本发明专利技术公开了一种仪表用微型步进电机，包括外壳（１）（２）、永磁转子（８）、定子铁心体（１６）、固定在定子铁心体上的两相线圈（１２）。Ｉ、ＩＩ级传动齿轮组等，其中ＩＩ级传动齿轮组从动轮（１１）连接有指针驱动轴（３）。所述的转子（８）设有１２齿齿轮，所述的转子（８）与所述的Ｉ级传动齿轮组从动轮（９）啮合传动；所述的ＩＩ级传动齿轮组主动轮与所述的ＩＩ级传动齿轮组的从动轮（１１）啮合传动。所述的驱动电路ＰＣＢ板（１４）安装在步进电机内部，ＰＣＢ板上焊接有专用芯片ＩＣ（１５），电机外壳上引出四个引脚，分别是方向控制引脚（４）、转角控制引脚（５）、电源引脚（７）以及接地引脚（６）。本发明专利技术可通过单片机Ｉ／Ｏ口控制电机的转动角度与转动方向，应用时无须另加驱动电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仪表用微型步进电机，主要应用于汽车仪表和其它指针式仪表的指针驱动。
技术介绍
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行部件，通过电机的输出轴带动仪表 指针，是实现数字化仪表的关键元器件之一 。相对于模拟电磁式仪表，步进电机式仪表由于 取消了油丝等阻尼部件，具有指示精度高，使用寿命长，可靠性高等多种优点，特别是其数 字化处理数据方式，既满足了人们的观察习惯，更是模拟电磁式仪表的最佳更新换代产品。 目前比较常见的步进电机主要由外壳、永磁转子、定子铁心、两相线圈、驱动转子 齿轮系、指针轴等组成。其工作原理大同小异，一般是向两相线圈施加精确控制的脉冲序 列，周期性改变转子周围的磁场，从而使转子通过齿轮系驱动指针轴转动，以达到精确控制 的目的。由于步进电机的固有步距角的限制，如果要实现指针的平滑无抖动转动，则需要进 一步微步距细分控制，一般在步进电机的外部另加驱动电路的方法，从而使两相线圈内产 生阶梯性变化的电流波，实际上是将固有步距角进一步细分，实现指针平滑移动。但仪表用 步进电机又与常见的步进电机不同，一是几何尺寸更小；二是精细加工技术复杂，成品率较 低，国内制造有一定的难度，因此制约了该项先进技术在仪表市场的广泛应用。 目前国外的仪表用微型步进电机通常采用180 : 1齿轮系传动，步进电机内部 转子采用6个齿，相邻的齿距为60。，因此对应转子旋转18(T ，相当于转动轴指针转动 180° /180 = 1° ，在两相六拍工作方式下，每一拍相当于转子旋转60。，指示轴指针通过 180 : l齿轮传动后旋转60。 /180° =1/3° ，再通过4倍细分驱动方式，指针驱动轴可实 现1/3° +4 = 1/12°微步转动。 但是这种步进电机有六个明显缺陷，第一，180 : 1的齿轮系传动机构带来齿轮模 具加工的难度，180个齿的齿轮模具需要特殊的数控设备来精细加工，目前国内制造有相当 的难度，成品合格率较低，从而提高了生产成本；第二，在两相六拍工作方式下，每一工作节 拍指示轴指针将旋转1/3。，所以其固有步距角为1/3° ，这样转动时会有明显的抖动，不 能模拟出类似电磁式仪表盘指针移动的平滑性；第三，由于固有步距角带来的误差同时限 制了指示精度；第四，为实现指针旋转平滑，提高指示精度，必须通过在电机外另接驱动芯 片并以4倍细分驱动方式，来实现指针轴的1/12°微步转动；第五，由于外接驱动芯片，因 此电机输出脚不能与单片计算机1/0 口直接接口，继而增加了使用者的麻烦，带来应有的 诸多不便；第六，所有的传动轴均采用塑料材料，其耐磨性与耐久性均不理想。
技术实现思路
据此，本专利技术提供一种制造方便、加工简单、成本较低、指示精度高、可与单片计算 机I/O 口直接接口，且无须外部电路驱动的仪用微型步进电机。 本专利技术提出的新的技术方案如下 其一，为降低齿轮模具加工的难度，设计了一个90 : 1的两级传动减速齿轮系统， 通过增加一级齿轮组以减少每个齿轮的齿数，保证每个齿轮的齿数不大于90，以此来分解并降低齿轮模具加工的难度。 其二，永磁转子(8)由6齿增加到12齿，采用两相十二拍工作方式，每一拍相当于 转子旋转360。 /12 = 30° ，经90 : 1的齿轮传动后，电机的固有步距角为也为30° /90 =1/3° ，同时永磁转子(8)由6齿增加到12齿后，还减少了每一个齿的咬合次数，增加了 转子的使用寿命。 其三，所有转动轴采用不导磁的不锈钢针，提高了耐磨性和耐久性。 