微型推杆电动机的制作方法

本发明是一种微型推杆电动机，其涉及一种电动机，特别是涉及一种应用于电动推杆的微型三相步进电动机。

背景技术：

电动推杆是一种将电动机旋转运动转变为推杆直线往复运动的电力驱动装置，用于各种工艺流程中作为执行机械使用，实现自动控制。普通电动推杆包括驱动电机、减速装置、丝杠螺母、控制装置。其中驱动电机可以采用直流电动机、交流异步电动机、步进电动机、伺服电动机等通用电动机。高精度电动推杆多数采用步进电动机，普通步进电动机的定子绕组采用分布式绕组，分布式绕组结构复杂，不利于电动机小型化。并且，通用电动机与减速装置、丝杠螺母等部件组合的模快化结构，使电动推杆结构复杂，不利于电动推杆小型化。

若有一种采用集中式定子绕组、转子部件包含丝杠螺母的步进电动机，则能够满足自动控制领域对高精度电动推杆小型化技术的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服普通步进电动机分布式定子绕组结构复杂、不利于电动推杆小型化的缺点，提供一种采用集中式定子绕组、转子部件包含丝杠螺母的步进电动机。本发明的实施方案如下：

微型推杆电动机包括定子部件、转子部件。所述电动机由步进电动机控制器驱动。定子部件中有三相绕组分别安装在a相部件、b相部件、c相部件中，a相部件、b相部件、c相部件沿着电动机轴线轴向排列，a相部件、b相部件、c相部件的定子磁极径向内表面分布若干个定子齿，a相部件、b相部件、c相部件的定子齿沿着电动机轴线圆周方向均布。转子部件的转子铁芯径向外侧边缘均布若干个转子齿。当某一相部件的定子齿与转子铁芯的转子齿完全径向对齐时，其余两相部件的定子齿与转子铁芯的转子齿仅有三分之一齿宽径向对齐。

定子部件包括a相部件、b相部件、c相部件、隔磁板、定位销一、定位销二、定位销三、定位套管。隔磁板呈圆环形，隔磁板径向外侧均布有三个通孔，分别是固定孔壹、固定孔贰、固定孔叁，隔磁板材质是非导磁材料。定位销一、定位销二、定位销三呈圆柱形，定位销一、定位销二、定位销三材质是非导磁材料。定位套管呈圆筒形，定位套管材质是非导磁材料。

a相部件包括a相定子铁芯、a相绕组线圈、半片绕组骨架。b相部件包括b相定子铁芯、b相绕组线圈、半片绕组骨架。c相部件包括c相定子铁芯、c相绕组线圈、半片绕组骨架。a相定子铁芯、b相定子铁芯、c相定子铁芯结构相同。a相定子铁芯、b相定子铁芯、c相定子铁芯呈u形，a相定子铁芯、b相定子铁芯、c相定子铁芯中间是横磁轭，横磁轭两端各有一个竖磁轭，两个竖磁轭的中间部分各有一个铁芯销孔，两个竖磁轭一端径向内侧各有一个定子磁极，定子磁极径向内表面分布若干个定子齿，相邻两个定子齿之间是定子齿间槽。a相定子铁芯上的定子齿命名为a相定子齿。b相定子铁芯上的定子齿命名为b相定子齿。c相定子铁芯上的定子齿命名为c相定子齿。a相定子铁芯上的两个铁芯销孔分别命名为销孔a一、销孔a二。b相定子铁芯上的两个铁芯销孔分别命名为销孔b二、销孔b三。c相定子铁芯上的两个铁芯销孔分别命名为销孔c一、销孔c三。

半片绕组骨架上有骨架线槽、骨架中心槽。把两个半片绕组骨架的骨架中心槽安装在a相定子铁芯的横磁轭前后两侧，然后在两个半片绕组骨架的骨架线槽内缠绕a相绕组线圈。把两个半片绕组骨架的骨架中心槽安装在b相定子铁芯的横磁轭前后两侧，然后在两个半片绕组骨架的骨架线槽内缠绕b相绕组线圈。把两个半片绕组骨架的骨架中心槽安装在c相定子铁芯的横磁轭前后两侧，然后在两个半片绕组骨架的骨架线槽内缠绕c相绕组线圈。

