迷你型步进电机 【技术领域】
本发明涉及一种迷你型步进电机，尤其涉及一款用于带动仪表指针转动的小尺寸步进电机。
背景技术
公知的用于仪表指针驱动的步进电机是一种数字化的基础运动器件，利用电机输出转动轴带动仪表指针，其主要特点是，无须位置信号反馈达到位置控制的目的，可实现数字信号直接转换成位移量或速度量，允许以开环控制方式构成随动系统，步进电机可迅速地加速、减速及停止，其动作无漂移、无积累误差，其控制特性不受负载扰动的影响，与动磁式或动圈式电机相比，完全摒弃了电磁转矩驱动指针的工作原理，从根本上克服了传统模拟电磁式仪表精度低、故障率高、使用寿命短等缺点，是传统电磁式指针驱动机构进行数字化改造的最佳更新换代产品，因此在汽车数字仪表、高可靠性的工业测量仪表领域得到广泛的应用。
【发明内容】
技术问题：
目前，驱动仪表指针的步进电机主要存在如下的问题：
一、公知的驱动仪表指针的步进电机，基本尺寸均较大，一般直径大于31mm，厚达11mm以上，从而限制了其应用，特别不能应用于对安装尺寸和安装位置有一定要求的指针式仪表。
二、公知的驱动仪表指针的步进电机的典型工作电压是5V，因此不适合于应用于小于5V供电的低功耗仪表或掌上型指针式仪表。
三、公知的驱动仪表指针的步进电机的最大转角范围是315°，因此不适合输出转动轴要求360°转动的应用场合。
四、公知的步进电机没有定位检测装置，如果电机的输出转动轴随机停留在任意位置时，为了确保电机的输出转动轴能返回起始位置处，开机复位时，电机的输出转动轴必须强制转动315°，结果可能会造成电机的输出转动轴已经返回到起始位置处后，由于机械限制而形成的电机堵转现象发生。
技术方案：
本发明的目的是提出一种小尺寸、低电压供电的步进电机，尤其涉及一款用于仪表指针驱动的迷你型步进电机，其技术方案如下：
一种迷你型步进电机，包括上盖、下盖、电机输出转动轴、铁心体、线圈骨架m、线圈骨架n、转子体齿轮、转子轴、齿轮a、齿轮b、齿轮c、导光筒、PCB板、收发一体化红外光电管、电机驱动专用芯片，其铁心体由两个铁心臂组成“L”形状，其中伸出的一个铁心臂上套接一个线圈骨架m，另一个铁心臂上套接一个线圈骨架n，再与一个弧形的辅助铁心体相连，所述的转子轴一端固定在下盖上，另一端伸出后与转子体齿轮的中心相连，齿轮c上开有一个透光圆孔，PCB板上有一个不透光的圆形导光筒，在导光筒的底部的PCB板上安装有一个收发一体化的红外光电管，铁心体和电机驱动专用芯片均固定在PCB板上。
所述的迷你型步进电机，其上盖和下盖的直径均为16mm，上盖和下盖装配合盖后的总厚度为10mm。
所述的迷你型步进电机，其转子轴为不锈钢材质，一端固定在下盖上，另一端伸出后与转子体齿轮的中心相连，转子体齿轮的一端嵌入在铁心体中。
所述的迷你型步进电机，其电机输出转动轴为不锈钢材质，与齿轮c连为一体，且位于齿轮c的中心，在齿轮c上开有一个透光圆孔。
所述的迷你型步进电机，其铁心体是由三片铁心片叠合而成，所述的辅助铁心体也是由三片铁心片叠合而成，铁心体的一个铁心臂上套接一个线圈骨架m，另一个铁心臂上套接一个线圈骨架n后，两端再嵌入三片铁心组成的辅助铁心体中，然后再通过铆钉将铁心体与辅助铁心体的嵌入部分相铆连接。
所述的迷你型步进电机，其铁心体通过一个螺钉穿过铁心体安装孔与PCB板相连，线圈骨架m的两个引脚和线圈骨架n的两个引脚分别焊接在PCB板上，且分别与电机驱动专用芯片的I/O端口直接相连。
所述的迷你型步进电机，其PCB板上连接有一个不透光的圆形导光筒，在导光筒底部中央的PCB板上安装有一个收发一体化反射式红外光电管。
