一种直流步进电机制造技术

本实用新型专利技术提供一种直流步进电机，其包括定子磁系统、绕于定子磁极的电枢绕组、套装于定子中腔的转子、与电枢绕组及直流电源电性连接的电子换向器、以及与电子换向器电性连接的电子换向控制器；所述定子包括由硅钢片叠压而成的铁芯，以及填满定子磁极上所有小槽的永磁体小条；所述转子由硅钢片迭压且相间套夹永磁体环片构成，所述转子的外圆周上均布有多个转齿。本实用新型专利技术直流步进电机与现有交流步进电机的电枢绕组电路的E0有区别，牵出特性有区别，加之本实用新型专利技术采用增强的定子和转子磁系统，节省了有效电磁材料，减少了电枢绕组电路的等效电阻，使牵出特性的临界转速提高；使得本实用新型专利技术直流步进电机运行转速高、输出功率大以及动态响应快。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种同步电动机，尤其是一种直流步进电机。
技术介绍
步进电机属于同步电动机，是最早适应计算机控制的运控电机，交流步进电机以其转矩刚度大、定位稳定可靠、易于控制动态轨迹跟踪精度及经济、简单、方便的优势，早期便在计算机外设和办公自动化设备中广泛应用，并迅速推广到包括数控机床等很多工业设备及装置中。但在要求运行转速高、输出功率大以及动态响应快的场合，被逐步发展完善的无刷直流电机和数字化交流伺服电机所取代。因此，急需解决交流步进电机的种种不足，实施一种既保持步进电机现有的优势又能实现运行转速高、输出功率大以及动态响应快的步进电机。
技术实现思路
为解决现有交流步进电机的缺陷与不足，本技术所要解决的技术问题是提供一种在已有步进电机基础上又运行转速高、输出功率大以及动态响应快的直流步进电机。为了解决现有技术存在的问题，本技术采用的技术方案是:一种直流步进电机，其包括定子、绕于所述定子磁极的电枢绕组、套装于所述定子中腔的转子、与所述电枢绕组及直流电源电性连接的电子换向器、以及与所述电子换向器电性连接的电子换向控制器；所述定子由硅钢片迭加而成，其定子磁极沿定子内圆周均匀分布；所述转子由硅钢片迭加且相间套夹永磁体环片构成，所述转子的外圆周上均布有多个转齿。作为本技术直流步进电机技术方案的改进，所述转子包括至少一个单元，所述单元包含沿圆周相互错开半个转齿距的两段硅钢片以及夹在所述两段硅钢片之间且轴向充磁的永磁体环片，在所述永磁体环片的作用下，所述单元其中一段硅钢片的所有转齿呈N极，另一段硅钢片的所有转齿呈S极，从圆周看，S极与N极相互交错排列，相邻的一个S极与一个N极形成一对极，以此构成与转齿数量相同对极的转子磁场。作为本技术直流步进电机技术方案的改进，所述定子磁极为10个，所述每个磁极的的极靴上相间设有3个极齿，所述3个极齿间嵌有径向充磁的永磁体条，所述永磁体条的极性与相对位置处转子的转齿的极性一致。作为本技术直流步进电机技术方案的进一步改进，相距180°空间角的转子磁场位置相同的两个电枢绕组可以串联或并联形成一组换向单元，10个电枢绕组形成五组换向单元，所述五组换向单元在所述转子磁场中相互错开72°电角度且依次首尾相连形成封闭五边形连接的电枢绕组，且在首尾相连处引出5个电枢绕组端。作为本技术直流步进电机技术方案的进一步改进，所述电子换向器包括5个半桥电路，每个所述半桥电路包括一个上桥功率开关管和一个下桥功率开关管，其上桥功率开关管的输出端与下桥功率开关管的输入端连接，构成桥臂中点，其上桥功率开关管的输入端与直流电源正极连接，下桥功率开关管的输出端与直流电源的负极连接；5个电枢绕组端分别电性连接于5个半桥电路的桥臂中点。作为本技术直流步进电机技术方案的进一步改进，所述电子换向控制器为可编程逻辑控制器，向电子换向控制器输入脉冲和方向信号，则电子换向控制器输出电子换向器中5个半桥电路所有上功率开关管与下功率开关管按照设定顺序和规律的导通或关断信号。相对于现有技术，本技术一种直流步进电机的优点在于:1.与现有交流步进电机电枢绕组电磁场的Etl有区别，在交流步进电机中Etl与转子转速成正比，与负载大小无关；而本技术直流步进电机的Etl则与负载有关，理论上讲零负载情况下，电机的功角为零，Etl也趋于零，由此电机的理想空载转速为无限大；2.与现有交流步进电机的牵出特性有区别，本技术直流步进电机在牵出转矩值在超过临界转速后，不是向有限值的空载转速趋近而是向无限值的理论空载转速趋近，使得电机在转速大于临界转速的范围内还能保持恒功率输出，扩展了电机运行的转速范围；加之本技术采用增强的定子和转子磁系统，节省了有效电磁材料，减少了电枢绕组电路的等效电阻，使牵出特性的临界转速提高；使得本技术直流步进电机运行转速高、输出功率大以及动态响应快。附图说明图1为本技术直流步进电机的结构示意图；图2为转子结构示意图；图3为转子硅钢片示意图；图4为定子磁状态示意图；图5为电枢绕组换向单元构成及连接示意图；图6为电枢绕组内部连线示意图；图7为电子换向器电路及二极等效模型；图8为本技术直流步进电机的电路模型；图9为本技术牵出特性示意图。