定子部件在装配时，把b相部件和c相部件分别安装在a相部件轴向两侧，并且使a相定子齿、b相定子齿、c相定子齿沿着电动机轴线圆周方向均布。在a相定子铁芯与b相定子铁芯之间安装有一个隔磁板，在a相定子铁芯与c相定子铁芯之间安装有一个隔磁板。在c相定子铁芯的销孔c三与b相定子铁芯的销孔b三之间安装有一个定位套管，定位销三从前向后依次穿过并安装在c相定子铁芯的销孔c三、隔磁板的固定孔叁、定位套管中间通孔、隔磁板的固定孔叁、b相定子铁芯的销孔b三中。定位销二从前向后依次安装在隔磁板的固定孔贰、a相定子铁芯的销孔a二、隔磁板的固定孔贰、b相定子铁芯的销孔b二中。定位销一从前向后依次安装在c相定子铁芯的销孔c一、隔磁板的固定孔壹、a相定子铁芯的销孔a一、隔磁板的固定孔壹中。定子部件装配后，在a相定子齿、b相定子齿、c相定子齿的径向内侧形成定子气隙内腔。

转子部件包括转子铁芯、固定环、固定轴套、推杆轴、钢球、支撑块、键。转子铁芯呈圆筒形，转子铁芯中间是铁芯轴孔，铁芯轴孔径向内侧边缘有键槽一，转子铁芯径向外侧边缘均布若干个转子齿，相邻两个转子齿之间是转子齿间槽。固定环呈圆筒形，固定环中间是中心孔。固定轴套呈圆筒形，固定轴套中间是轴套轴孔，固定轴套径向外侧中间部分有键槽二，固定轴套两端各有两个定位孔。推杆轴呈圆柱形，推杆轴径向外表面均布两个螺旋沟槽，螺旋沟槽轴向截面呈半圆形。钢球截面的一半与螺旋沟槽轴向截面相啮合。支撑块呈矩形。

转子部件在装配时，把推杆轴安装在固定轴套的轴套轴孔中，把键安装在固定轴套的键槽二中，把转子铁芯安装在固定轴套径向外侧中间位置，并且使键安装在转子铁芯的键槽一中，把四个钢球分别安装在固定轴套两端的定位孔中，并且使钢球径向内侧一半截面安装在推杆轴的螺旋沟槽中，把四个支撑块分别安装在固定轴套两端的定位孔中，把两个固定环分别安装并固定在固定轴套两端的径向外侧。支撑块径向外侧一端与固定环径向内表面相互接触，支撑块径向内侧一端与钢球径向外侧表面相互接触，矩形截面的支撑块与圆形截面的定位孔之间的空隙充填润滑脂。推杆轴、钢球、固定轴套组成丝杠螺母传动副。所述电动机在装配时，把转子部件安装在定子部件的定子气隙内腔中。所述电动机在应用时，由电动推杆零部件限制推杆轴自由度，使推杆轴只有轴向移动自由度。

所述电动机控制循环过程是：所述电动机控制循环第一步，a相绕组线圈通电，b相绕组线圈、c相绕组线圈不通电。a相绕组线圈产生的磁场使转子铁芯的转子齿与a相定子铁芯的a相定子齿完全径向对齐，此时，b相定子齿和c相定子齿与转子齿仅有三分之一齿宽径向对齐。

所述电动机控制循环第二步，b相绕组线圈通电，a相绕组线圈、c相绕组线圈不通电。b相绕组线圈产生的磁场使转子铁芯的转子齿与b相定子铁芯的b相定子齿完全径向对齐，此时，a相定子齿和c相定子齿与转子齿仅有三分之一齿宽径向对齐。所述电动机从控制循环第一步到控制循环第二步的过程中，磁阻转矩使转子铁芯沿着转子旋转方向旋转了转子齿三分之二齿宽的角度，该角度称为步距角。

所述电动机控制循环第三步，c相绕组线圈通电，a相绕组线圈、b相绕组线圈不通电。c相绕组线圈产生的磁场使转子铁芯的转子齿与c相定子铁芯的c相定子齿完全径向对齐，此时，a相定子齿和b相定子齿与转子齿仅有三分之一齿宽径向对齐。所述电动机从控制循环第二步到控制循环第三步的过程中，磁阻转矩又使转子铁芯沿着转子旋转方向旋转了转子齿三分之二齿宽的角度。

