步距角电机的制作方法

5
°

1.本实用新型属于混合式步进电机技术领域，特别涉及一种5
°
步距角电机。


背景技术：

2.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动转子按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
3.目前常见的小功率步进电机的转子上共有50个齿，其齿距角为360
°
/50＝7.2
°
，定子每个极距所占的齿数都不是整数，因此当定子的a相通电时，a相绕组的磁极1的5个齿与转子齿对齿，而旁边的b相绕组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位，即1.8
°
。由于现有的小功率步进电机每步仅走1.8
°
，所以电机旋转一圈需要驱动器给定子的绕组(或线圈)200个脉冲信号，如果电机每分钟转1500转，那么步进电机的驱动器每分钟就需要300000个脉冲。每分钟脉冲数越高，对步进电机的驱动器的元件的工作频率要求越高。步进电机的运行频率越高，定子的铁损就越大，同时降低了步进电机的输出转矩。
4.因此，有必要提供一种可减少驱动器所需要的脉冲数量的步进电机。


技术实现要素：

5.为了至少解决上述的现有技术中的小功率步进电机在高频运行时定子铁损高的问题，本实用新型提供如下技术方案：一种5
°
步距角电机，所述电机包括：定子铁芯、转子铁芯和绕组；
6.所述转子铁芯与所述定子铁芯同心设置且位于所述定子铁芯的内侧，所述转子铁芯的外壁上沿圆周均匀设置有18个转子齿；
7.所述定子铁芯的内壁沿圆周均匀设置有8个定子轭；
8.每个所述定子轭的自由端均设置有2个定子齿；
9.所述绕组沿所述定子轭绕制。
10.优选的，所述转子铁芯和所述定子铁芯之间具有间隙，所述绕组通电时，所述间隙形成气隙磁场。
11.优选的，多个所述绕组依次沿a-b-c-d-a相序通电，当所述a相绕组通电时，所述a相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿对齿，所述b相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿有1/4齿距的错位角，所述c相绕组所在的定子轭与一个所述转子齿相对，所述d相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿有3/4齿距的错位角。
12.优选的，所述转子齿的齿距为20
°
。
13.优选的，即将通电的相序下所述绕组所在的定子轭与所述气隙磁场的磁力中心线相差5
°
。
14.优选的，所述电机为四相步进电机。
15.优选的，在电磁力的作用下，所述转子铁芯以5
°
步距角旋转。
16.优选的，所述定子齿的数量为16个。
17.优选的，所述转子铁芯通过转轴可旋转地位于所述定子铁芯的内侧。
18.优选的，所述转子铁芯和所述定子铁芯均由硅钢片制成。
19.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
20.本技术的定子齿有16个，转子齿有18个，当电机的绕组按照一定的相序规律通电时，通电的相序下的绕组所在的定子轭上的定子齿与一对转子齿对齿，其余的相序的绕组所在的定子轭上的定子齿均与转子齿具有一定的错位角，并且即将通电的相序下的绕组所在的定子轭上的定子齿与转子齿之间形成1/4个转子齿的齿距的错位角，从而使电机始终以5
°
的步进角运行，相比现有技术的小功率的步进电机以1.8
°
步距角运行，本技术的步距角电机的步距角变大，同样是电机旋转一圈，驱动器所需要的脉冲数量越少，从而降低了定子铁芯的铁损，并且提高了电机在高频运行时的效率。
附图说明
21.图1为本实用新型实施例提供的一种5
°
步距角电机在a相通电时的工作原理示意图；
22.图2为本实用新型实施例提供的一种5
°
步距角电机在b相通电时的工作原理示意图；
23.图3为现有技术提供的一种1.8
°
步距角电机在a相通电时的工作原理示意图；
24.图4为现有技术提供的一种1.8
°
步距角电机在b相通电时的工作原理示意图；
25.图中：1、定子铁芯；101、定子轭；102、定子齿；2、转子铁芯；201、转子齿；3、绕组；301、a相绕组；302、b相绕组；303、c相绕组；304、d相绕组。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
27.在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.请参阅图1-2，本实用新型提供一种5
°
步距角电机，电机包括：定子铁芯1、转子铁芯2和绕组3。
29.转子铁芯2与定子铁芯1同心设置，转子铁芯2安装在定子铁芯1的内侧，转子铁芯2的外壁上沿圆周均匀设置有18个凹槽以形成18个转子齿201，即18个转子齿201沿360
°
均匀分布，如此使得转子齿201的齿距(即机械角度)为20
°
。定子铁芯1的内壁沿圆周均匀设置有8个定子轭101(也称定子大齿)，即定子大齿的齿距(即机械角度)为45
°
，45/
°
20
°
＝2.25。每
个定子轭101的自由端均设置有2个定子齿102(也就是定子小齿)，即定子齿102的总数量为16个。绕组3沿定子轭101绕制，最终形成8个绕组3。由于定子齿102与转子齿201的数量不是一一对应关系，因此，当电机的绕组3按照一定的相序规律通电时，通电的相序下的绕组3所在的定子轭101上的一对定子齿102与一对转子齿201相对(对齿)，其余的相序的绕组3所在的定子轭101上的定子齿102均与转子齿201具有一定的错位角，并且即将通电的相序下的绕组3所在的定子轭101上的定子齿102与转子齿201之间的错位角即为电机的旋转步进角。具体的，电机的旋转步进角为(45/
°
20
°‑
2)*20
°
＝5
°
，也就是电机以1/4个的转子齿201的齿距旋转，即电机通电时，定子铁芯1的中心线与转子铁芯2的磁力中心线相差5
°
，从而实现了电机以5
°
步进角度旋转，这样电机旋转一圈所需要接收的脉冲数量相比现有的小功率步进电机减少了，也就有效减少了定子铁芯1的铁损，同时增大了步进电机的输出转矩。需要说明的是，在某一个位置，电机的磁场的磁力线全部垂直于转子铁芯2的轴心线，而没有轴向分量，这个位置就称为磁力中心线。
30.本技术的电机为四相步进电机，多个绕组3依次沿a-b-c-d-a相序通电。参照图1所示，当a相绕组301通电时，a相绕组301所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201对齿(即a相绕组301所在的定子轭101上的两个定子齿102的中心线与两个转子齿201的中心线在同一直线上，同时可以理解为a相绕组301所在的定子轭101与两个转子齿201的中心线在同一直线上)，b相绕组302所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201有1/4齿距的错位角，c相绕组303所在的定子轭101与一个转子齿201相对(即c相绕组303所在的定子轭101与一个转子齿201在同一直线上)，d相绕组304所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201有3/4齿距的错位角。同理(参照图2所示)，当b相绕组302通电时，b相绕组302所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201对齿(即b相绕组302所在的定子轭101与两个转子齿201的中心线在同一直线上)，c相绕组303所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201有1/4齿距的错位角，d相绕组304所在的定子轭101与一个转子齿201相对(即d相绕组304所在的定子轭101与一个转子齿201在同一直线上)，a相绕组301所在的定子轭101上的两个定子齿102与两个转子齿201有3/4齿距的错位角。随着电机(具体指转子铁芯2)不断旋转，c相绕组303和d相绕组304依次通电，原理相同，此处不再赘述。需要说明的是，由于转子齿201的齿距(即机械角度)为20
°
，1/4齿距即为5
°
，3/4齿距即为15
°
。需要说明的是，对于任一相的绕组3如何与电源连接，不是本实施例的设计重点，所以本实施例不对其进行限定，采用本领域常用的技术手段实现即可。
31.上述的转子铁芯2和定子铁芯1之间具有间隙，当绕组3通电时，电机的磁场便存在于该间隙内，即为气隙磁场。进一步的，即将通电的相序下绕组3所在的定子轭101与气隙磁场的磁力中心线相差5
°
，也就是说当电机的绕组3以a-b-c-d-a相序通电时，在电磁力的作用下，转子铁芯2始终以5
°
步距角旋转。
32.上述转子铁芯2的具体安装方式的实施例，转子铁芯2通过转轴可旋转地位于定子铁芯1的内侧，即在转子的磁力中心线处，电机的磁场的磁力线全部垂直于转轴，使得电机的轴向定位靠转子铁芯2的磁力中心线。
33.转子铁芯2和定子铁芯1均由硅钢片制成，如此转子铁芯2、定子铁芯1以及两者之间的间隙(即气隙)共同构成电机的整个磁路。本实施例不对转子铁芯2和定子铁芯1的具体制作工艺进行限定，采用本领域的常用技术手段即可。
34.上述的步距角电机，还包括：驱动器。具体的，驱动器与绕组3信号连接，驱动器接收脉冲信号(电流)后，将脉冲信号输入给绕组3，进而驱动转子铁芯2旋转，实现对电机的转动速度的控制。驱动器作为现有技术，采用本领域的常用技术手段制得即可，本实施例不对驱动器的具体结构进行限定。
35.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

