一种步进电机的制作方法

【技术领域】

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种步进电机。

背景技术：

现有技术中的两个电机在进行同步转动时，对两个电机的同轴度要求很高，容易产生偏心，导致电机的输出效率降低。

因此，有必要提供一种集成型的电机以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种步进电机。

本实用新型的技术方案如下：一种步进电机，所述步进电机包括：

转子组件，所述转子组件包括转轴以及套设于所述转轴外的磁钢，所述磁钢沿所述转轴的周向交错排列形成多个第一磁极和多个第二磁极；

定子组件，所述定子组件套设于所述转子组件外，多个定子组件沿所述转子组件的轴向依次层叠排列，所述定子组件包括绕设于所述转子组件外周的固定爪极以及套装于所述固定爪极的线圈，所述固定爪极包括相对设置且相互配合的第一爪极部与第二爪极部，

所述第一爪极部包括套设于所述转轴的第一底座及自所述底座边缘沿所述转轴的轴向朝所述第二爪极部弯折延伸的第一极爪，所述第一极爪沿所述第一底座的周向间隔分布；

所述第二爪极部包括套设于所述转轴的第二底座及自所述底座边缘沿所述转轴的轴向朝所述第一底座弯折延伸的第二极爪，所述第二极爪沿所述第二底座的轴向间隔分布；

所述第一极爪与所述第二极爪交错延伸，每一所述第一极爪位于相邻两所述第二极爪之间，且所述第一极爪与所述第二极爪围成极爪环，所述线圈套设于所述极爪环外周；

所述第一极爪与所述第二极爪的极性相反，所述极爪环的极性与所述磁钢的极性对应设置。

优选地，所述定子组件还包括套设于所述爪极环外周的骨架，所述线圈套设并固定于所述骨架。

优选地，所述第一极爪自所述第一底座的靠近所述转轴的一侧弯折延伸，所述定子组件还包括自所述第一底座远离所述转轴的一侧的边缘朝所述第二底座弯折延伸的壳体，所述线圈位于所述壳体与所述爪极环之间。

优选地，所述第二极爪自所述第二底座的靠近所述转轴的一侧弯折延伸，所述定子组件还包括自所述第二底座远离所述转轴的一侧的边缘朝所述第一底座弯折延伸的壳体，所述线圈位于所述壳体与所述爪极环之间。

优选地，所述定子组件还包括固定于所述壳体外的线路板，所述骨架朝远离所述转轴的方向延伸出支撑脚，所述壳体对应所述支撑脚开设有避让孔，所述支撑脚经所述避让孔延伸至所述壳体外并与所述线路板固定连接。

优选地，所述线圈设有连接端，所述连接端绕设于所述支撑脚并与所述线路板电连接。

优选地，所述第一极爪与所述第二极爪均为等间距设置，且所述第一极爪及所述第二极爪的宽度均沿各自延伸方向逐渐减小。

优选地，所述步进电机还包括分别套设于所述转轴两端的端盖，所述端盖和所述转轴之间通过轴承连接。

优选地，所述磁钢与各所述端盖之间均设有垫片。

优选地，多个定子组件被划分为至少两个不同的相，同一相的所述定子组件的第一极爪或第二极爪排布相同，同一相的定子组件的线圈彼此串联或并联，不同相的所述定子组件的所述爪极环彼此错开第一角度。

优选地，不同相的定子组件在所述转子组件的轴向上交错排列。

优选地，所述磁钢包括沿所述转轴轴向设置的多个磁钢单元，单个所述磁钢单元对应至少两个所述定子组件。

优选地，所述磁钢的相邻磁极与所述转轴连线的夹角至少为所述第一角度的两倍。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的步进电机，包括一个转子组件和多个套设于转子组件的定子组件，多个定子组件沿着该转子组件的轴向依次层叠排列，由于多个定子组件同轴设置，共同驱动一个转子组件，避免了容易产生偏心的问题，输出效率大大增加。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例的步进电机的立体图；

图2为图1所示步进电机的结构分解图；

图3为图1所示步进电机沿a-a线的剖视图；

图4为图3所示步进电机的部分结构剖视图；

图5为图1所示步进电机中定子组件的立体图；

图6为图5所示步进电机中定子组件的结构分解图；

图7为图5所示的定子组件沿b-b线的剖视图；

图8为图1所示步进电机中不同相的相邻两个定子组件的爪极环配合示意图；

图9为本实用新型实施例的步进电机的磁钢和不同相的定子组件的极爪环的磁性分布示意图；

图10为本实用新型实施例的步进电机的不同相的定子组件的线圈电流变化图；

图11为本实用新型实施例的步进电机的驱动方式原理图；

图12为本实用新型实施例的步进电机的两相电压变化图；

图13为本实用新型实施例的步进电机中不同相的定子组件的极爪环错开角度与磁钢的相邻两个磁极与转轴连线夹角的关系示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