所述电动机控制循环过程中，步进电动机控制器输出的脉冲信号依次循环向所述电动机三相绕组供电，所述电动机控制循环从第一步至第三步往复循环，转子铁芯的转子齿交替与a相定子齿、b相定子齿、c相定子齿完全径向对齐，每一次脉冲信号使转子铁芯沿着转子旋转方向旋转一个步距角，所述电动机进入步进运行。所述电动机步进运行时，转子铁芯带动固定轴套旋转，钢球沿着推杆轴的螺旋沟槽旋转，驱动推杆轴沿着轴向移动。推杆轴、钢球、固定轴套组成的丝杠螺母传动副，把转子铁芯的旋转运动转变为推杆轴的直线往复运动。

微型推杆电动机是一种采用集中式定子绕组、转子部件包含丝杠螺母的步进电动机。集中式定子绕组的缠绕加工工艺简便，使所述电动机适用于微型电动机。转子部件包含丝杠螺母的步进电动机，能够实现电动推杆的高精度定位控制。微型推杆电动机能够满足自动控制领域对高精度电动推杆小型化技术的需求。

附图说明

说明书附图是微型推杆电动机的结构图和示意图。其中图1是微型推杆电动机的轴测图。图2是定子部件的轴测图。图3是a相部件的轴测图。图4是b相部件的轴测图。图5是c相部件的轴测图。图6是a相定子铁芯或b相定子铁芯或c相定子铁芯的轴测图。图7是隔磁板的轴测图。图8是半片绕组骨架的轴测图。图9是转子部件的轴测图。图10是转子部件的轴测剖视图。图11是转子铁芯的轴测图。图12是推杆轴的轴测图。图13是固定轴套的轴测图。图14是固定环的轴测图。图15是支撑块的轴测图。图16是所述电动机控制循环第一步a相绕组线圈通电，定子齿与转子齿径向对齐位置示意图。图17是所述电动机控制循环第二步b相绕组线圈通电，定子齿与转子齿径向对齐位置示意图。图18是所述电动机控制循环第三步c相绕组线圈通电，定子齿与转子齿径向对齐位置示意图。

说明书附图中虚线绘制的a相部件或b相部件或c相部件代表该部件的绕组线圈在该图所示状态时未导通。

图中标注有转子铁芯1、c相定子铁芯2、c相绕组线圈3、a相定子齿4、转子齿5、定位销一6、c相定子齿7、a相定子铁芯8、a相绕组线圈9、b相定子齿10、定位销二11、b相定子铁芯12、b相绕组线圈13、转子旋转方向14、定位销三15、半片绕组骨架16、隔磁板17、固定环18、固定轴套19、推杆轴20、电动机轴线21、定位套管22、铁芯销孔23、竖磁轭24、横磁轭25、定子齿26、定子齿间槽27、定子气隙内腔28、骨架线槽29、骨架中心槽30、钢球31、支撑块32、键33、铁芯轴孔34、键槽一35、螺旋沟槽36、定位孔37、轴套轴孔38、键槽二39、中心孔40、销孔a一41、销孔a二42、销孔b二43、销孔b三44、销孔c一45、销孔c三46、固定孔壹47、固定孔贰48、固定孔叁49、转子齿间槽50。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1至图15，微型推杆电动机包括定子部件、转子部件。所述电动机由步进电动机控制器驱动。定子部件中有三相绕组分别安装在a相部件、b相部件、c相部件中，a相部件、b相部件、c相部件沿着电动机轴线21轴向排列，a相部件、b相部件、c相部件的定子磁极径向内表面分布若干个定子齿26，a相部件、b相部件、c相部件的定子齿26沿着电动机轴线21圆周方向均布。转子部件的转子铁芯1径向外侧边缘均布若干个转子齿5。当某一相部件的定子齿26与转子铁芯1的转子齿5完全径向对齐时，其余两相部件的定子齿26与转子铁芯1的转子齿5仅有三分之一齿宽径向对齐。