所述的迷你型步进电机，其电机引出脚共五个，包括一个电源VCC引脚、一个地GND引脚、另外三个引脚分别来自驱动专用芯片的I/O端，电机的引出脚接出方式如下：五个引出脚均将其一端铆接在PCB板上，与电机驱动专用芯片相连，五个引出脚的另外一端则分别通过下盖向外伸出。
所述的迷你型步进电机，其齿轮a与齿轮b连为一体，电机输出转动轴与齿轮c连为一体，齿轮组按照如下的啮合传动关系相连：转子体齿轮带动齿轮a，齿轮a转动时带动齿轮b，齿轮b转动时带动齿轮c转动，齿轮c带动电机输出转动轴转动。
技术效果：
相对于公知地自来水表，本发明具有如下有益的技术效果：
一、本发明所述的迷你型步进电机是一种小尺寸的步进电机，基本尺寸为，直径为16mm，厚度为10mm，只有公知的驱动指针用步进电机尺寸的一半，特别适合应用于对安装位置和安装尺寸有限制要求的仪表。
二、所述的迷你型步进电机的输出轴可360°转动，而公知的仪表用步进电机的最大转角范围是315°。
三、公知的步进电机没有定位检测装置，如果电机的输出转动轴随机停留在任意位置时，为了确保电机的输出转动轴能返回起始位置处，开机复位时，电机的输出转动轴必须强制转动315°，结果可能会造成电机的输出转动轴已经返回到起始位置处后，由于机械限制而形成的堵转现象发生，而本发明新增了步进电机的反射式红外光电定位定位方法，消除了堵转。
四、公知步进电机的典型工作电压是5V，本发明所述的步进电机的典型工作电压是3.6V，因此特别适合低功耗仪表或掌上型指针式仪表。
五、本发明步进电机内置专用驱动芯片，使用时可直接与低功耗单片机的I/O端接口。
六、本发明的上盖和下盖采用扣式结构，安装及装配简单。
【附图说明】
图1是迷你型步进电机的外观图；
图2是迷你型步进电机可视下盖细节的外观图；
图3是迷你型步进电机装配在下盖中的立体视图；
图4是迷你型步进电机去掉上盖后的正视图；
图5是迷你型步进电机去掉上盖和下盖后的正视图；
图6是迷你型步进电机去掉上盖和下盖后的一侧外形视图；
图7是迷你型步进电机去掉上盖和下盖后的另一侧外形视图；
图8是迷你型步进电机去掉上盖和下盖后的正侧视图；
图9是迷你型步进电机的爆炸图；
图10是迷你型步进电机内部电原理框图。
标号说明：
1 上盖 2 下盖
3 电机输出转动轴 4 电机输出轴保护台阶
5 锁扣柱 6 锁扣挂钩
7 铁心体 8 线圈骨架m
9 线圈骨架n 10 铆钉
11 铆钉 12 铁心体安装孔
13 转子体齿轮 14 转子轴
15 齿轮a 16 齿轮b
17 齿轮c 18 透光圆孔
19 导光筒 20 PCB板
21 辅助铁心体 22 电机引出脚
23 收发一体化红外光电管 24 电机驱动专用芯片
25 电机安装定位桩
【具体实施方式】
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
本发明包括步进电机的上盖1、下盖2、电机输出转动轴3、铁心体7、线圈骨架m 8、线圈骨架n 9、转子体齿轮13、转子轴14、齿轮a 15、齿轮b16、齿轮c 17、导光筒19、PCB板20、收发一体化红外光电管23、电机驱动专用芯片24，其中，电机输出转动轴3通过上盖1的电机输出轴保护台阶4的中心伸出。装配方面，上盖1和下盖2采用扣式结构，上盖1上分别有三个锁扣挂钩6，下盖2上则分别有三个锁扣柱5，上盖1与下盖2盖合时，上盖1上的三个锁扣挂钩6分别挂住下盖2上的三个锁扣柱5，安装及装配简单。下盖2上的还有三个安装定位桩25，步进电机的安装定位可将三个安装定位桩25直接插入待安装板的工艺安装定位孔中。