本实用新型实施例提供了一种步进电机，请参阅图1至图7所示，该步进电机包括转子组件10、定子组件20、线路板30和支撑组件40。

其中，请参阅图2和图3所示，转子组件10包括转轴101和磁钢102，磁钢102套设于转轴101外，磁钢102和转轴101能够一体地转动。磁钢102呈圆筒状，磁钢102沿所述转轴101周向交错排列形成多个第一磁极1021和多个第二磁极1022，第一磁极1021和第二磁极1022磁性相反，例如，其中一个为n极、另一个为s极。

多个定子组件20沿着所述转子组件10的轴向依次层叠排列，每个定子组件20套设于所述转子组件10外并与转子组件10间隔设置。具体地，定子组件20间隔套设于磁钢102外，如图5所示，单个定子组件20包括绕设于所述转子组件10外周的固定爪极200以及套装于所述固定爪极200的线圈202，固定爪极20包括相对设置且相互配合的第一爪极部203与第二爪极部204。结合图6所示，第一爪极部203包括套设于所述转轴101的第一底座2031及自所述第一底座2031边缘沿所述转轴101的轴向朝所述第二爪极部204弯折延伸的第一极爪2032，所述第一极爪2032沿所述第一底座2031的周向间隔分布；所述第二爪极部204包括套设于所述转轴101的第二底座2041及自所述第二底座2041边缘沿所述转轴101的轴向朝所述第一底座2031弯折延伸的第二极爪2042，所述第二极爪2042沿所述第二底座2041的轴向间隔分布。结合图5-6所示，所述第一极爪2032与所述第二极爪2042交错延伸，每一所述第一极爪2032位于相邻两所述第二极爪2042之间，且所述第一极爪2032与所述第二极爪2042围成极爪环20a。线圈201套设于爪极环外周。所述第一极爪2032与所述第二极爪2042的极性相反，即，爪极环20a的相邻各个极爪的极性相反，并且所述极爪环20a的极性与所述磁钢102的极性对应设置。

在本实用新型的优选实施例中，如图4-7所示，为了进一步固定线圈102，定子组件20还包括套设于爪极环20a外周的骨架201，骨架201包括相对设置的第一端部2011和第二端部2012、筒状主体2013以及支撑脚2014，第一端部2011和第二端部2012均呈环形状，筒状主体2013连接所述第一端部2011内周缘和所述第二端部2012内周缘，支撑脚2014设于第一端部2011的外周缘处，筒状主体2013具有中空腔；线圈202套设于筒状主体2013外，线圈202与外部电连接的连接端2021固定于支撑脚2014。

进一步地，在本实用新型的优选实施例中，第一底座2031呈环形，多个第一极爪2032均匀分布在第一底座2031的内周缘，相邻的两个第一极爪2032之间间隔设置，当第一爪极部203固定于骨架201上时，第一爪极部203的第一底座2031与第一端部2011抵接、多个第一极爪2032从所述第一端部2011伸入所述筒状主体2013的中空腔内；第二爪极部204包括第二底座2041和多个第二极爪2042，多个第二极爪2042均匀分布在第二底座2041的内周缘，相邻的两个第二极爪2042之间具有间隔，当第二爪极部204固定于骨架201上时，第二爪极部204的第二底座2041与第二端部2012抵接、多个第二极爪2042从所述第二端部2012伸入所述筒状主体2013的中空腔内；当第一爪极部203和第二爪极部204相互配合时，第一爪极部203的多个第一极爪2032和第二爪极部204的多个第二极爪2042相互穿插设置，即第二极爪2042位于两个相邻的第一极爪2032之间的间隔区域内，并且，第一极爪2032和第二极爪2042与磁钢的第一磁极1021或第二磁极1022对应设置。对于同一个定子组件20，第一极爪2032和第二极爪2042的磁性相反，例如，其中一个为n极、另一个为s极。

进一步地，所述第一极爪2032与所述第二极爪2042均为等间距设置，且所述第一极爪2032及所述第二极爪2042的宽度均沿各自延伸方向逐渐减小。

进一步地，如图5-7所示，定子组件20还包括套设于线圈201外周的壳体205，壳体205可以与第一爪极部203一体设置，壳体205也可以与第二爪极部204一体设置，具体地，当壳体205与第一爪极部203一体设置时，壳体205套设于所述骨架201以及所述线圈202外，壳体205从第一爪极部203的第一底座2031的外周缘沿着所述定子组件20的轴向延伸，壳体205自所述第一底座2031远离所述转轴101的一侧的边缘朝所述第二底座2041弯折延伸，所述壳体205开设有与所述骨架201的支撑脚2014配合的避让孔2051。

当壳体205与第二爪极部204一体设置时，壳体205套设于所述骨架201以及所述线圈202外，壳体205从第二爪极部204的第二底座2041的外周缘开始沿着所述定子组件20的轴向延伸，壳体205自所述第二底座2041远离所述转轴101的一侧的边缘朝所述第一底座2031弯折延伸，所述壳体205上设有与所述骨架201的支撑脚2014配合的避让孔2051，具体地，如图4所示，在一个可选的实施方式中，相邻的两个定子组件20中，其中一个定子组件20的壳体205位于第一爪极部203上(如图4中自上而下的第一和第三个定子组件)，另一个定子组件20’的壳体205’位于第二爪极部204’上(如图4中自上而下的第二和第四和定子组件),定子组件20’的其余结构，例如第一爪极部203’、第二爪极部204’、线圈202’及骨架201’与上述定子组件20的对应结构类似，在此不做赘述。

