[发明专利]一种径向磁通混合式步进电机

说明书

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。