定子部件包括a相部件、b相部件、c相部件、隔磁板17、定位销一6、定位销二11、定位销三15、定位套管22。隔磁板17呈圆环形，隔磁板17径向外侧均布有三个通孔，分别是固定孔壹47、固定孔贰48、固定孔叁49，隔磁板17材质是非导磁材料。定位销一6、定位销二11、定位销三15呈圆柱形，定位销一6、定位销二11、定位销三15材质是非导磁材料。定位套管22呈圆筒形，定位套管22材质是非导磁材料。

a相部件包括a相定子铁芯8、a相绕组线圈9、半片绕组骨架16。b相部件包括b相定子铁芯12、b相绕组线圈13、半片绕组骨架16。c相部件包括c相定子铁芯2、c相绕组线圈3、半片绕组骨架16。a相定子铁芯8、b相定子铁芯12、c相定子铁芯2结构相同。a相定子铁芯8、b相定子铁芯12、c相定子铁芯2呈u形，a相定子铁芯8、b相定子铁芯12、c相定子铁芯2中间是横磁轭25，横磁轭25两端各有一个竖磁轭24，两个竖磁轭24的中间部分各有一个铁芯销孔23，两个竖磁轭24一端径向内侧各有一个定子磁极，定子磁极径向内表面分布若干个定子齿26，相邻两个定子齿26之间是定子齿间槽27。a相定子铁芯8上的定子齿26命名为a相定子齿4。b相定子铁芯12上的定子齿26命名为b相定子齿10。c相定子铁芯2上的定子齿26命名为c相定子齿7。a相定子铁芯8上的两个铁芯销孔23分别命名为销孔a一41、销孔a二42。b相定子铁芯12上的两个铁芯销孔23分别命名为销孔b二43、销孔b三44。c相定子铁芯2上的两个铁芯销孔23分别命名为销孔c一45、销孔c三46。

半片绕组骨架16上有骨架线槽29、骨架中心槽30。把两个半片绕组骨架16的骨架中心槽30安装在a相定子铁芯8的横磁轭25前后两侧，然后在两个半片绕组骨架16的骨架线槽29内缠绕a相绕组线圈9。把两个半片绕组骨架16的骨架中心槽30安装在b相定子铁芯12的横磁轭25前后两侧，然后在两个半片绕组骨架16的骨架线槽29内缠绕b相绕组线圈13。把两个半片绕组骨架16的骨架中心槽30安装在c相定子铁芯2的横磁轭25前后两侧，然后在两个半片绕组骨架16的骨架线槽29内缠绕c相绕组线圈3。

定子部件在装配时，把b相部件和c相部件分别安装在a相部件轴向两侧，并且使a相定子齿4、b相定子齿10、c相定子齿7沿着电动机轴线21圆周方向均布。在a相定子铁芯8与b相定子铁芯12之间安装有一个隔磁板17，在a相定子铁芯8与c相定子铁芯2之间安装有一个隔磁板17。在c相定子铁芯2的销孔c三46与b相定子铁芯12的销孔b三44之间安装有一个定位套管22，定位销三15从前向后依次穿过并安装在c相定子铁芯2的销孔c三46、隔磁板17的固定孔叁49、定位套管22中间通孔、隔磁板17的固定孔叁49、b相定子铁芯12的销孔b三44中。定位销二11从前向后依次安装在隔磁板17的固定孔贰48、a相定子铁芯8的销孔a二42、隔磁板17的固定孔贰48、b相定子铁芯12的销孔b二43中。定位销一6从前向后依次安装在c相定子铁芯2的销孔c一45、隔磁板17的固定孔壹47、a相定子铁芯8的销孔a一41、隔磁板17的固定孔壹47中。定子部件装配后，在a相定子齿4、b相定子齿10、c相定子齿7的径向内侧形成定子气隙内腔28。

转子部件包括转子铁芯1、固定环18、固定轴套19、推杆轴20、钢球31、支撑块32、键33。转子铁芯1呈圆筒形，转子铁芯1中间是铁芯轴孔34，铁芯轴孔34径向内侧边缘有键槽一35，转子铁芯1径向外侧边缘均布若干个转子齿5，相邻两个转子齿5之间是转子齿间槽50。固定环18呈圆筒形，固定环18中间是中心孔40。固定轴套19呈圆筒形，固定轴套19中间是轴套轴孔38，固定轴套19径向外侧中间部分有键槽二39，固定轴套19两端各有两个定位孔37。推杆轴20呈圆柱形，推杆轴20径向外表面均布两个螺旋沟槽36，螺旋沟槽36轴向截面呈半圆形。钢球31截面的一半与螺旋沟槽36轴向截面相啮合。支撑块32呈矩形。

