CN1423398A

CN1423398A - 步进电动机

Info

Publication number: CN1423398A
Application number: CN02106045A
Authority: CN
Inventors: 李仁浩
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-06-11
Also published as: JP3675772B2; KR20030045330A; US20030102726A1; KR100443737B1; US6713936B2; JP2003169459A

Abstract

本发明提供步进电动机,本发明由以下结构形成:包括由具备复数个N、S极的圆柱形磁铁,以及一端结合磁铁的中心,并由轴承旋转支持的旋转轴形成的转子；按上述磁铁的轴向,侧部具备气隙,以环行卷线的复数个线圈；以及中央形成设置线圈的轴孔,配置与磁铁同心,外围按等间距分割延长,在磁铁的外径面具备气隙,形成相向配置的第一磁极齿的外部磁轭,以及一端以相同直径插入上述线圈的内围,另一端以较大直径扩展,与上述第一磁极齿交叉配置形成第二磁极齿的内部磁轭组成的圆柱状定子。

Description

步进电动机

技术领域

本发明公开一种步进电动机。本发明的目的在于，根据脉冲电流进行旋转的电动机，具备按轴方向配置磁铁和磁轭，线圈的一端绕磁铁的局部配置，从而使步时电动机小型化，以此来保障电动机稳定的驱动特性。

背景技术

一般的步进电动机为了检测旋转轴的位置，没有反馈，不但按一定的角度进行旋转，并停止时具有较高的正确度。它具有停止时与其他电动机相比可保留相当高的停止旋转效应，不需要另外的制动闸等位置维持构件，旋转速度与脉冲正比例，可以轻易控制的驱动特性。

因为此种特性，上述步进电动机主要使用于精密控制机器移动量，尤其是根据脉冲可进行数码控制，广泛用于小型精密电子机器中的驱动动力源。

例如，上述步进电动机不仅可以用于打印机打印头的打印位置控制，而且可以用于X-Y绘图仪的笔头控制或软盘等各种磁盘RAM的磁头位置控制、点钞机、密封机、电动打字机、传真机等多种电子机器的精密控制驱动源。

图1是根据过去技术出具的步进电动机的断面图，图2是根据过去技术出具的步进电动机的透视图，如图所示，步进电动机主要包括转子和定子。

转子由旋转轴s和磁铁m组成。此时的上述旋转轴s具有一定长度的输出端，并插入于结合第一、二机壳c1、c2的中心面的复数个轴承b中，按一个方向或逆方向旋转并支持。此种旋转轴s的一端外围设置磁铁m，此磁铁m呈圆柱状，其外围交叉磁化为N、S极。

另外，上述磁铁m与上述定子内围设置的线圈130、230间形成一定的气隙，并按对向配置而成，由于相互作用产生一定的磁场。

定子主要由圆柱状第一、二定子100、200组成，上述第一、二定子100、200按同轴配置结合组成，其内面设置有绕有线圈130、230卷线的第一、二磁轭110、210。

即，上述第一磁轭110的内面配置绕线架120，且绕线架120的外围卷绕有线圈130，与上述转子的磁铁m相对的内面交叉形成齿形绞合。

上述第二磁轭210与上述第一磁轭110相同，内面配置卷有线圈230的绕线架220，与上述转子的磁铁m对面的内面交叉形成齿形绞合。

另外，从图中看，在上述第一、第二定子100、200左右中心面中一体固定配置了旋转轴s，通过装有轴承b的第一、二机壳c1、c2可旋转并支持。

具有上述结构的过去式步进电动机，在第一、二定子100、200的上述线圈130、230中施加由外部输入的电流，上述上述线圈130、230、上述磁轭110、210、以及上述磁铁m的磁极之间形成磁场，此时通过磁场，使由磁铁m和旋转轴s组成的转子以第一、二定子100、200为中心，进行旋转。

但是，最近根据精密机器的小型化与薄型化趋势，此种精密机器中装载的步进电动机的微型化要求也越来越迫切。过去以旋转轴s为中心，其外围具有多个相互不同直径部件组成的结构，要求小型化是有限度的。

