电磁式螺旋型直线步进电动机制造技术

一种电磁式螺旋型直线步进电动机，采用封闭的筒形结构，所有电磁铁均环绕在轴，中央电磁铁采用固定直流激磁线圈电激磁的方式，两端为控制电磁铁。中间轴（或管）的表面车有矩形或梯形槽形截面的等螺距螺纹，槽内嵌绕着铜线或铝线，这种结构提高了材料的利用率，同时增大了电机输出的推力和自锁力，这种电机和传统结构形式的同类机种相比，提高了性能，简化了加工工艺，提高了该类机种的性能价格比指标。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种步进电动机，更具体地涉及一种可作螺旋运动的电磁式封闭型步进电动机。在美国专利US3836835中专利技术人索伊尔(Sawyer)曾公开了一种直线步进电动机(以下简称索氏电机)，参见附图说明图1，图1为表示现有技术中的索氏电机原理结构的示意图，其结构特点是平板型的，电机定子是一块开有很多均匀分布平行槽的长条平板。电机动子是由一永久磁铁和两个在其端部的控制电磁铁EMA和EMB组成。当电磁铁线圈中没有电流时，电机中的磁场仅由永久磁铁提供，磁力线分布如图1中虚线所示，各极下的磁通大小大致相同，均为φm/2。参见图2，图2(a)、(b)、(c)、(d)分别为说明索氏电机的1、2、3、4四种工作状态下的稳定位置的示意图，设动子相对于定子的初始位置如图1所示，当线圈A通入正向电流时，由其电流IA产生的磁通其磁力线分布如图1中实线所示。设电流产生的磁通，大小为φm/2其结果使极1下的磁通φ1＝φm/2+φm/2＝φm达最大值，极2下磁通近似为零，因此动子的位置由极1所受的磁力决定。这时动子将向右移动到极1和定子齿1'对齐的位置如图2(a)的状态1所示。表1 <p>表1说明索氏电机的通电方式、稳定位置及磁力分布情况，如果通电的方式按表1中的(a)→(b)→(c)→(d)→(a)…顺序进行，则动子会以T/4的步距脉冲式地向右移动(其中T为定子齿距)。也就是说按上述通电方式，步进电动机运动的最小步距为T/4。参见图3，图3为两控制电磁铁线圈中的电流IA和IB的波形图。如果在线圈A中通入余弦形电流，同时在线圈B中通入正弦形电流。如图3虚线所示则动子就会平滑地(而不是脉冲式地)向右移动。如果在线圈A中通入正弦形电流，同时在线圈B中通入余弦形电流，则电机动子就会平滑地向左移动。当上述线圈中的电流按正、余弦规律变化一个周期时电机动子就会向右(或向左)移过一个齿距T。动子相对于定子在一个齿距范围内的空间位置由两个线圈中的电流数值(比值)所决定。例如当IA＝Imcosωt＝Imcos0°＝Im，IB＝Imsinωt＝Imsin0°＝0时，则动子处在图2(a)所示的状态1的空间位置。现令定子齿1'中心线处的空间位置为0°位置，并把这看作为动子的起始位置。当IA＝Imcos90°＝0，IB＝Imsin90°＝Im时，动子将移动到图2(b)所示的状态2的位置。相当于从图2(a)所示位置向右移动T/4距离。如果我们把定子一个齿距T的空间范围看作为360°空间范围，这时我们也可以说动子在空间向右移动了T/4＝360°/4＝90°距离。如果当电机动子原处在图2(a)所示的位置时，我们通入的电流为IA＝Imcos9°，IB＝Imsin9°时，则动子在空间将向右移动9°(相当于T/40)。可见，如果我们利用微型计算机把上述一个周期的正、余弦电流“细分”成如图3实线所示的40个等宽不等幅的脉冲电流群来代替上述正、余弦电流，则我们就可以使该台直线步进电动机以T/40的最小步距向前移动。通过上述“细分”的方法可使目前实际齿距为1毫米的直线步进电动机，通过八位的单片微机，进行“细分”其最小步距就可达到0.005毫米的定位精度。索氏电机的缺点在于(1)采用了价格昂贵的稀土永久磁铁材料，且加工、装配都比较麻烦。磁铁占整个动子的重量的比例较大，惯性大，所需的加速力也大。(2)索氏电机所产生的推力和吸力是固定的，它们都严格受到电机空气隙尺寸的限制，用户是无法调节的，一般推力和吸力都较小。(3)平板型结构，漏磁较大(有效磁通小)材料利用率较差。平板上高精度尺寸要求的平行槽，一般需用高精度的铣床来铣槽，费工，费时，致使电机加工成本很高。因而影响电机的性能价格比指标。为了克服上述缺点在中国专利CN87209396U(申请人为宁波大学)中本申请的专利技术人公开了一种改进型的电磁式封闭型直线步进电机。