专利名称：同心三驱动轴微型步进电机的制作方法
技术领域：
同心三驱动轴微型步进电机技术领域[0001]本实用新型涉及一种仪表用微型步进电机，特别涉及一种具有同心结构的三个 驱动轴的仪表用微型步进电机。
背景技术：
[0002]公知的仪表用步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的机电部件，步进电 机每接收一个脉冲信号，其转轴就转动一步，转轴的角位移与脉冲数成正比，转速与脉 冲频率成正比，利用转动轴带动仪表指针，具有响应速度快、开环控制简单、无积累误 差、使用寿命长等优良特性。公知的仪表用步进电机有单驱动轴和双驱动轴两种类型， 但是在实际的应用当中，却常常需要同心三驱动轴的仪表用步进电机，例如数字式指针 钟表需要同时指示时钟、分钟和秒钟的指针，一些多参数的数字化仪表，也需要同时指 示实时测得的温度、湿度和压力参数，可见具有同心结构的三个驱动轴的微型步进电机 在数字指针仪表领域应用相当广泛。发明内容[0003]技术问题[0004]现有的仪表用步进电机主要存在以下问题[0005]1、公知的仪表用步进电机一般包含一个或两个驱动轴，但不具备两元以上的指 针运动控制能力，指针部件之间的兼容性较差，系统集成度低，仅仅适于简单的指示单 值物理量或指示双值物理量的仪表。[0006]2、现有双轴步进电机包含两个驱动装置，驱动装置之间采用平行方式放置，将 导致仪表用步进电机壳体体积加大，不适于应用在具有严格空间限制的小型仪表上。[0007]3、背景资料中已经介绍过，超过两个驱动轴的多轴仪表用步进电机应用非常广 泛，然而，由于磁路的交叉影响和结构上布局的原因，至今尚没有出现过一种具有本实 用新型所述特征的同心三驱动轴微型步进电机。[0008]技术方案[0009]据此，本实用新型提出了一种采用同心结构的三驱动轴微型步进电机的实施方 案[0010]所述的同心三驱动轴微型步进电机，包括面盖、底壳、转动轴组、转轴驱动机 构组、固定板、屏蔽罩，其转动轴组包括内轴、中轴、外轴三根输出轴，其转轴驱动机 构组包括内轴驱动机构、中轴驱动机构、外轴驱动机构，分别驱动内轴、中轴和外轴， 其内轴为圆柱形实心轴，所述中轴和外轴为圆柱形塑料套筒，所述内轴、中轴和外轴同 轴心嵌套，从面盖轴孔处同心伸出，中轴套在内轴的外部，外轴套在中轴的外部，内轴 伸出轴孔的长度大于中轴的伸出长度，中轴伸出轴孔的长度大于外轴的伸出长度，各驱 动轴具有相同的轴心且互不接触。[0011]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其固定板为一块塑料板，内轴驱动机构和中轴驱动机构安装在固定板的背面一侧，外轴驱动机构安装在固定板的正面，内轴驱动 机构与中轴驱动机构在水平方向相向安装，外轴驱动机构与内轴驱动机构及中轴驱动机 构在水平方向是正交安装，内轴和中轴由固定板的背面侧穿过固定板中央的轴孔，向面 盖轴孔的面盖凸台处伸出，外轴由固定板的正面向面盖轴孔的面盖凸台处伸出。[0012]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其内轴驱动机构、中轴驱动机构、外轴驱 动机构结构相同，包括定子铁芯、永磁转子、复合齿轮、输出齿轮、线圈骨架，线圈骨 架固定在定子铁芯上，线圈骨架上引出与两相线圈连接的控制引脚，控制引脚穿过底壳 至步进电机外部，永磁转子与复合齿轮咬合，复合齿轮与输出齿轮咬合，转动轴安装在 输出齿轮上，与输出齿轮紧密接合。[0013]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其屏蔽罩为横截面与固定板形状相同的金 属罩，屏蔽罩上开有四个屏蔽罩螺丝孔，其封闭端面上开有轴孔并与固定板的背面紧密 贴合，屏蔽罩与底壳相互结合形成了一个封闭空间，内轴驱动机构和中轴驱动机构安装 在封闭空间内，紧贴屏蔽罩封闭端面固定，内轴和中轴先后穿过屏蔽罩轴孔和固定板轴 孔。[0014]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其固定板上开有四个固定板螺丝孔，屏蔽 罩上开有四个屏蔽罩螺丝孔，底壳内表面上设置有四个螺丝座，其中固定板螺丝孔、屏 蔽罩螺丝孔和底壳螺丝座的位置相对，固定板、屏蔽罩和底壳三者通过螺丝固定在一 起。