转子部件在装配时，把推杆轴20安装在固定轴套19的轴套轴孔38中，把键33安装在固定轴套19的键槽二39中，把转子铁芯1安装在固定轴套19径向外侧中间位置，并且使键33安装在转子铁芯1的键槽一35中，把四个钢球31分别安装在固定轴套19两端的定位孔37中，并且使钢球31径向内侧一半截面安装在推杆轴20的螺旋沟槽36中，把四个支撑块32分别安装在固定轴套19两端的定位孔37中，把两个固定环18分别安装并固定在固定轴套19两端的径向外侧。支撑块32径向外侧一端与固定环18径向内表面相互接触，支撑块32径向内侧一端与钢球31径向外侧表面相互接触，矩形截面的支撑块32与圆形截面的定位孔37之间的空隙充填润滑脂。推杆轴20、钢球31、固定轴套19组成丝杠螺母传动副。所述电动机在装配时，把转子部件安装在定子部件的定子气隙内腔28中。所述电动机在应用时，由电动推杆零部件限制推杆轴20自由度，使推杆轴20只有轴向移动自由度。

参照图16至图18，所述电动机控制循环过程是：所述电动机控制循环第一步，a相绕组线圈9通电，b相绕组线圈13、c相绕组线圈3不通电。a相绕组线圈9产生的磁场使转子铁芯1的转子齿5与a相定子铁芯8的a相定子齿4完全径向对齐，此时，b相定子齿10和c相定子齿7与转子齿5仅有三分之一齿宽径向对齐。

所述电动机控制循环第二步，b相绕组线圈13通电，a相绕组线圈9、c相绕组线圈3不通电。b相绕组线圈13产生的磁场使转子铁芯1的转子齿5与b相定子铁芯12的b相定子齿10完全径向对齐，此时，a相定子齿4和c相定子齿7与转子齿5仅有三分之一齿宽径向对齐。所述电动机从控制循环第一步到控制循环第二步的过程中，磁阻转矩使转子铁芯1沿着转子旋转方向14旋转了转子齿5三分之二齿宽的角度，该角度称为步距角。

所述电动机控制循环第三步，c相绕组线圈3通电，a相绕组线圈9、b相绕组线圈13不通电。c相绕组线圈3产生的磁场使转子铁芯1的转子齿5与c相定子铁芯2的c相定子齿7完全径向对齐，此时，a相定子齿4和b相定子齿10与转子齿5仅有三分之一齿宽径向对齐。所述电动机从控制循环第二步到控制循环第三步的过程中，磁阻转矩又使转子铁芯1沿着转子旋转方向14旋转了转子齿5三分之二齿宽的角度。

所述电动机控制循环过程中，步进电动机控制器输出的脉冲信号依次循环向所述电动机三相绕组供电，所述电动机控制循环从第一步至第三步往复循环，转子铁芯1的转子齿5交替与a相定子齿4、b相定子齿10、c相定子齿7完全径向对齐，每一次脉冲信号使转子铁芯1沿着转子旋转方向14旋转一个步距角，所述电动机进入步进运行。所述电动机步进运行时，转子铁芯1带动固定轴套19旋转，钢球31沿着推杆轴20的螺旋沟槽36旋转，驱动推杆轴20沿着轴向移动。推杆轴20、钢球31、固定轴套19组成的丝杠螺母传动副，把转子铁芯1的旋转运动转变为推杆轴20的直线往复运动。

微型推杆电动机是一种采用集中式定子绕组、转子部件包含丝杠螺母的步进电动机。集中式定子绕组的缠绕加工工艺简便，使所述电动机适用于微型电动机。转子部件包含丝杠螺母的步进电动机，能够实现电动推杆的高精度定位控制。微型推杆电动机能够满足自动控制领域对高精度电动推杆小型化技术的需求。