优选地，定子组件10还包括固定于所述壳体205外的线路板30，线路板30与支撑脚2014固定，所述线圈202的连接端2021绕设于所述支撑脚2014，所述支撑脚2014经所述避让孔2051延伸至所述壳体205外并与所述线路板30固定连接，所述连接端2021绕设于所述支撑脚2014并与所述线路板30电连接。

进一地，两个支撑组件40分别设于转子组件10的两端，请参阅图2、图3和图4所示，支撑组件40包括端盖401和轴承402，端盖401通过轴承402与转轴101连接，转轴101能够相对于端盖401旋转。

进一步地，所述磁钢102的顶部和底部分别设有垫片103，垫片103呈环状，套设于转轴101上，垫片103位于磁钢102和轴承402之间。

在本实施例中，多个定子组件20被划分为至少两个不同的相，同一相位的定子组件的爪极环的极性排布相同。不同相定子组件的爪极环的极性排布具有一定的角度差。

本实用新型的实施例以四个定子组件20进行示意性说明，本领域技术人员应当理解，本实用新型的定子组件20的数量不限于此。本实施例的一个可选实施方式中，四个定子组件20被划分为a相和b相，请参阅图1和图2所示，从下至上依次为a+、a-、b+和b-，其中+、-表示极性相反。又如，在本实施例的另一个可选实施方式中，四个定子组件20被划分为a相和b相，请参阅图4所示，从上至下依次为a+、b+、a-和b-，具体地，同一相的定子组件20的极爪排布相同，另外，同一相的定子组件20的线圈202彼此串联或并联；请参阅图4所示，图中a+和a-相对应的定子组件20的极爪排布相同，b+和b-相对应的定子组件20的极爪排布相同；请参阅图8所示，分别为b+和a-，不同相的定子组件20的极爪彼此错开第一角度θ，具体地，b+的定子组件20的第二爪极部204的第二极爪2042和a-的定子组件20的第一爪极部203的第一极爪2032彼此错开第一角度θ，在一些可选的实施方式中，第一爪极部203包括n个第一极爪2032，第二爪极部204包括n个第二极爪2042，相邻的第一极爪2032与第二极爪2042的磁极夹角为180°/n，相应地，磁钢102上设有n个第一磁极1021和n个第二磁极1022，相邻的第一磁极1021和第二磁极1022的磁极夹角为180°/n，第一角度θ为磁极夹角的1/2，即第一角度θ为90°/n，其中，n为大于或等于2的自然数。如图13所示，所述磁钢102的相邻的第一磁极1021和第二磁极1022与所述转轴101连线的夹角α至少为所述第一角度θ的两倍。

在本实施例的一些实施方式中，相同的相可以是连续排列的，四个定子组件20从上至下分别为b-、b+、a-和a+，当然，在本实施例的另一些实施方式中，不同相的定子组件40在所述转子组件10的轴向上交错排列，例如，从上至下可以为b-、a-、b+和a+。进一步地，在其他实施例中，可以包括三个相，例如，a相、b相和c相，从上至下分别为a+、a-、b+、b-、c+和c-。进一步地，在其他实施例中，从上至下分别为a相、a相、a相、b相、b相、b相。

在一些实施方式中，磁钢102可以分段设置，磁钢102包括多个沿所述转轴101轴向设置的磁钢单元，单个所述磁钢单元对应至少两个所述定子组件20。

下面对本实施例的步进电机的输入信号及驱动方式进行示意性说明，请参阅图9和图10所示，为说明步进电机转动方式，在不同相的两个定子组件20中，其中一个定子组件的极爪环20a称为第一层极爪环、线圈202称为第一层线圈，与之具有不同相位的另一个定子组件的极爪环20a’称为第二层极爪环、其线圈称为第二层线圈，将第二层极爪环20’的外径扩大，使其能与第一层极爪环20出现在同一视图中，如图9所示，最内圈为环形的磁钢102，中间一圈为第一层极爪环20a，最外圈为第二层极爪环20a’。请参阅图10所示，初始时第一层线圈和第二层线圈都处于断路状态，给定第二层线圈一定的电流，使其导通，第二层极爪环在电磁影响下交错呈现出n、s极，改变两相电流输入，第一层极爪环与磁钢的n、s极一一对应。极爪环20a与磁钢102之间的磁场力推动磁钢102顺时针转动。

请参阅图11和图12所示，为图1所示步进电机的输入信号及驱动方式，四个定子组件20分别代表b-、b+、a-和a+。当电机正转时，各定子组件的相位变化例如可以是a+b+→a-b+→a-b-→a+b-→a+b+→……；当电机反转时，各定子组件的相位变化例如可以是a+b+→a+b-→a-b-→a-b+→a+b+→……。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。