[0015]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其面盖轴孔的外侧设置了一个用于保护转 动轴组的环形面盖凸台，面盖凸台与内轴、中轴、外轴转动轴组之间互不接触。[0016]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其内轴驱动机构的输出齿轮的下端面上设 置有一个内轴限位凸块，底壳的内表面上设置有一个底壳限位挡块，底壳的内表面中心 位置设置有一个底壳限位孔，内轴限位凸块与底壳限位挡块装置于同一水平圆周内，内 轴的底端插入底壳限位孔内，底壳限位挡块与底壳限位孔的位置固定，内轴限位凸块随 输出齿轮转动，底壳限位挡块和底壳限位孔限制输出齿轮及与其接合的内轴的转动角 度。[0017]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其外轴驱动机构输出齿轮的上端面上设置 有一个外轴限位凸块，面盖的内表面上设置有一个面盖限位挡块和一个环形的面盖限位 槽，外轴限位凸块面盖的限位挡块卡于环形的面盖限位槽内，面盖限位挡块和面盖限位 槽的位置固定，外轴限位凸块随输出齿轮转动，面盖限位挡块和环形的面盖限位槽限制 输出齿轮和与其接合的外轴的转动角度。[0018]技术效果[0019]本实用新型所提出的同心结构的同心三驱动轴微型步进电机具有如下的有益效 果[0020]1、本实用新型充分利用仪表步进电机内的空间位置，采用叠放的方式在同一个 步进电机内部集成了三个驱动机构，突破了传统步进电机的单驱动轴的局限，实现了在 小尺度空间内同心三个指针作园周偏转运动控制，具有高集成度，适用于需要指示三个 物理量的数字化指针式仪表。[0021]2、本实用新型的巧妙之处是，充分利用仪表步进电机内的空间位置，通过金属屏蔽罩结构分隔三个独立指针驱动机构，从而有效地屏蔽了驱动机构磁场之间的互扰效 应，克服了相邻磁场之间的相互干扰，并以上下层叠方式在固定板的两侧集成了三个独 立的转轴驱动机构，在结构上实现了同心三个驱动轴输出的三指针运动控制。 3、本实用新型所述的同心三驱动轴微型步进电机，特别适于同心的三指针仪表 驱动，可广泛应用于多参数测量的指针式数字控制仪表。
[0023]图1同三驱动轴微型步进电机外观图；[0024]图2同三驱动轴微型步进电机正向分解图；[0025]图3同三驱动轴微型步进电机正向侧拆图；[0026]图4同三驱动轴微型步进电机倒置分解图；[0027]图5同三驱动轴微型步进电机驱动机构顶视图[0028]图6同三驱动轴微型步进电机驱动机构底视图[0029]图7同三驱动轴微型步进电机驱动机构侧视图[0030]图8同三驱动轴微型步进电机驱动机构架构图[0031]图9同三驱动轴微型步进电机驱动机构底视图[0032]图10同心—Ξ驱动轴微型步进电机外壳内视图。[0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046]标号说明 1面盖 3固定板 5内轴驱动机构 7外轴驱动机构2底壳 4屏蔽罩6中轴驱动机构 8内轴9中轴 11面盖凸台 13永磁转子 15输出齿轮 17控制引脚 3A固定板螺丝孔 8A内轴限位凸块10外轴12定子铁芯 14复合齿轮 16线圈骨架 2A螺丝座4A屏蔽罩螺丝孔 IOA外轴限位凸块8B底壳限位挡块IOB面盖限位挡块 8C底壳限位孔 IOC面盖限位槽具体实施方式
[0047]
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。[0048]本实用新型同心三驱动轴微型步进电机的外观如图1所示，包括面盖1、底壳 2、转动轴组、转轴驱动机构组、固定板3、屏蔽罩4，其转动轴组包括内轴8、中轴9、 外轴10三根输出轴，其转轴驱动机构组包括内轴驱动机构5、中轴驱动机构6、外轴驱动 机构7，分别驱动内轴8、中轴9和外轴10，其内轴8为圆柱形实心轴，中轴9和外轴10 为圆柱形塑料套筒，所述内轴8、中轴9和外轴10同轴心嵌套，从面盖1轴孔的处同心伸出，中轴9套在内轴8的外部，外轴10套在中轴9的外部，内轴8伸出轴孔的长度大于 中轴9的伸出长度，中轴9伸出轴孔的长度大于外轴10的伸出长度，各驱动轴具有相同 的轴心且互不接触。