一左定子磁极115和第二左定子磁极116。同样的，右定子片112设有右线圈114，并形成有上、下两个定子磁极，即第一右定子磁极117和第二右定子磁极118。转子120由磁石构成，容置在左定子片111的第一左定子磁极115和第二左定子磁极116、以及右定子片112的第一右定子磁极117和第二右定子磁极118所围成的空间内。当定子110上的左线圈113和右线圈114接入电脉冲， 产生的电磁转矩驱动转子120旋转，输出电机功率。因本实用新型对步进电机的改进涉及新型的定子形状和结构设计及其电磁系统内各参数之间的关系，因而在此不再对该步进电机的具体物理结构做详细描述。本实用新型的步进电机的具体功能原理和装配，和现有的传统步进电机基本相同。图1所示的步进电机100中，转子120的磁极数量定义为N，转子120的每一磁极具有相同的张角α，转子120的磁石表面与每一定子磁极表面之间具有间隙g。左定子片 111和右定子片112形成的四个定子磁极，即第一左定子磁极115、第二左定子磁极116、第一右定子磁极117和第二右定子磁极118，具有张角β。每一定子片上相邻两个定子磁极之间具有位置张角σ，即第一左定子磁极115和第二左定子磁极116之间具有位置张角ο， 第一右定子磁极117和第二右定子磁极118之间具有位置张角ο。并且，每一定子片上靠近上方的定子磁极(即第一左定子磁极115和第一右定子磁极117)的中线与左右线圈对称中线之间具有夹角Ω。定子片的定子磁极张角β由转子的磁极张角α决定，它们之间的对应关系将决定步进电机在运转时步距的均勻性，并同时输出更高的动态力矩。因此，为了使步进电机在转动中获得连续均勻的步距传输，本实用新型对左定子片和右定子片的定子磁极张角β 和转子的磁极数量N之间的关系进行了如下定义α = 360° /N(1)280° /N ≥ β ≥210° /N (2)如果定子片的定子磁极张角β大于上述式( 中的最大值，步进电机100的步距将不均勻；如果定子片的定子磁极张角β小于上述上述式O)中的最小值，步进电机的动态力矩将降低。上述公式定义了转子磁极数量与转子磁极张角以及定子磁极张角的关系。 转子磁石的磁极数量越大，对应的转子磁极张角越小，而定子片定子磁极的张角β的数值确定在定子片形状设计中非常关键。为使转子磁石的磁场和左右线圈产生的磁场达到最优化的感应效果，每一定子片上相邻定子磁极的位置张角σ应与转子磁石的磁极张角α相等，即σ = α(3)如果两者角度相等，当脉冲信号恒定时，左右线圈产生的磁场通过定子片可以在转子周围形成固定的磁场极性，并可以和转子磁石的磁极实现重合，从而实现两者牵引力的最大化，提高步进电机的输出力矩和步距平稳性。对于图1所示的步进电机100，比较理想的转子磁石磁极数量N是8、10、12或14。 这种情况下，本实用新型定义定子片上靠近上方的定子磁极的中线与左右线圈对称中线之间的夹角Ω与转子磁石的磁极数量的关系满足Ω = 450° (η/Ν)(4)其中，当N= 8 时，η = 1 或2 ；当N= 10 时，n = l 或2 或3;当N= 12 时，n = l 或2 或3 或4;当N= 14 时，n = l 或2 或3 或4 或5。以上式(4)说明定子片相对于电机磁场中心的位置关系，将决定定子片在步进电机中的定位，而且，这种定位可以有多个模式。此外，为了获得很好的转动平稳性以确保电机输出精确稳定，本实用新型还对转子磁石表面与定子片定子磁极表面之间的间隙g进行了明确定义。间隙g过小，会大幅增加转子和定子片尺寸控制的精度，增加制造难度和成本；间隙g过大，则会影响电磁间的感应效率以及电机电磁能量向机械动能转换的稳定性。转子磁石表面和定子片定子磁极表面之间的间隙g基本上取决于转子磁石的表磁能量BHmax，因而本实用新型定义该间隙g满足如下关系((BHmax^D)/1150) <g< ((BHmax^D)/1900)(5)其中，g表示转子磁石表面与定子片定子磁极表面之间的间隙；BHmax表示转子磁石的表磁能量；D表示转子磁石的直径。本实用新型通过对步进电机中定子片和转子磁极的形状和相关位置关系进行明确定义，使得电机零部件的加工和质量控制更加容易，降低制造成本，同时采用本实用新型的设计方案的步进电机将比传统电机输出更精确稳定。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种步进电机，包括定子和转子，其特征在于，所述定子包括左右对称分体设置的左定子片和右定子片，且左定子片和右定子片上分别设有左线圈和右线圈并分别设有上、下两个定子磁极；所述转子包括磁石，容置在左定子片和右定子片的定子磁极所围成的空间内；所述定子和转子满足如下关系280° /N 彡 β 彡 210° /N其中，β表示左定子片和左定子片的定子磁极的张角；N表示转子磁石的磁极数量。
2.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子和转子还满足如下关系σ = α其中，σ表示每一定子片的上、下两个定子磁极的位置张角；α表示转子磁石的磁极张角ο
3.根据权利要求2所述的步进电机，其特征在于，所述转子磁石的磁极张角满足如下关系α = 360° /N其中，α表示转子磁石的磁极张角；N表示转子磁石的磁极数量。
4.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子和转子还满足如下关系Ω = 450° (η/Ν)其中，Ω表示每一定子片上靠近上方的定子磁极的中线与左右线圈对称中线之间的夹角；N表示转子磁石的磁极数量；其中，当Ν = 8时，η= 1或2;当N = 10时，η=1或2或3;当N = 12时，n= 1或2或3或4;当N = 14时，η = 1或2或3或4或5。
5.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子和转子还满足如下关系((BHmax^D)/1150) < g < ((BHmax*D)/1900)其中，g表示转子磁石表面与定子片定子磁极表面之间的间隙；BHmax表示转子磁石的表磁能量；D表示转子磁石的直径。
专利摘要本实用新型涉及一种步进电机，包括定子和转子，所述定子包括左右对称分体设置的左定子片和右定子片，且左定子片和右定子片上分别设有左线圈和右线圈并分别设有上、下两个定子磁极；所述转子包括磁石，容置在左定子片和右定子片的定子磁极所围成的空间内；所述定子和转子满足如下关系280°/N≥β≥210°/N，其中，β表示左定子片和左定子片的定子磁极的张角；N表示转子磁石的磁极数量。本实用新型通过对步进电机中定子片的结构形状及其与转子磁极的相关关系进行明确定义，使得电机零部件的加工和质量控制更加容易，降低制造成本，同时采用本实用新型的设计方案的步进电机将比传统电机输出更精确稳定。
文档编号H02K37/10GK201975974SQ20112010533
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者宋洪杰 申请人:深圳市创元微机电有限公司