即，为了将过去式步进电动机小型化，不得已将磁铁m的直径和线圈130、230的直径缩短。根据如此结构组成的步进电动机由于磁铁m和线圈130、230的磁力降低而最终大大减小相互之间的磁场力。所以，电动机的大小越来越小，其输出性能也逐渐偏低，要求小型化是限度的。

发明内容

本发明是为解决上述问题而出具的，本发明的步进电动机中的磁铁和磁轭轴向设置，且线圈一端绕磁铁一部分配置，从而使步进电动机小型化，以改善其驱动特性。

为了达到上述目的出具的本发明，其特征为：包括：由具备复数个N、S极的圆柱形磁铁，以及一端结合磁铁的中心，并由轴承旋转支持的旋转轴形成的转子；按上述磁铁的轴向，侧部具备气隙，以环行卷线的复数个线圈；以及中央形成设置线圈的轴孔，配置与磁铁同心，外围按等间距分割延长，在磁铁的外径面具备气隙，形成相向配置的第一磁极齿的外部磁轭，以及一端以相同直径插入上述线圈的内围，另一端以较大直径扩展，与上述第一磁极齿交叉配置形成第二磁极齿的内部磁轭组成的圆柱状定子。

本发明中上述磁轭具备的特点为：上述磁轭包括沿轴向设置于磁铁两侧的第一磁轭和第二磁轭。

本发明中的上述第一磁极齿和第二磁极齿具备的特点为：第一磁极齿和第二磁极齿根据线圈中施加的电流方向，相互磁化为相反磁性。

本发明中的上述第一磁极齿和第二磁极齿具备的特点为：上述第一磁极齿与第二磁极齿彼此相对延伸扩展。

本发明中的上述第一磁轭和第二磁轭具备的特点为：上述第一磁轭和第二磁轭固定插入于具有圆柱状的外壳内围。

本发明中的上述第一磁极齿和第二磁极齿具备的特点为：上述第一磁极齿和第二磁极齿，以一定气隙相互配置。

为了达到上述目的出具的本发明的另一例，其特征为：包括：沿径向形成复数个N、S极的磁铁；按上述磁铁的轴向，侧部具备气隙，以环行卷线的复数个线圈；中央形成设置线圈的轴孔，配置与磁铁同心，外围按等间距分割延长，在磁铁的外径面具备气隙，形成相向配置的第一磁极齿的外部磁轭，以及一端以相同直径插入上述磁轭的内围，另一端以较大直径扩展，与上述第一磁极齿交叉配置形成第二磁极齿的内部磁轭组成的第一、二磁轭；插入上述第一、二磁轭的外围，起固定作用的外壳。

本发明中的上述第一磁极齿和第二磁极齿具备的特点为：第一磁极齿和第二磁极齿，根据线圈中施加的电流方向，相互磁化为相反磁性。

附图说明

图1为过去步进电动机的概略截面图；

图2为根据过去技术出具的步进电动机的透视图；

图3为根据本发明出具的步进电动机的截面图；

图4为根据本发明出具的步进电动机的剖视图；

图5和图6为根据本发明出具的步进电动机磁轭的激磁状态示意图。

●对于图纸中主要部分的符号说明

10、20：磁轭 11、21：外部磁轭

12、22：第一磁极齿 13、23：线圈

14、24：绕线架 15、25：内部磁轭

16、26：第二磁极齿 b1、b2：轴承

h：外壳 m：磁铁

s：旋转轴

具体实施方式

以下，根据本发明详细说明正确的示例。

图3是根据本发明图示步进电动机的截面图，图4是根据本发明图示步进电动机的剖视图。

如上述，步进电动机主要包括可旋转的转子和维持固定状态的定子。

转子为以定子为中心，进行旋转的输出构件，主要由旋转轴s和磁铁m构成。

上述旋转轴s在图纸中可看出，其结构为一端插入定子的中心，由复数个轴承b1、b2支持的，按正、逆方向进行旋转的结构。此种旋转轴s的外围上配置了具有N、S极的磁铁m。

