一种径向磁通混合式步进电机.pdf

本发明提供一种径向磁通混合式步进电机，包括定子部分、转子部分、机壳、前、后端盖，定子部分包括定子铁芯、定子绕组、定子内静止铁芯、永磁体和磁调制环，转子部分为旋转铁芯，旋转铁芯外周均匀分布有小齿，定子铁芯安装于机壳内周，在定子铁芯内周分布有磁极，每个磁极极身上放置定子绕组，在磁极极靴均匀分布小齿，齿距与旋转铁芯上小齿齿距相同，旋转铁芯在定子铁芯与定子内静止铁芯间旋转，定子内静止铁芯一端与前侧端盖连接，定子内静止铁芯上安装有永磁体，永磁体外安装有磁调制环，永磁体径向充磁或平行充磁。具有结构合理、加工难度低、永磁体利用率高、能通过二维有限元软件进行分析优化，转子转动惯量小，电机运行效率高。

权利要求书1.  一种径向磁通混合式步进电机，包括定子部分、转子、机壳、前、后端盖，定子部分包括定子铁芯、定子绕组、定子内静止铁芯、永磁体和磁调制环，其特征在于： 转子为杯状的旋转铁芯，旋转铁芯外周均匀分布有小齿，定子铁芯安装于机壳内周，在定子铁芯内周分布有磁极，每个磁极极身上放置定子绕组，在磁极极靴均匀分布小齿，齿距与旋转铁芯上小齿齿距相同； 旋转铁芯内是内静止铁芯，定子内静止铁芯一端与前端盖连接，定子内静止铁芯上安装有永磁体，永磁体外安装有磁调制环，永磁体为径向充磁或平行充磁，旋转铁芯在定子铁芯与定子内静止铁芯间旋转。 2.  按权利要求1所述的一种径向磁通混合式步进电机，其特征在于， 所述永磁体为多对极，磁调制装置上设有多对缺口相对应。 3.  按权利要求1所述的一种径向磁通混合式步进电机，其特征在于， 所述定子内静止铁芯与前端盖能制成一体。 4.  按权利要求1所述的一种径向磁通混合式步进电机，其特征在于， 所述定子内静止铁芯的另一端通过轴承与旋转铁芯活动连接。 5.  按权利要求1所述的一种径向磁通混合式步进电机，其特征在于，所述旋转铁芯一端伸出后端盖，旋转铁芯与端盖通过轴承活动连接。 6.  按权利要求1所述的一种径向磁通混合式步进电机，其特征在于， 所述定子内静止铁芯与磁调制环能制一体，内静止铁芯上设有凹槽，所述永磁体为柱状嵌入凹槽内。