技术特征：
1.一种5
°
步距角电机，其特征在于，所述电机包括：定子铁芯、转子铁芯和绕组；所述转子铁芯与所述定子铁芯同心设置且位于所述定子铁芯的内侧，所述转子铁芯的外壁上沿圆周均匀设置有18个转子齿；所述定子铁芯的内壁沿圆周均匀设置有8个定子轭；每个所述定子轭的自由端均设置有2个定子齿；所述绕组沿所述定子轭绕制。2.根据权利要求1所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述转子铁芯和所述定子铁芯之间具有间隙，所述绕组通电时，所述间隙形成气隙磁场。3.根据权利要求2所述的5
°
步距角电机，其特征在于，多个所述绕组依次沿a-b-c-d-a相序通电，当所述a相绕组通电时，所述a相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿对齿，所述b相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿有1/4齿距的错位角，所述c相绕组所在的定子轭与一个所述转子齿相对，所述d相绕组所在的定子轭上的两个定子齿与两个所述转子齿有3/4齿距的错位角。4.根据权利要求3所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述转子齿的齿距为20
°
。5.根据权利要求3所述的5
°
步距角电机，其特征在于，即将通电的相序下所述绕组所在的定子轭与所述气隙磁场的磁力中心线相差5
°
。6.根据权利要求1所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述电机为四相步进电机。7.根据权利要求5所述的5
°
步距角电机，其特征在于，在电磁力的作用下，所述转子铁芯以5
°
步距角旋转。8.根据权利要求1所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述定子齿的数量为16个。9.根据权利要求1所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述转子铁芯通过转轴可旋转地位于所述定子铁芯的内侧。10.根据权利要求1所述的5
°
步距角电机，其特征在于，所述转子铁芯和所述定子铁芯均由硅钢片制成。

技术总结
本实用新型公开了一种5


技术研发人员：杨镜 李雨 朱志强 曹德伟 宋振民
受保护的技术使用者：上海微电机研究所（中国电子科技集团公司第二十一研究所）
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/7/23