專利名稱：十二磁極步進電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及步進電機，更具體地說，涉及一種對關鍵參數進行明確定義的十二磁極步進電機。
背景技術：
步進電機是以脈沖信號來控制的一種電動機。步進電機會將電脈沖信號通過齒輪系傳動轉化為角位移或線位移。步進電機以電脈沖信號控制的特點，特別適于數字化控制，是機電一體化的重要元件，因而步進電機目前被廣泛應用在許多領域的自動化控制系統和數控模擬顯示中。然而，傳統步進電機的設計中，電機步距角的精度對構成電機的各零件的制造精 度非常敏感，如轉子尺寸、定子尺寸、轉子表磁、線圈電感等等，所以在生產時，對各零件尺寸精度的要求非常高。當零件精度不足而引起電機步距角精度不足時，容易引起噪音偏大、輸出輪抖動等問題。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于，針對傳統步進電機的上述不足，提供一種十二磁極步進電機，使其零件容易加工及控制質量以確保電機輸出精確穩定。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種十二磁極步進電機，包括定子和轉子，所述定子包括左右對稱分體設置的左定子片和右定子片，所述左定子片設有左線圈，并形成第一左定子磁極和第二左定子磁極，所述右定子片設有右線圈，并形成第一右定子磁極和第二右定子磁極；所述轉子包括磁石，容置在所述第一左定子磁極、第二左定子磁極、第一右定子磁極和第二右定子磁極這個四級結構所圍成的空間內；所述定子和轉子滿足如下關系((BHmax*D)/2500)<g<((BHmax*D)/2200)g表示轉子磁石表面與定子片定子磁極表面之間的間隙；BHmax表示轉子磁石的表磁能量；D表示轉子磁石的直徑。根據本實用新型所述的十二磁極步進電機，所述轉子磁石的磁極張角滿足如下關系Ct =360° /N其中，a表示轉子磁石的磁極張角；N表示轉子磁石的磁極數量。根據本實用新型所述的十二磁極步進電機，所述定子和轉子滿足如下關系320° /N 彡 3 彡 210。/N其中，0表示左定子片和左定子片的定子磁極的張角#表示轉子磁石的磁極數量。根據本實用新型所述的十二磁極步進電機，所述定子和轉子還滿足如下關系[0017]o = a其中，o表示每一定子片的上、下兩個定子磁極的位置張角；a表示轉子磁石的磁極張角。根據本實用新型所述的十二磁極步進電機，所述定子和轉子還滿足如下關系Q =270。 (n/N)其中，Q表示每一定子片上靠近上方的定子磁極的中線與左右線圈對稱中線之間的夾角；N表示轉子磁石的磁極數量；其中，當N=12時，n=l或2或3或4。根據本實用新型所述的十二磁極步進電機,當N=12時，n=3o實施本實用新型的十二磁極步進電機，具有以下有益效果通過對步進電機中定子片和轉子的磁極的形狀和相關位置關系進行明確定義，使得電機零部件的加工和質量控制更加容易，降低制造成本，同時采用本實用新型的設計方案的步進電機將比傳統電機輸出更精確穩定。此外，在本實用新型的優選實施例中，采用十二磁極的磁石、與十二磁極的磁石匹配的四級結構且左右對稱的定子片，在同等輸入電壓下，可以產生更強和更平穩的能量，通過齒輪傳動系統，使步進電機能輸出更大的動態扭矩、具有更平穩的步距表現和更低的工作噪音。

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是根據本實用新型實施例的步進電機的結構示意圖；圖2是根據本實用新型采用不同磁極數量的步進電機的工作扭力對比圖；圖3是根據本實用新型采用不同磁極數量的步進電機的工作噪音對比圖；圖4是本實用新型的磁石的磁極示意圖；圖5是根據本實用新型采用不同定子片間隙的步進電機的工作噪音對比圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖1是根據本實用新型實施例的步進電機100的結構示意圖。如圖1所示，根據本實用新型實施例的步進電機100的電磁系統主要由定子110和轉子120構成。定子110包括左右對稱分體設置的左定子片111和右定子片112。左定子片111設有左線圈113，并形成有上、下兩個定子磁極，即第一左定子磁極115和第二左定子磁極116。同樣的，右定子片112設有右線圈114，并形成有上、下兩個定子磁極，即第一右定子磁極117和第二右定子磁極118。轉子120由磁石構成,容置在左定子片111的第一左定子磁極115和第二左定子磁極116、以及右定子片112的第一右定子磁極117和第二右定子磁極118這個四極結構所圍成的空間內。當定子110上的左線圈113和右線圈114接入電脈沖，產生的電磁轉矩驅動轉子120旋轉，輸出電機功率。因本實用新型對步進電機的改進涉及新型的定子形狀和結構設計及其電磁系統內各參數之間的關系，因而在此不再對該步進電機的具體物理結構做詳細描述。本實用新型的步進電機的具體功能原理和裝配，和現有的傳統步進電機基本相同。圖1所示的步進電機100中，轉子120的磁極數量定義為N，轉子120的每一磁極具有相同的張角《，轉子120的磁石表面與每一定子磁極表面之間具有間隙g。左定子片111和右定子片112形成的四個定子磁極，即第一左定子磁極115、第二左定子磁極116、第一右定子磁極117和第二右定子磁極118,具有張角3。每一定子片上相鄰兩個定子磁極之間具有位置張角O，即第一左定子磁極115和第二左定子磁極116之間具有位置張角O，第一右定子磁極117和第二右定子磁極118之間具有位置張角O。