专利名称：双层定子永磁步进电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种步进电动机。
目前，我国的汽车工业正在迅速发展，为了推进汽车仪表的数字化和适应后发动机系统的现代客车的需要，要求设计一种微型二相永磁步进电动机替代进口产品。根据从西德引进的VDO汽车技术，其微型步进电动机中所用的磁性材料国内尚待开发，而国内可供选用的微型步进电动机我们曾在实用新型《三极靴步进电动机》(专利号86208830.5)一文中作过综述，尚无合适的产品。
本实用新型是根据芜湖汽车仪表研究所标书中提出的主要参数和技术要求设计的一种结构简单、制作容易、成本较低、输出力矩较大的微型永磁步进电动机，它为汽车仪表配套，也可应用于其它领域。
本实用新型为完成上述任务，设计了一种双层定子结构的永磁步进电动机，以下简称电动机。外层定子是电动机外壳，内层定子是一对结构对称的带齿状极靴的圆管，以下把这一对内定子称为上内定子和下内定子。每个内定子上齿状极靴的数目等于永磁转子磁极对数的2倍。其中1／2个极靴宽度较宽，称主极靴；其余1／2个极靴宽度较窄，称辅助极靴。上、下内定子上极靴按规定的顺序和规定的间隙互相啮合，主、辅极靴相间分布。当上、下内定子装配好以后，同一个内定子上主、辅极靴之间的间隙相等，而不在同一个内定子上的主、辅极靴之间的间隙也相等，但是同一个内定子上主、辅极靴之间的间隙大于不在同一个内定子上的主、辅极靴之间的间隙。当定子绕组中通以脉冲电流时，主极靴上产生主磁场，辅助极靴上产生辅助磁场，在主磁场和辅助磁场的共同作用下，使永磁转子产生起动转矩和定向转矩。定子绕组绕在圆管状线圈骨架上，安装在双层定子的夹层中央。定子绕组可以作成单相，运行时分两拍通以双向电流。也可以作成2相，双线并绕在骨架上，2个绕组头尾相接作中心引出端，其余两头作A、B相引出端。上、下内定子从两端插入线圈骨架中心孔内。利用线圈骨架对上、下内定子加以径向和圆周向定位，以保证上、下内定子上极靴之间正确啮合。永磁转子安装在内定子的中心孔内，两端轴承和内定子内孔配合以保证内定子和转子的同轴度。两端轴承采用非导磁材料制造，以减少漏磁。
以下结合附图对本实用新型的原理和结构特点作进一步说明。
图1是双层定子结构的永磁步进电动机的原理图。图中永磁转子是一对极，Ⅰ、Ⅱ是上定子上的两个极靴，Ⅲ、Ⅳ是下定子上的两个极靴，Ⅰ、Ⅲ是主极靴，Ⅱ、Ⅳ是辅助极靴，同一个定子上的主、辅极靴之间的间隙——角α大于不在同一个定子上的主、辅极靴之间的间隙——角β。当定子绕组不通电时，永磁转子在自身磁场作用下有4个平衡位置，2个稳定平衡位置永磁转子NS极和O1O1′重合的位置；2个不稳定平衡位置永磁转子NS极和O2O2′重合的位置。只要内定子上极靴参数设计得当，实际上永磁转子只能停留在稳定平衡位置上。若定子绕组是2相，当A相绕组通电时，上定子极靴为N极，下定子极靴为S极，永磁转子在定子磁场的作用下，顺时针方向旋转至OY轴位置，当A相绕组中电流截止时，永磁转子在自身回零力矩作用下继续前进γ角回到平衡位置O1O1′，如图1b)所示。接着，当B相绕组通电时，上定子极靴是S极，下定子极靴是N极，在定子磁场作用下，永磁转子顺时针方向旋转至OY位置，当B相电流截止时，在回零力矩作用下回到初始状态O1O1′。因此，内定子上带有辅助极靴，并且令α＞β，使永磁转子在初始状态就偏离OY轴一个角度γ，是本实用新型的特点之一，它使永磁转子在静止状态下具有稳定的定位力矩，运行时具有较大的起动力矩和自定向力矩。转子转动方向由内定子结构决定，只能单向旋转。内定子结构参数主、辅极靴宽度，主、辅极靴之间的间隙——角α和β是决定定位力矩、起动力矩和定向力矩的主要参数，它决定电动机的主要性能指标输出力矩和运行频率。在相同结构参数的情况下，一对极永磁转子性能较差，只能作低频步进电机。欲提高步进电机性能，宜采用2对极或2对极以上的永磁转子。一对极永磁转子的步距角为360°机械角；2对极永磁转子的步距角为180°机械角。若永磁转子为n对极，则步距角为360°／n机械角。