它仍旧保持和索氏电机一样的一台两相4极电机。它采用封闭的筒形结构，所有电磁铁均环绕在轴外，并用电磁铁作为固定激磁，这一结构封闭性好，磁场集中，漏磁小，轴和极掌之间的间隙可做得很小，因此提高了材料利用率，同时能够得到较大的推力和自锁力，用户可以调节推力和自锁力的大小以适应不同场合的需要，扩大了直线步进电动机的应用范围。同时加工制造比索氏电机简便，电机的性能价格比得到相当程度的提高。参见图4，图4为上述本专利技术人已公开过的电磁式封闭型直线步进电动机的一实施例的结构示意图，其中，中间的圆轴(13)用软磁性金属材料制成。如钢、铁等。圆轴(13)上开有沿轴向均匀分布的环形凹槽，其宽度和间距都相等，环绕着圆轴(13)形成各个交替地凸起和凹下的圆环。圆轴(13)安装在一对端盖(18)上，端盖(18)为中间开孔的圆盘，用螺杆(19)和螺母(20)固定，在中间开孔处安装有轴承(17)，通过轴承(17)支持圆轴(13)，并允许圆轴(13)在端盖(18)上沿轴线移动。在两个端盖(18)之间围绕着圆轴(13)安装着一对互相分开的控制电磁铁，分别紧靠着两个端盖(18)，中间则是以直流电流激磁的激磁电磁铁。每一控制电磁铁包括两个极掌11和11′及11″和11′′′、一组控制线圈12和12′和一个磁轭15和15′，极掌11和11′及11″和11′′′、控制线圈12和12′和磁轭15和15′都呈空心的圆环形结构，以圆轴(13)为对称轴安装，套在圆轴(13)外面，但都与圆轴(13)保持一定间距，并不互相接触，其中，极掌11和11′及11″和11′′′的端面与圆轴(13)的凸起部分之间具有微小的间隙。在该例中，为了加工制造和装配工艺简便，每一控制电磁铁的两个极掌11和11′及11″和11′′′并不做成一体，而是做成两个同样的圆环，其间放入磁轭15和15′，并使磁轭15和15′与极掌11和11′及11″和11′′′相接触的表面紧密吻合，形成完整的控制电磁铁的铁芯。当然也可采用整块马蹄形的铁芯，或采用许多薄片重迭组成铁芯。这一铁芯通常采用高磁导率的软磁性金属材料制成，以获得较好的效果，如纯铁、低碳钢等，该例中采用＃10号低碳钢制成极掌11和11′及11″和11′′′和磁轭15和15′。一对极掌11和11′及11″和11′′′和一个磁轭15和15′构成一个马蹄形的铁芯，控制线圈12和12′安置在其凹部，被铁芯所包围，这一结构将磁场集中在内部，漏磁很小。在两个控制电磁铁之间的直流激磁电磁铁包含通以直流电流的激磁线圈(14)和另一激磁磁轭(16)，其材料、形状分别与控制线圈(12)和磁轭(15)类似，只是作用不同，激磁磁轭(16)使两个控制电磁铁相连，并用激磁线圈(14)进行激磁，在激磁线圈(14)产生的磁场中同组极掌极性相同，不同组极掌极性相反，而控制线圈(12)产生的磁场主要限于其所属的控制电磁铁内，并且同组的两个极掌极性相反，这样，由于激磁线圈(14)的磁场和控制线圈(12)的磁场相互作用，使得各个极掌11和11′及11″和11′′′上的磁场强度不相同，同时，一组内的两个极掌上的凹槽分别对准圆轴(13)的凹槽部分、凸起部分，另一组内的两个极掌上的凹槽分别以左半部分和右半部分对准凹槽部分，这样就使得各极掌与圆轴(13)的作用各不相同，因而当激磁线圈中通以直流电流及两控制线圈分别通以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁式螺旋型直线步进电动机，采用封闭的筒形结构，中间有一根由铁磁材料制成的轴（或管），在轴（或管）的外围，套放着四个环形磁极铁芯，在四个环形磁极铁芯之间，间隔地嵌夹着三个环形线圈，位于中部的线圈为固定直流激磁线圈，位于两端的线圈为控制电磁铁的线圈，磁极铁芯和线圈与部分或全部包围它们的筒形磁轭组合在一起形成电机的动子（或定子），磁轭和磁极铁芯均由磁性材料制成，固定在两端磁极铁芯上的由非磁性材料作成的滑动轴承，保持着电机定、动子之间的微小间隙，其特征是在轴（或管）的表面和磁极铁芯内径表面上都车有螺纹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志刚，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]