其四，由于增加一级齿轮组，所以必须加强磁场强度和提高输出力矩来克服新增的静摩擦力和传动摩擦力。通过计算机仿真设计了一个新的异形定子铁心结构(ie)，左右两相线圈(12)分别固定在铁心体上，利用磁导的变化产生转矩，以利于磁场的均匀分布，并大大提高磁场强度、输出力矩，同时提升动态响应速度和电机启动频率。 其五，为克服单片计算机1/0 口不能直接驱动电机的缺点，本专利技术在电机内部安排了一块驱动PCB电路板，PCB电路板上焊接有一片专用驱动IC(15)，带输入缓冲器，并可提供4倍细分的驱动信号，可以实现驱动轴指针以1/12°微步距无抖动输出。 本专利技术所述的仪用微型步进电机，包括电机外壳上盖(1)和下盖(2)、定子铁心(16)、指针驱动轴(3) 、 I级减速齿轮系(8) (9) 、 II级减速齿轮系(10) (11)、左右两相线圈(12)、驱动PCB电路板(14)，一个8脚的S0IC贴片封装的电机专用驱动芯片(15)、在电机外壳上分别引出其方向控制引脚(4)、转角控制引脚(5)、电源引脚VDD(7)以及接地引脚VSS(6)等几部分。 所述齿轮系包含一个12齿的转子(8) 、 I级传动齿轮组从动轮(9) 、 II级传动齿 轮组主动轮(10)与从动轮(11)、指针驱动轴(3)四部分组成。I级传动齿轮系的主动轮即 永磁转子(8)是一个12齿的转子，从动轮(9)具有72齿。II级传动齿轮系的主动轮(10) 为6齿，从动轮(11)具有90齿。其中，转子(8)与I级传动轮组从动轮(9)啮合形成一级 传动，II级传动齿轮组主动轮(10)与II级传动齿轮组从动轮(11)啮合形成二级传动，II 级传动齿轮组从动轮与指针驱动轴(3)同轴相连，从而带动其转动。其中I级传动轮组减速比为72/12 : 1 = 6 : i，n级传动轮组减速比为90/6 : i = 15 : i，两级传动组合起 来形成6xi5 : 1 = 90 : i的减速齿轮系统。该齿轮系的特点是，减速从动轮的齿数均不大于90，特别有利于降低齿轮模具精细加工难度，同时提高了齿轮注塑的成品率。另外，从杠杆原理来说，动轮齿数减少，也降低了减速齿轮系传动的联动力矩，提高了指针轴的输出 力矩。 所述的永磁转子(8)是一个以12齿塑料齿轮为本体外壳，内嵌一个环型的永磁 体，其转子轴(17)为不导磁的不锈钢针。此外，I级传动齿轮组从动轮转轴(18)和指针驱 动轴(3)也为不锈钢针。 所述步进电机的定子铁心结构(16)是一个闭合的不规则环状铁心体，铁心体由 三片坡莫合金板重叠而成，左、右两相线圈(12)互成90°夹角分别固定在坡莫合金板构成 的定子铁心体上。通过两相线圈(12)的驱动电流与定子铁心体(16)共同作用下产生周期 性变化的旋转磁场驱使转子转动。 所述步进电机驱动电路IC(15)集成在电机壳内的PCB板(14)上，左、右两相线圈(12)的引脚也分别焊接固定在PCB板上。图4中，其驱动芯片(15)的输出引脚直接与电机 两相线圈(12)相连，驱动芯片(15)的输入引脚则直接引申至电机外部，分别作为电机的方 向控制引脚(4)、电机的转角控制引脚(5)、电源引脚VDD(7)以及接地引脚VSS(6)。单片机 I/O 口可直接与电机的方向控制引脚(4)、转角控制引脚(5)相连，并直接控制电机，用户只 需通过控制旋转方向和旋转度数即可控制电机的转动方向和转动角度，无需再在电机外部 另添加驱动电路。与现有仪用步进电机相比，本专利技术大大降低了电机控制的复杂度，省去了 步进电机所有的外围驱动电路，特别有利于步进电机在微、小型仪表上的应用与推广，真正 实现机电一体化的步进电机。附图说明 图l是本专利技术外形图； 图2是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种仪表用微型步进电机，其特征在于电机内置定子铁心体（１６）、Ⅰ和Ⅱ两级传动减速齿轮系统（８）（９）（１０）（１１）、内置专用驱动芯片ＩＣ（１５），是一种机电一体化的微型步进电机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭希南，金鹏伟，卢文波，荀庆来，谢稳，佘旭，
申请(专利权)人：彭希南，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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