[0049]所述的同心三驱动轴微型步进电机，其固定板3为一块塑料板，内轴驱动机构5 和中轴驱动机构6安装在固定板3的背面一侧，外轴驱动机构7安装在固定板3的正面， 内轴驱动机构5与中轴驱动机构6在水平方向相向安装，外轴驱动机构7与内轴驱动机构 5及中轴驱动机构6在水平方向是正交安装，内轴8和中轴9由固定板3的背面侧穿过固 定板3中央的轴孔，向面盖1轴孔的面盖凸台11处伸出，外轴10由固定板3的正面向面 盖1轴孔的面盖凸台11处伸出。[0050]所述的同心三驱动轴微型步进电机的面盖1和底壳2以锁扣方式结合，构成微型 步进电机的壳体，面盖1上开有一个轴孔，转动轴组从轴孔的面盖凸台11处伸出。转动 轴用于驱动指针指示物理量，转动轴组能够同时驱动三个指针，分别指示三个不同的物 理量。面盖1的轴孔处设置了一个环形面盖凸台11，面盖凸台11与转动轴组互不接触， 用于保护转动轴组不受损坏。底壳2的外部引出了多个与各个控制机构线圈连接的控制 引脚17，控制引脚17主要用于接收脉冲信号以控制各个转轴驱动机构的运行。底壳2外 部还设置有四个圆柱形定位脚，用于安装固定步进电机。[0051]本实用新型同心三驱动轴微型步进电机的内部结构还包括固定板3、屏蔽罩4以 及控制转动轴组内轴驱动机构5、中轴驱动机构6和外轴驱动机构7。内轴驱动机构5、 中轴驱动机构6和外轴驱动机构7的结构相同，其安装方式如图5至图9所示，内轴驱动 机构5和中轴驱动机构6安装在固定板3的背面侧，外轴驱动机构7安装在固定板3的正 面，内轴驱动机构5与中轴驱动机构6的水平方向一致，外轴驱动机构7的水平方向和内 轴驱动机构5及中轴驱动机构6的水平方向正交。[0052]所述相同的驱动机构包括定子铁芯12、永磁转子13、复合齿轮14、输出齿轮 15、线圈骨架16，永磁转子13与复合齿轮14咬合，复合齿轮14与输出齿轮15咬合， 转动轴安装在输出齿轮15上，与输出齿轮15紧密接合，线圈骨架16固定在定子铁芯12 上，线圈骨架16上引出与两相线圈连接的控制引脚(17)，各个控制引脚(17)穿过底壳 (2),伸出至微型步进电机外部。[0053]所述屏蔽罩4为横截面与固定板3形状相同的金属罩，屏蔽罩4上开有四个屏蔽 罩螺丝孔4A，其封闭端面上开有轴孔并与固定板3的背面紧密贴合，屏蔽罩4与底壳2 相互结合形成了一个封闭空间，内轴驱动机构5和中轴驱动机构6安装在封闭空间内，紧 贴屏蔽罩4封闭端面固定，内轴8和中轴9先后穿过屏蔽罩4轴孔和固定板3轴孔。固 定板3上设置有四个固定板螺丝孔3A，屏蔽罩4上设置有四个屏蔽罩螺丝孔4A，底壳 2内表面上设置有四个螺丝座2A，固定板螺丝孔3A、屏蔽罩螺丝孔4A和底壳螺丝座2A 三者的位置相对，固定板3、屏蔽罩4和底壳2三者通过螺丝固定在一起。[0054]面盖1与底壳2的内视结构如图10所示，所述内轴驱动机构的输出齿轮15的下 端面上设置有一个内轴限位凸块8A，底壳2的内表面上设置有一个底壳限位挡块8B，底 壳2的内表面中心位置设置有一个底壳限位孔8C，内轴限位凸块8A与底壳限位挡块8B 装置于同一水平圆周内，内轴8的底端插入底壳限位孔8C内，底壳限位挡块8B与底壳 限位孔8C的位置固定，内轴限位凸块8A随输出齿轮15转动，底壳限位挡块8B和底壳限位孔8C限制输出齿轮15及与其接合的内轴8的转动角度，即限制内轴8不能360°团团转动。[0055]面盖1的限位结构与底壳2相似，所述外轴驱动机构输出齿轮15的上端面上设 置有一个外轴限位凸块10A，面盖1的内表面上设置有一个面盖限位挡块IOB和一个环形 的面盖限位槽10C，外轴限位凸块IOA与面盖限位挡块IOB卡于环形的面盖限位槽IOC 内，面盖限位挡块IOB和面盖限位槽IOC的位置固定，外轴限位凸块IOA随输出齿轮15 转动，面盖限位挡块IOB和环形的面盖限位槽IOC限制输出齿轮15和与其接合的外轴10 的转动角度，即限制外轴10不能360°团团转动。[0056]转轴驱动机构主要利用电磁原理工作，各个转轴驱动机构的两相线圈为产生周 期变化磁场的电流载体，周期变化的磁场可推动永磁转子13转动，进而推动整个驱动机 构运行。内、中、外转轴驱动机构按层叠的方式安装在固定板3的两个侧面，并以屏蔽 罩4隔离，该安装方式有效地减小了各驱动机构之间的磁场互扰，提高了转动轴的运动 控制精度。[0057]综上所述，本实用新型提出了一种具有同心三个驱动轴的微型步进电机，该微 型步进电机的巧妙之处是，充分利用了微型步进电机内部的狭小空间位置，内、中、外 驱动机构分两组安装在固定板的正面与背面，以上下层叠方式安装，通过金属屏蔽罩结 构分隔开来三个独立指针驱动机构，有效地屏蔽了各个驱动机构磁场之间的相互干扰， 在结构上实现了同心三驱动轴输出的三指针园周偏转控制，其体积小巧，集成度高，可 广泛应用于同时需要指示三个物理量的数字化指针式仪表。