所述的迷你型步进电机的基本尺寸如下：其上盖1和下盖2的直径均为16mm，上盖1和下盖2装配合盖后的总厚度为10mm。
转子轴14是由不锈钢材质构成，一端固定在电机的下盖2上，另一端伸出后与转子体齿轮13的中心相连，转子体齿轮13的一端嵌入在铁心体7中。
所述的铁心体7由两个铁心臂组成“L”形状，其中伸出的一个铁心臂上套接一个线圈骨架m 8，另一个铁心臂上套接一个线圈骨架n 9，再与一个弧形的辅助铁心体21相连，其中，所述的铁心体7是由三片铁心片叠合而成，所述的辅助铁心体21也是由三片铁心片叠合而成，铁心体7的一个铁心臂上套接一个线圈骨架m 8，另一个铁心臂上套接一个线圈骨架n 9后，两端再嵌入三片铁心组成的辅助铁心体21中，然后通过铆钉10、11将铁心体7与辅助铁心体21的嵌入部分相铆连接。
所述的齿轮组存在如下的关系：齿轮a 15与齿轮b 16连为一体，电机输出转动轴3与齿轮c 17连为一体，齿轮组按照如下的啮合传动关系相连：转子体齿轮13带动齿轮a 15，齿轮a 15转动时带动齿轮b 16，齿轮b 16转动时带动齿轮c 17转动，齿轮c 17带动电机输出转动轴3。，
铁心体7通过一个螺钉穿过铁心体安装孔12与PCB板20相连，线圈骨架m 8的两个引脚和线圈骨架n 9的两个引脚分别焊接在PCB板20上，且分别与电机驱动专用芯片24的I/O端口直接相连。
所述的步进电机输出转动轴3为不锈钢材质，与齿轮c 17连为一体，且位于齿轮c 17的中心，在齿轮c 17上开有一个透光圆孔18，PCB板20上连接有一个不透光的圆形导光筒19，在导光筒19底部中央的PCB板20上安装有一个收发一体化红外光电管23，步进电机工作时，当齿轮c 17上的透光圆孔18转动到导光筒19的正上方时，红外光电管23发出的红外光恰恰可通过导光筒19后再穿过透光圆孔18，而被上盖1上内表面的吸收材料涂层所吸收；而当齿轮c 17上的透光圆孔18离开导光筒19后，收发一体化红外光电管23发出的红外光通过导光筒19后被齿轮c 17的表面反射后，再次被收发一体化的反射式红外光电管23接收，从而可以确定步进电机输出转动轴当前所处的位置。
图10是迷你型步进电机内部电原理框图，其所述的一体化的反射式红外光电管23由电机驱动专用芯片24控制，电机驱动专用芯片24的内部同时集成了一个红外线调制解调器和一个步进电机微步细分驱动电路。步进电机的引出脚22共有五个，包括一个电源VCC引脚、一个地GND引脚，另外三个引脚分别来自电机驱动专用芯片24的I/O端，电机的引出脚接出方式如下：五个引出脚均将其一端铆接在PCB板20上，再与电机驱动专用芯片24的I/O端相连，五个引出脚的另外一端则分别通过下盖2向外伸出。三个引脚来自驱动专用芯片24的I/O端，其引脚定义如下：一个决定电机的转动方向，一个决定电机的转动角度，一个检测电机的红外定位信号。
本发明所述的迷你型步进电机直径为16mm，厚度为10mm，只有公知的驱动指针用步进电机尺寸的一半，特别适合应用于对安装位置和安装尺寸有限制要求的仪表。此外，本发明所述的迷你型步进电机的输出轴没有机械限制装置，因此可360°转动，且可实现光电定位，由于内置专用驱动芯片，因此可直接与低功耗单片机接口，其典型工作电压为3.6V，特别适合低功耗仪表或掌上型指针式仪表，是传统电磁式指针驱动机构进行数字化改造的最佳更新换代产品，因此在汽车数字仪表、高可靠性的工业测量仪表领域得到广泛的应用。