具体实施方式现结合附图说明本技术一种直流步进电机的具体实施方式。请参阅图1所示，本技术一种直流步进电机包括定子4，套装与定子4中腔的转子3，定子4的两端卡装于前端盖2和后端盖6之间，转子3通过前轴承I和后轴承5与前端盖2和后端盖6可转动连接，且转子3前端部伸出于前端盖2，电子换向器7与定子磁极的电枢绕组电性连接，电子换向控制器8与电子换向器7电性连接。图2和图3是本技术转子结构及磁系统示意图，在图2中，本技术的转子包括第I单元、第2单元以及第3单元共三个单元，每个单元包含沿圆周相互错开半个转齿距的两段转子硅钢片31以及夹在两段转子硅钢片之间且轴向充磁的永磁体环片32，转子硅钢片段是由图3的多个转子硅钢片迭加而成，所述转子硅钢片冲切形成，在转子硅钢片的外圆周上均布有36个转齿；在永磁体环片32的作用下，每个单元两段转子硅钢片的其中一段硅钢片的36个转齿呈N极，另一段硅钢片的36个转齿呈S极，从轴向圆周看，S极与N极相互交错排列，相邻的一个S极与一个N极形成一对极，以此构成36对极的转子磁场。在图4中，本技术定子由定子硅钢片迭加而成，定子的磁极为10个，每个磁极的的极靴上相间设有3个极齿，且3个极齿间的2个凹槽中嵌有径向充磁的永磁体条，同一圆周的定子内表面的永磁体条极性一致，即都是N极性或都是S极性，而永磁体条的极性取决于相对位置处转子硅钢片段的转齿的极性，如果硅钢片段的转齿为N极，则在定子内部表面(即相对转子侧)的相应位置处的永磁体条的同样为N极性，即永磁体条的极性与相对位置处转子的转齿的极性相同。图5和图6为电枢绕组的构成和连线示意图，在图5中，定子10个磁极上的电枢线圈形成五组换向单元，电枢线圈I与相距180°空间角(圆周上相对位置)的另一个电枢线圈Γ在36对极的转子磁场中具有相同的磁场位置，转子旋转时产生同相位的电动势(EMS)，可以串联或并联形成一组换向单元，图中示例给出的是两个电枢绕组串联接法，获得1-P的I号换向单元，同理可以得到3-3'的3号换向单元、5-5'的5号换向单元、2-2'的2号换向单元和4-f的4号换向单元，S卩10个电枢线圈形成五组换向单元，五组换向单元在转子磁场中相互错开72°电角度且依次首尾相连形成封闭五边形连接的电枢绕组，且在首尾相连处引出1、3、5、2和4共5个电枢绕组端(见图6所示)。五组换向单元相互错开72°电角度，各处在不同转子磁极下。实际上如果把5个换向单元集中到一对转子磁极下，只要保持它们与转子磁极的相对位置不变，则它们的电磁感应即产生电磁转矩及旋转感应电势(EMF)的情况不变，由此可得到本技术直流步进电机的二极等效模型，如图7所示。图7为电子换向器电路图，在图7中，电子换向器包括5个半桥电路，每个所述半桥电路包括一个上桥功率开关管和一个下桥功率开关管，其上桥功率开关管的输出端与下桥功率开关管的输入端连接，构成桥臂中点，其所有上桥功率开关管的输入端与直流电源正极链接，所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流步进电机，其特征在于：包括定子、绕于所述定子磁极的电枢绕组、套装于所述定子中腔的转子、与所述电枢绕组及直流电源电性连接的电子换向器、以及与所述电子换向器电性连接的电子换向控制器；所述定子由硅钢片迭加而成，其定子磁极沿定子内圆周均匀分布；所述转子由硅钢片迭加且相间套夹永磁体环片构成，所述转子的外圆周上均布有多个转齿。

【技术特征摘要】
1.一种直流步进电机，其特征在于:包括定子、绕于所述定子磁极的电枢绕组、套装于所述定子中腔的转子、与所述电枢绕组及直流电源电性连接的电子换向器、以及与所述电子换向器电性连接的电子换向控制器；所述定子由硅钢片迭加而成，其定子磁极沿定子内圆周均匀分布；所述转子由硅钢片迭加且相间套夹永磁体环片构成，所述转子的外圆周上均布有多个转齿。2.根据权利要求1所述的直流步进电机，其特征在于:所述转子包括至少一个单元，所述单元包含沿圆周相互错开半个转齿距的两段硅钢片以及夹在所述两段硅钢片之间且轴向充磁的永磁体环片，在所述永磁体环片的作用下，所述单元其中一段硅钢片的所有转齿呈N极，另一段硅钢片的所有转齿呈S极，从圆周看，S极与N极相互交错排列，相邻的一个S极与一个N极形成一对极，以此构成与转齿数量相同对极的转子磁场。3.根据权利要求1或2所述的直流步进电机，其特征在于:所述定子磁极为10个，所述每个磁极的的极靴上相间设有3个极齿，所述3个极齿间嵌有径向充磁的永磁体条，所述永磁体条的极性与相对位置处转子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏祥，阮国贤，王宗培，
申请(专利权)人：珠海运控电机有限公司，
类型：实用新型
国别省市：