專利名稱：多相多極步進電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括盤形轉(zhuǎn)子和定子磁路的多相多極步進電動機，該盤形轉(zhuǎn)子具有繞中心軸布置并以平行于該軸的方向磁化的N對極，該定子磁路包括幾相。
這種類型的多相步進電動機已經(jīng)提出了。瑞士專利No.653,189描述了一種具有盤形轉(zhuǎn)子的多相多極電動機。該電動機的每相都由相對放置并同相線圈(13′，13″)相聯(lián)結(jié)的兩個U形部件(12′，12″)所組成。
這種布置可以適用于大型電動機，對小容量電動機，該布置導(dǎo)致了高度的降低和線圈平均長度上的顯著增加。而且，從將要組裝的部件數(shù)量上看，這種電動機的制造成本較高。
美國專利No.4,634,906描述了一種多極多相電動機，具有盤形磁體和布置在一個單板上的定子磁路組件。定子磁路組件的每相都由兩個相互穿插的極片所組成。根據(jù)所考慮的相，定子的齒占用了全部極(圖2的P1和P4)或極的一部分(圖2的P5和P9)。尤其是當電動機具有大量的極時，該設(shè)計不可避免地導(dǎo)致了機械強度較弱的極片(在圖2的極P5處減小了橫截面)。
瑞士專利No.683,810A5描述了一種多極多相電動機，具有一個盤狀磁體和一個由兩個主極片(4a，5a； 4b，5b)所組成的定子磁路，每個極片同一個線圈芯(1a，1b)的一端和處于同一平面上的一個中間極片(6a；6b)相連，該布置解決了美國專利No.4,634,906的電動機所遇到的薄弱截面的問題，但另一方面，它具有減小了磁體和每相線圈之間的耦合系數(shù)的缺點。在該布置中，由定子線圈產(chǎn)生的磁通必須穿過兩個相鄰的氣隙，即第一主極片與中間極片間的氣隙和中間極片與第二主極片間的氣隙。
上述這三種電動機都有一個主要的缺點是當相線圈沒有通電時就不存在保持轉(zhuǎn)矩。對于某一些應(yīng)用，例如，用于驅(qū)動帶模擬顯示器的測量儀器的指針，該保持轉(zhuǎn)矩的不存在而需要連續(xù)給相線圈供電，而導(dǎo)致該儀器的過量功率消耗。
本發(fā)明的目的是提供一種小尺寸和簡單設(shè)計的多極和多相電動機，由于磁體和相線圈間的耦合系數(shù)的改善和由于在線圈中沒有電流時的保持轉(zhuǎn)矩而具有高的功率效率。
下面將通過參照附圖以例子的形式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是本發(fā)明第一實施例的電動機的磁路的頂視圖；圖2是通過圖1線I-I的磁路的截面圖；圖3是轉(zhuǎn)子磁體的簡圖；圖3′是由圖3的磁體所產(chǎn)生的磁力線圖；圖4是本發(fā)明第二實施例的電動機的磁路的頂視圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的電動機的頂視圖；圖6是本發(fā)明第四實施例的電動機的頂視圖；圖7是本發(fā)明第五實施例的電動機的頂視圖；圖7′是類似于圖2的截面圖。
圖1是本發(fā)明第一實施例的電動機磁路的頂視圖，該電動機具有7對極和兩相。每相的磁路由外極片1、1′和內(nèi)極片2、2′所組成，這兩個極片被置于同一平面上，如圖2所示平行于轉(zhuǎn)子5的平面。每相的每個極片同支承線圈4、4′的線圈芯3、3′一端相聯(lián)結(jié)。內(nèi)極片2、2′包括多個齒路為2π/7的齒。外極片1、1′具有兩個分開的齒區(qū)。處于內(nèi)側(cè)的第一齒區(qū)d1、d1′具有2π/7的齒距，外定子第一齒區(qū)的齒同內(nèi)定子的齒相互穿插。該結(jié)構(gòu)，在相繞組中的電流影響下，產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子磁體所產(chǎn)生的具有相同周期的定子感應(yīng)分布，因此同轉(zhuǎn)子磁體一起產(chǎn)生一個相互作用轉(zhuǎn)矩。位于第一區(qū)外側(cè)的外定子第二齒區(qū)具有2π/14的齒距。該第二齒區(qū)，通過同轉(zhuǎn)子的感應(yīng)相互作用并在磁導(dǎo)率的變化影響下，產(chǎn)生一個保持轉(zhuǎn)矩，該保持轉(zhuǎn)矩的周期為第一區(qū)中的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的周期的1/2。應(yīng)當注意，兩個區(qū)的齒結(jié)構(gòu)相互間具有偏移關(guān)系，這用于獲得適宜的起動轉(zhuǎn)矩的目的。
圖3是具有繞著垂直于圖面的中心軸布置的七對極N、S的轉(zhuǎn)子磁體的簡圖。
在圖3′中簡要地表示出該磁體的磁力線的分布。
圖4是本發(fā)明第二實施例中的電動機磁路的簡圖。在該例子中，電動機的兩個內(nèi)極片形成為一個整體，這樣就能加強這些部件的機械強度，另一方面，也便于這些部件的組裝。然而，在單個的內(nèi)極片上，形成齒區(qū)d3，有助于總的保持轉(zhuǎn)矩。