上述磁铁m呈圆柱形，其中心为可轴向插入旋转轴s而形成的轴孔m1。如此结构的磁铁m的其外围按圆柱方向，交叉形成多数个N、S极，与后述的磁轭之间，通过相互作用产生磁场。

定子的结构包括：磁化为N、S极的磁轭；其磁轭的内面具备按环行状卷起来的线圈；外围具备卷有上述线圈的绕线架。

上述线圈可分为第一磁轭10和第二磁轭20的中间放置磁铁m，并配置于其两侧。如图3所示，沿磁铁m的轴向，左侧配置第一磁轭10，右侧配置第二磁轭20。此种第一磁轭10和第二磁轭20与磁铁m形成一定间隔的气隙，且形成同心，内面具备卷有线圈13、23的绕线架14、24。

上述第一磁轭10由外部磁轭11和内部磁轭15组成。此时的上述外部磁轭11中央配置按一定大小的孔11’形成的圆柱状，其内面配置卷有线圈13的圆柱状绕线架14。此外部磁轭11与磁铁m形成同心，其外围等间隔分割延长，在磁铁m的外围形成气隙，形成对向的第一磁极齿12。此时的上述第一磁极齿12根据线圈13中施加的电流方向，磁化为N极或S极，通过与磁铁m的相互作用，产生磁场。

另外，上述内部磁轭15中具备比旋转轴s的直径大的轴槽(没有符号)形成的插入部15’，其插入部15’在图纸中所观察，通过绕线架14的内围，插入于外部磁轭11的插孔11’中。插入部15’的一端是直径扩张的形状，与外部磁轭11一同，掐断线圈13的一部分，其外围与第一磁极齿12交叉多数个第二磁极齿16。

此时，上述第一磁极齿12和第二磁极齿16相互形成一定气隙，根据线圈13中施加的电流方向磁化为相反磁性。即，第一磁极齿12磁化为N极时，第二磁极齿16则磁化为S极；相反，第一磁极齿12磁化为S极时，第二磁极齿16则磁化为N极。

上述第二磁轭20的结构与第一磁轭10相同，以上述磁铁m为中心，对向配置。即，上述第二磁轭20由外部磁轭21和内部磁轭25组成。此时的上述外部磁轭21中央配置按一定大小的孔21’形成的圆柱状，其内面配置由卷有线圈23的圆柱状绕线架24。此外部磁轭21与磁铁m形成同心，其外围等间隔分割延长，在磁铁m的外围形成气隙，形成对向的第一磁极齿22。此时的上述第一磁极齿22与上述的第一磁轭10中的第一磁极齿12按相对的方向进行延长，根据线圈23中施加的电流方向，磁化为N极或S极。

另外，上述第二磁轭20的内部磁轭25具备可插入于外部磁轭21插孔21’的圆桶状插入部15’，其插入部15’的一端直径扩张时，形成等间隔分割延长的第二磁极齿26。此时的第二磁极齿26与外部磁轭21的第一磁极齿12交叉配置，根据上述线圈23中施加的电流方向，磁化为S极或N极。

上述未说明符号b1、b2为插入上述第一磁轭10及第二磁轭20的中心面，可支持旋转旋转轴s的轴承，符号h是插入于上述第一磁轭10和第二磁轭20的外围，将起固定作用的圆柱状外壳。

具有如此结构的，根据本发明出具的步进电动机的驱动说明如下。

首先，图5及图6图示的是，根据本发明出具的步进电动机中第一磁轭的外部磁轭和内部磁轭磁化状态，如图显示，根据线圈13中施加的电流方向，外部磁轭11及内部磁轭15将磁化为相反磁性。

即，外部磁轭中11的第一磁极齿12磁化为N极时，内部磁轭15中的第二磁极齿16则磁化为S极；相反，外部磁轭中11的第一磁极齿12磁化为S极时，内部磁轭15中的第二磁极齿16则磁化为N极。

