[发明专利]具有磁性增强和散热壳体的混合步进电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机，特别涉及一种磁辅助的混合步进电机。

背景技术

一般地，混合步进(hybrid stepping)或混合步进器(hybrid stepper)电机包括向外伸出的转子，周缘间隔的转子齿，其与向内伸出的周缘间隔的定子齿互相配合。定子齿形成或设置在周缘间隔向内伸出的定子柱上，这样使得在一个柱上的定子齿可与相对的转子齿对齐，同时邻近柱上的齿部分地与相应的相对转子齿未对齐。下一个周缘间隔的柱上的定子齿与相对的转子齿之间的空间或缝隙对齐。转子/定子齿对齐状况与相应的相对极性扇形体相反。

众所周知，在定子齿之间或定子齿与转子齿之间插入永久磁性材料来增加混合步进电机的效率和扭矩。用此方式增强的混合步进电机具有改善的扭矩密度和扭矩线性度。扭矩产生的改善量可超过未增强的混合步进电机的15％至103％之间。峰值电流水平越高，通过增强得到的优点越大。

传统地，增强的混合步进电机和具有与齿的上表面平齐的磁铁一齐制造。虽然这提供最好的性能，但是由于用于磁铁的稀土金属磁性材料非常硬而制造困难，并且必须小心地加工避免破损。此外，磁铁的平齐不允许腐蚀保护涂层施加到磁铁上，因为涂层在加工过程中不会保存下来。加工过程典型地要求在定子上，为了控制高性能混合步进电机中的较小的空气缝隙。

在过去，由于未增强的混合步进电机的差的扭矩线性度特性，混合步进电机被认为“远离面板”，即不安装到散热片上。换句话说，电机产生的扭矩与施加到电机上的电流没有线性关系。结果，传统的未增强的混合步进电机的制造者没有设计影响电机的散热能力的电机。在过去，配备未增强的混合步进电机来消散更多热没有显著地改善扭转输出，这是由于高度的非线性(在未增强的电机中由磁通量饱和的齿造成)。输入更大电流来产生更大扭矩很大程度上导致仅仅产生更多的热。

发明内容

本发明涉及一种混合步进电机，其包括铝壳体，设置在壳体内且具有许多柱的定子。齿形成在每个定子柱上，且被槽彼此隔开。磁铁插入槽内到达距离定子齿上表面的预定深度。该电机还包括被设置成与定子共轴的转子。齿也形成在转子上与定子齿相对。转子齿与定子齿配合能够使转子相对定子旋转。铝端盖(aluminum endbell)在一侧连接到壳体且被设置成在另一侧连接到面板。

附图说明

图1是本发明一个实施例的混合步进电机的透视图；

图2是图1的混合步进电机沿图1中所示线2-2的剖面图；

图3是图1的混合步进电机沿图2中所示线3-3的剖面图；

图4是设置在图3的定子上的柱的视图；

图5是具有与齿表面平齐和次平齐的增强磁铁的混合步进电机产生的扭矩比图；以及

图6是由增强和未增强的电机构造的混合步进电机在各种电流下产生的扭矩图。

具体实施方式

宽泛地讲，本发明涉及一种混合步进电机，其包括设置在定子和/或转子的齿之间的间隙内的永久磁体，用于增强电机的扭矩线性度和扭矩输出。磁铁从齿表面被向后设置或者以离开齿表面一预定距离次平齐，从而可实现合理的性能增益，同时得到不是必须加工由非常硬的稀土磁性材料组成的磁体的制造优点。因为磁铁从齿表面被向后设置，腐蚀保护涂层能施加到磁铁的表面。所述混合步进电机还设置在铝壳体内，用于改善热转移以利用该增强提供的扭矩线性度的较大改善。

现在转到图1-3，根据本发明的一个实施例的混合步进电机10包括转子12，其被设置在定子14内且在其中旋转。转子12和定子14设置在壳体16内。壳体16的前端连接到前端盖(front endbell)18的一端，前端盖18的相对端安装到面板20。轴22连接到转子12以随其旋转，且穿过壳体16和面板20而伸出。壳体16的另一端连接到后端盖(rear endbell)24。轴承26安装转子12和轴22使其在壳体16内可旋转。

如图2所示，转子12包括可被磁化而呈现北极磁化的前转子扇形体28和呈现南极磁化的后转子扇形体30。磁铁29设置在前后转子扇形体28、30之间。如图3所示，前转子扇形体28具有50个圆周间隔的齿32，在转子扇形体28的整个圆周上其径向向外突出且被隔开。齿32沿转子的轴向方向纵向延伸。显示的齿32的数目仅是例子，且可使用具有不同齿数的柱。转子齿32的数目由要达到的步进角度决定(例如，50个齿×2相×2相＝每转200步)。在示出的例子中，角或圆周齿距，即在邻近的转子齿32上的相似点之间的角距离为7.2度。这使得在2相位电机的情况下完整步进角为1.8度。