為了同樣的簡化電動機組裝的目的，在圖5中表示出本發(fā)明的第三實施例。在該實施例中，定子的兩個外極片由小截面的連接部a聯(lián)結(jié)在一起以在機械上形成為一個整體。該容易由沖壓獲得的整體部件便于極片的組裝。由于它們的小截面，連接部a只起到純粹的機械部件的作用，不會改變電動機的工作。
圖6表示出本發(fā)明的一個必進的實施例，其中線圈芯同外極片形成為一個整體。在該改型中，為了使線圈芯重迭在內(nèi)極片上，后者在P1和P2處彎曲。
在某些應(yīng)用中，需要以高頻來使電動機運轉(zhuǎn)。從該處著眼，為降低其慣性，轉(zhuǎn)子直徑的減小是最重要的。借助第二齒區(qū)來產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子直徑上的增加而蓋住該區(qū)，則其不再適合于這種應(yīng)用。
圖7和7′表示出本發(fā)明的一種改進的實施例，其中電動機具有小直徑的轉(zhuǎn)子。在此情況下，在轉(zhuǎn)子磁體和定子磁路之間的磁引力作用下，由轉(zhuǎn)子和其支承之間的摩擦來獲得轉(zhuǎn)子的保持轉(zhuǎn)矩，以代替上述實施例的外定子部件的雙齒系統(tǒng)。
由于磁引力為一個較低的值，在測量儀器可以經(jīng)受的外部有角度的沖擊的影響下并且在沒有電流時，現(xiàn)有的繞軸轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)不會產(chǎn)生一個足以保證轉(zhuǎn)子位置的保持轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，必須明顯地增加摩擦的半徑以便于獲得所需的值。實際上，轉(zhuǎn)子必須能夠經(jīng)受等于或大于5000rad/S2的角度沖擊以保證儀器的精度。在這些條件下，轉(zhuǎn)子及其支承間的摩擦半徑必須大到足以產(chǎn)生一個大于由下式所表示的角度加速度轉(zhuǎn)矩的摩擦轉(zhuǎn)矩Cacc＝J·dw/dt其中Cacc角加速度轉(zhuǎn)矩J轉(zhuǎn)子慣量dw/dt角加速度＝5000(rad/S2)借助摩擦來產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩自然會導(dǎo)致電動機效率的稍稍降低，但另一方面，由于轉(zhuǎn)子慣性的降低和通過提高摩擦而帶來的動態(tài)穩(wěn)定性的升高，該電動機可以在高頻下工作。進而，由于大的摩擦表面，減小了在接觸上的單位壓力(壓強)，并且在這種類型電動機上的經(jīng)驗表明摩損的問題實際上是不存在的。圖7′表示出轉(zhuǎn)子5、接觸表面6、內(nèi)極片2和線圈4、4′。
權(quán)利要求
1.一種多相多極步進電動機，包括一個轉(zhuǎn)子，具有圍繞中心軸布置并以平行于該軸的方向磁化的永磁性的N對極；和一個多相定子磁路，每相都由在同一個垂直于所述中心軸的平面上延伸的內(nèi)極片和外極片所組成并且每相都同支承線圈的線圈芯的一端相聯(lián)結(jié)，其特征在于，所述外極片包括一個其齒距約等于2π/N的第一齒區(qū)和一個其齒距約等于2π/2N的位于第一區(qū)外側(cè)的第二齒區(qū)，其中所述內(nèi)極片包括一個其齒距約等于2π/N的齒區(qū)，內(nèi)極片的齒區(qū)同外極片的第一齒區(qū)相互穿插。
2.一種多相多極步進電動機，包括一個轉(zhuǎn)子，具有圍繞中心軸布置并以平行于該軸的方向磁化的永磁性的N對極；和一個多相定子磁路，每相都由在同一個垂直于所述中心軸的平面上延伸的內(nèi)極片和外極片所組成并且每相都同支承線圈的線圈芯的一端相聯(lián)結(jié)、其特征在于，所述轉(zhuǎn)子包括一平行于定子極片平面的摩擦表面，并且摩擦半徑大到足以使在轉(zhuǎn)子磁體和定子極片間的磁引力作用下合成的摩擦轉(zhuǎn)矩等于或大于5000·J，J是轉(zhuǎn)子的慣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進電動機，其特征在于，各相的內(nèi)極片被磁性地相互聯(lián)結(jié)起來以形成為一個整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的步進電動機，其特征在于，各相的外極片通過截面明顯小于線圈芯的連接部分相互聯(lián)結(jié)起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的步進電動機，其特征在于，每相的外極片和線圈芯構(gòu)成一個整體。
全文摘要
一種多極多相步進電動機，包括一個盤形磁體、一由外和內(nèi)極片所組成的多相定子磁路。各相的外和內(nèi)極片可以被制成為單一部件。電動機的保持轉(zhuǎn)矩可以由外極片上的第二齒區(qū)或由大摩擦表面所產(chǎn)生。
文檔編號H02K37/22GK1131840SQ95121629
公開日1996年9月25日 申請日期1995年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月12日
發(fā)明者M·X·杜, M·施瓦布 申請人:迪特拉有限公司