图2是双层定子结构的永磁步进电动机的磁回路原理图。图中，1是上内定子，2是永磁转子，3是下内定子，4是定子绕组，5是外定子——电动机外壳。当A相绕组通电时，磁场方向如图所示，上定子极靴是N极，下定子极靴是S极；当B相绕组通电时，磁场方向正好相反。外定子——电动机外壳起闭合磁路的作用。
图3是脉冲分配器的波形图。CP是信号脉冲，A、B是A、B相绕组上波形。形成此波形的驱动电路可由斯密特触发器组成，在汽车仪表中是采用专用集成电路。
本实用新型所述的双层定子结构的永磁步进电动机具有如下优点1、结构紧凑，空间利用率高，适于制作简化的微型步进电机，获得较大的输出力矩。
2、单向转动。转动方向可根据用户的要求确定。
3、定子绕组是一个圆管，绕制工艺性好。可以作成单相，也可以作成2相，驱动电路简单。
4、永磁转子被全密封，可防止灰尘和杂物进入，提高运行可靠性。
5、结构简单，制造和装配容易，成本低，便于批量生产。
本实用新型的一个应用实例是根据芜湖汽车仪表研究所标书中提出的主要参数和技术要求设计的外形尺寸φ21×41；输出轴直径φ2；
额定电压24V；额定脉冲电流峰值80mA；步距角60°；轴输出力矩大于109cm；空载频率大于14HZ；相数2相。
设计的产品完全达到了标书的要求。
权利要求1.一种步进电动机，由定子、转子组成，本实用新型的特征是定子是双层结构，外层定子是步进电动机外壳，内层定子是一对带齿状极靴的圆管，定子绕组安装在两层定子的夹层中央。
2.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征是内层定子是一对结构对称的带齿状极靴的圆管，每个内层定子上齿状极靴的数目等于永磁转子磁极对数的2倍，其中1／2个极靴宽度较宽，其余1／2个极靴宽度较窄，宽极靴和窄极靴相间分布。
3.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征是一对内层定子上的齿状极靴按规定的顺序和规定的间隙互相啮合，同一个内定子上的宽窄极靴之间的间隙大于不在同一个内定子上的宽窄极靴之间的间隙。
4.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征是定子绕组可以是单相，也可以双线并绕成2相。
专利摘要一种步进电动机，由定子、转子组成。定子是双层结构，外层定子是步进电动机外壳，内层定子是一对结构对称的带齿状极靴的圆管，每个内层定子上齿状极靴的数目等于永磁转子磁极对数的2倍，齿状极靴根据齿宽不同分主极靴和辅助极靴，并按规定的顺序和规定的间隙啮合。圆管状定子绕组安装在两层定子的夹层中央，本实用新型的一个实施方案制作二相永磁步进电动机，额定电压24V，步距角60°，轴输出力矩10gcm，为汽车里程表配套。
文档编号H02K37/12GK2049839SQ88219449
公开日1989年12月20日 申请日期1988年12月2日 优先权日1988年12月2日
发明者郑允芳, 郑允凡 申请人:郑允芳, 郑允凡