相同，虽然未图示，第二磁轭也根据线圈中施加的电流方向，外部磁轭及内部磁轭将磁化为其他磁性。

具有上述结构的步进电动机，根据第一磁轭10及第二磁轭20的各线圈13、23中施加的电流，第一磁轭10及第二磁轭20将产生磁化现象。此状态中组成的第一、二磁轭10、20的外部磁轭11、21和内部磁轭15、25具有相对应的磁性，结果，上述磁铁m和第一磁极齿12、22及第二磁极齿16、26之间产生磁场。此时通过磁场，由磁铁m和旋转轴s形成的转子以定子为中心，进行旋转。

如上述，当改变线圈13、23中所施加的电流方向，外部磁轭11、21和内部磁轭15、25的磁性将发生变化，此时的上述第一、二磁极齿12、22的磁性和磁铁m中的磁性之间产生的磁场，磁铁m开始旋转。

即，根据磁化的顺序，转子的磁铁m形成一定角度的旋转，磁化状态发生变化时也形成旋转。而且，在磁化过程中，若线圈中通过电流时，外部磁轭11、21和内部磁轭15、25中不发生磁性变化，磁铁m维持一定位置。

上述示例仅仅是本发明的正确示例之一，本发明的适用范围没有限制与此，在统一的思想范围内均可变化适用的。例如，将本发明示例中所显示的各结构要素和形状及结构均可变形适用的。

具有上述结构和作用的，根据本发明出具的步进电动机，按磁铁的轴方向两侧配置磁轭，具有两个不同磁性的磁极齿组成的外部磁轭和内部磁轭，形成缠绕状，减少电动机整体厚度，保障稳定的输出性能。

尤其是，具有如此结构的电动机的小型化设计，可增强设计自由度。

Claims

1.一种步进电动机，其特征在于包括：由具备复数个N、S极的圆柱形磁铁，以及一端结合磁铁的中心，并由轴承旋转支持的旋转轴形成的转子；按上述磁铁的轴向，侧部具备气隙，以环行卷线的复数个线圈；以及中央形成设置线圈的轴孔，配置与磁铁同心，外围按等间距分割延长，在磁铁的外径面具备气隙，形成相向配置的第一磁极齿的外部磁轭，以及一端以相同直径插入上述线圈的内围，另一端以较大直径扩展，与上述第一磁极齿交叉配置形成第二磁极齿的内部磁轭组成的圆柱状定子。

2.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征在于：上述磁轭包括沿轴向设置于磁铁两侧的第一磁轭和第二磁轭。

3.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征在于：第一磁极齿和第二磁极齿，根据线圈中施加的电流方向，相互磁化为相反磁性。

4.根据权利要求2所述的步进电动机，其特征在于：上述第一磁极齿与第二磁极齿彼此相对延伸扩展。

5.根据权利要求2所述的步进电动机，其特征在于：上述第一磁轭和第二磁轭，固定插入于具有圆柱状的外壳内围。

6.根据权利要求2所述的步进电动机，其特征在于：上述第一磁极齿和第二磁极齿，以一定气隙相互配置。

7.一种步进电动机，其特征在于包括：沿径向形成复数个N、S极的磁铁；按上述磁铁的轴向，侧部具备气隙，以环行卷线的复数个线圈；中央形成设置线圈的轴孔，配置与磁铁同心，外围按等间距分割延长，在磁铁的外径面具备气隙，形成相向配置的第一磁极齿的外部磁轭，以及一端以相同直径插入上述线圈的内围，另一端以较大直径扩展，与上述第一磁极齿交叉配置形成第二磁极齿的内部磁轭组成的第一、二磁轭；插入上述第一、二磁轭的外围，起固定作用的外壳。

8.根据权利要求7所述的步进电动机，其特征在于：第一磁极齿和第二磁极齿，根据线圈中施加的电流方向，相互磁化为相反磁性。

9.根据权利要求7所述的步进电动机，其特征在于：上述第一磁极齿和第二磁极齿，以一定气隙相互配置。