并且，每一定子片上靠近上方的定子磁極(即第一左定子磁極115和第一右定子磁極117)的中線與左右線圈對稱中線之間具有夾角Q。定子片111、112的定子磁極張角0由轉子的磁極張角a決定，它們之間的對應 關系將決定步進電機100在運轉時步距的均勻性，并同時輸出更高的動態力矩。因此，為了使步進電機100在轉動中獲得連續均勻的步距傳輸，本實用新型對左定子片111和右定子片112的定子磁極張角P和轉子的磁極數量N之間的關系進行了如下定義a =360。/N(I)320° /N 彡 @ 彡 210。/N (2)如果定子片111、112的定子磁極張角P大于上述式(2)中的最大值，步進電機100的步距將不均勻；如果定子片111、112的定子磁極張角P小于上述上述式(2)中的最小值，步進電機100的動態力矩將降低。上述公式定義了轉子磁極數量與轉子磁極張角以及定子磁極張角的關系。轉子磁石的磁極數量越大，對應的轉子磁極張角越小，而定子片111、112的定子磁極的張角P的數值確定在定子片111、112的形狀設計中非常關鍵。為使轉子磁石的磁場和左右線圈產生的磁場達到最優化的感應效果，每一定子片111、112上相鄰定子磁極的位置張角O應與轉子磁石的磁極張角a相等，SP o=a (3)如果兩者角度相等，當脈沖信號恒定時，左右線圈113、114產生的磁場通過定子片111、112可以在轉子周圍形成固定的磁場極性，并可以和轉子磁石的磁極實現重合，從而實現兩者牽引力的最大化，提高步進電機的輸出力矩和步距平穩性。本實用新型定義定子片111、112上靠近上方的定子磁極的中線與左右線圈對稱中線之間的夾角Q與轉子磁石的磁極數量N的關系滿足Q =270。(n/N) (4)其中，n的取值需要根據步進電機100的外形結構的設計來自行定義。n通常為1-4的整數值。以上式(4)說明定子片111、112相對于電機磁場中心的位置關系，將決定定子片111、112在步進電機100中的定位，而且，這種定位可以有多個模式。對于圖1所示的步進電機100，比較理想的轉子磁石磁極數量N是12。根據式(1)，a=360° /12=30°。這種情況下磁石的磁極示意圖如圖4所示，每一磁極都具有30°的張角。根據式(2)，320° /12彡P彡210° /12，即26. 7°彡P彡17.5°。根據式(3)，o=a=30° 。[0047]當N=12時，以上式(4)中，n=l或2或3或4。Q=270° (n/12)。在本實用新型的一個實施例中，根據步進電機100的外形結構需要，取n=3，此時得到Q =270 (3/12) =67. 5°。按照如下的表一組裝不同的步進電機樣品，以比較不同磁極數量對步進電機100的性能的影響。
權利要求1.一種十二磁極步進電機，包括定子和轉子，其特征在于，所述定子包括左右對稱分體設置的左定子片和右定子片，所述左定子片設有左線圈，并形成第一左定子磁極和第二左定子磁極，所述右定子片設有右線圈，并形成第一右定子磁極和第二右定子磁極；所述轉子包括磁石，容置在所述第一左定子磁極、第二左定子磁極、第一右定子磁極和第二右定子磁極這個四級結構所圍成的空間內；所述定子和轉子滿足如下關系((BHmax*D)/2500)<g<((BHmax*D)/2200) g表示轉子磁石表面與定子片定子磁極表面之間的間隙； BHmax表示轉子磁石的表磁能量； D表不轉子磁石的直徑。
2.根據權利要求1所述的十二磁極步進電機，其特征在于，所述轉子磁石的磁極張角滿足如下關系a =360° /N 其中，a表示轉子磁石的磁極張角；N表示轉子磁石的磁極數量。
3.根據權利要求1所述的十二磁極步進電機，其特征在于，所述定子和轉子滿足如下關系 320。/N ≥ @ ≥ 210。/N 其中，P表示左定子片和左定子片的定子磁極的張角；N表示轉子磁石的磁極數量。
4.根據權利要求2所述的十二磁極步進電機，其特征在于，所述定子和轉子還滿足如下關系 a = a 其中，0表示每一定子片的上、下兩個定子磁極的位置張角；a表示轉子磁石的磁極張角。
5.根據權利要求1所述的十二磁極步進電機，其特征在于，所述定子和轉子還滿足如下關系Q=270° (n/N) 其中，Q表示每一定子片上靠近上方的定子磁極的中線與左右線圈對稱中線之間的夾角；N表示轉子磁石的磁極數量； 其中，當N=12時，n=l或2或3或4。
6.根據權利要求5所述的十二磁極步進電機,其特征在于，當N=12時，n=3o
專利摘要本實用新型涉及一種十二磁極步進電機，包括定子和轉子，定子包括左右對稱分體設置的左定子片和右定子片，左定子片設有左線圈，并形成第一、第二左定子磁極，所述右定子片設有右線圈，并形成第一、第二右定子磁極；轉子包括磁石，容置在第一、第二左定子磁極、第一、第二右定子磁極這個四級結構所圍成的空間內；定子和轉子滿足如下關系((BHmax*D)/2500)<g<((BHmax*D)/2200)，g表示轉子磁石表面與定子片定子磁極表面之間的間隙；BHmax表示轉子磁石的表磁能量；D表示轉子磁石的直徑。該步進電機特別采用12磁極的磁石、與12磁極的磁石匹配的四級結構且左右對稱的定子片，可輸出更大的動態扭矩、具有更低的工作噪音。
文檔編號H02K16/04GK202840879SQ201220509558
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者傅愛平 申請人:深圳市美泰微電機有限公司