说明书一种径向磁通混合式步进电机
技术领域
本发明涉及一种步进电机，尤其是一种混合式步进电机。
背景技术
目前，步进电机分为磁阻式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。其中，磁阻式步进电机虽然精度较高、制造成本低，但功耗大，输出转矩和功率小；永磁式步进电机虽然功耗小，但是步距角偏大，运行精度偏低。相比之下，混合式步进电机结合了磁阻式步进电机和永磁式步进电机的优点：功耗小，输出转矩大，控制精度高，且能提供一定的自定位力矩。
但传统的混合式步进电机在结构方面依然存在一定缺陷：
1.由于转子铁芯分段，相互之间错开半个转子齿距，两端转子铁芯中间放置了环形永磁钢，因此结构复杂，加工难度大。
2.永磁体沿轴向充磁，而定子铁芯由硅钢片叠压而成，硅钢片之间存在着不导磁的绝缘层，降低了定转子铁芯轴向的磁导率，从而降低了永磁体利用率。
3.在永磁体轴向范围内不产生有效的机电能量转换，从而降低了电机的转矩密度和功率密度，同时也增大了定子绕组的电阻和电感，增大了电机的功耗。
4.气隙磁密度轴向分布并不均匀，靠近两端磁密降低，电机的材料有效利用率偏低。
5.电机内磁密分布复杂，存在径向和轴向的磁路，只能通过三维的有限元软件对电机进行分析，增大了分析难度和计算周期，对于一些齿部尺寸较小的电机，三维有限元软件甚至无法对其进行剖分，导致该类电机设计和分析难度大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种径向磁通混合式步进电机，包括定子部分、转子、机壳、前、后端盖，定子部分包括定子铁芯、定子绕组、定子内静止铁芯、永磁体和磁调制环，转子为杯状的旋转铁芯，旋转铁芯外周均匀分布有小齿，定子铁芯安装于机壳内周，在定子铁芯内周分布有磁极(定子大齿)，每个磁极极身上放置定子绕组，在磁极极靴均匀分布小齿，齿距与旋转铁芯上小齿齿距相同，旋转铁芯内是内静止铁芯，定子内静止铁芯一端与前端盖连接，定子内静止铁芯上安装有永磁体，永磁体外安装有磁调制环，永磁体为径向充磁或平行充磁，旋转铁芯在定子铁芯与定子内静止铁芯间旋转。
所述永磁体为多对极，磁调制装置上设有多对缺口相对应。
所述定子内静止铁芯与前端盖能制成一体。
所述定子内静止铁芯的另一端通过轴承与旋转铁芯活动连接。
所述旋转铁芯一端伸出后端盖，旋转铁芯与端盖通过轴承活动连接。
所述定子内静止铁芯与磁调制环能制一体，内静止铁芯上设有凹槽，所述永磁体为柱状嵌入凹槽内。
本发明的优点在于：
1.简化电机转子的结构，降低了加工制造难度。
2.永磁体放置在定子内静止铁芯上，永磁体放置空间足够大，且不影响定子铁芯的机械强度。
3.永磁体磁路和电机励磁均位于圆周方向，避免了传统混合式步进电机磁路穿过叠片铁芯的弊端，提高了永磁体利用率。
4.永磁体不占用电机的有效空间，提高了电机的功率密度、转矩密度和运行效率。
5.电机气隙磁密轴向上分布均匀，有助于提高定转子铁芯的利用率。
6.方便通过二维有限元分析软件对电机进行分析设计和优化，大大降低了电机的设计和分析难度。
7.可以通过增加永磁体用量，有效提高电机的自定位力矩和保持力矩。
8.转子转动惯量小，电机运行效率高。
附图说明
图1 径向磁通混合式步进电机主要零件分解图；
图2 径向磁通混合式步进电机剖视图；
图3小尺寸径向磁通混合式步进电动机内静止铁芯结构示意图；
图4 定子冲片示意图；
图5 定子铁芯、旋转铁芯、永磁体和磁调制环位置关系示意图；
图6 多极电机永磁体和磁调制环分布示意图；
附图标记说明：
1-前端盖；2-内静止铁芯；3-机壳；4-带绕组定子铁芯；41-定子铁芯；42-定子绕组；5-永磁体；6-磁调制环；7-旋转铁芯；8-后端盖；9-轴承。
具体实施例
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
以本发明的2相16齿径向磁通混合式步进电机为例，电机结构如图1和图2所示，本发明提供一种径向磁通混合式步进电机，包括定子部分、转子、机壳3、前、后端盖1、8，定子部分包括定子铁芯41、定子绕组42、定子内静止铁芯2、永磁体5和磁调制环6，转子为旋转铁芯7，旋转铁芯7外周均匀分布有小齿，定子铁芯41安装于机壳内周，在定子铁芯41内周分布有磁极，每个磁极极身上放置定子绕组42，在磁极极靴均匀分布小齿，齿距与旋转铁芯7上小齿齿距相同，
旋转铁芯7内是内静止铁芯2，定子内静止铁芯2一端与前端盖1连接，定子内静止铁芯2上安装有永磁体5，永磁体5外安装有磁调制环6，永磁体5为径向充磁或平行充磁，旋转铁芯7在定子铁芯41与定子内静止铁芯2间旋转。
所述定子内静止铁芯2的另一端通过轴承9与旋转铁芯7活动连接。
所述旋转铁芯7一端伸出后侧端盖8，旋转铁芯7与端盖8通过轴承9活动连接。
对于尺寸较小的电机，所述定子内静止铁芯2与磁调制环6能制一体，内静止铁芯上设有凹槽，所述永磁体5为柱状嵌入凹槽内。内静止铁芯2可以简化为如图3所示结构，柱状的永磁体5嵌与内静止铁芯中2。由于电机尺寸较小，旋转铁芯7只需通过一个轴承9与后侧端盖8连接，与磁调制环6及永磁体5之间没有机械接触。
定子铁芯41结构如图4所示，定子大齿沿圆周分布，按照永磁体磁5极数共分为左右两组，每一组的定子小齿完全一致。定子大齿的分布以及绕线方式与传统混合式步进电机的设计规律一致。定子铁芯41左右两侧之间的中心线与永磁体5磁极中心线相互垂直。以磁调制6环上下两个缺口中点为中心线，此中心线与定子铁芯41左右两侧之间的中心线重合。定子铁芯41、永磁体5和磁调制环6的相对位置关系如图5所示。
如图6所示，为了降低定子铁芯41轭部的厚度，永磁体5也可以变为多对极，同时磁调制环6也要根据永磁体极5数改变，如四极永磁体的磁调制环6和永磁体5。