权利要求1.一种同心三驱动轴微型步进电机，包括面盖(1)、底壳O)、转动轴组、转轴驱 动机构组、固定板(3)、屏蔽罩0)，其转动轴组包括内轴(8)、中轴(9)、外轴(10)三 根输出轴，其转轴驱动机构组包括内轴驱动机构(5)、中轴驱动机构(6)、外轴驱动机构(7)，分别驱动内轴(8)、中轴(9)和外轴(10)，其特征在于所述内轴(8)为圆柱形实 心轴，所述中轴(9)和外轴(10)为圆柱形塑料套筒，所述内轴⑶、中轴(9)和外轴(10) 同轴心嵌套，从面盖(1)轴孔处同心伸出，中轴(9)套在内轴(8)的外部，外轴(10)套 在中轴(9)的外部，内轴(8)伸出轴孔的长度大于中轴(9)的伸出长度，中轴(9)伸出轴 孔的长度大于外轴(10)的伸出长度，各驱动轴具有相同的轴心且互不接触。
2.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述的固定板(3)为一块塑料板，内轴驱动机构(5)和中轴驱动机构(6)安装在固定板(3)的背面一 侧，外轴驱动机构⑵安装在固定板(3)的正面，内轴驱动机构(5)与中轴驱动机构(6) 在水平方向相向安装，外轴驱动机构(7)与内轴驱动机构(5)及中轴驱动机构(6)在水平 方向是正交安装，内轴(8)和中轴(9)由固定板(3)的背面侧穿过固定板(3)中央的轴 孔，向面盖(1)轴孔的面盖凸台(11)处伸出，外轴(10)由固定板(3)的正面向面盖(1) 轴孔的面盖凸台(11)处伸出。
3.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述内轴驱动 机构(5)、中轴驱动机构(6)、外轴驱动机构(7)结构相同，均包括定子铁芯(12)、永磁 转子(13)、复合齿轮(14)、输出齿轮(15)、线圈骨架(16)，其线圈骨架(16)固定在定 子铁芯(12)上，线圈骨架(16)上引出与两相线圈连接的控制引脚(17)，控制引脚(17) 穿过底壳0)，伸至步进电机外部，永磁转子(1 与复合齿轮(14)咬合，复合齿轮(14) 与输出齿轮(1 咬合，转动轴安装在输出齿轮(1 上，与输出齿轮(1 紧密接合。
4.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述屏蔽罩(4) 为横截面与固定板(3)形状相同的金属罩，屏蔽罩(4)上开有四个屏蔽罩螺丝孔(4A)， 其封闭端面上开有轴孔并与固定板(3)的背面紧密贴合，屏蔽罩(4)与底壳(2)相互结合 形成了一个封闭空间，内轴驱动机构(5)和中轴驱动机构(6)安装在封闭空间内，紧贴屏 蔽罩⑷封闭端面固定，内轴⑶和中轴(9)先后穿过屏蔽罩⑷轴孔和固定板(3)轴 孔。
5.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述固定板(3) 上开有四个固定板螺丝孔(3A)，底壳O)内表面上设置有四个螺丝座OA)，其中固定板 螺丝孔(3A)、屏蔽罩螺丝孔(4A)和底壳螺丝座OA)的位置相对，固定板(3)、屏蔽罩(4)和底壳( 三者通过螺丝固定在一起。
6.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述面盖(1) 轴孔的外侧设置了一个用于保护转动轴组的环形面盖凸台(11)，面盖凸台(11)与内轴(8)、中轴(9)、外轴(10)之间互不接触。
7.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述内轴驱动 机构的输出齿轮(15)的下端面上设置有一个内轴限位凸块(8A)，底壳(2)的内表面上设 置有一个底壳限位挡块(8B)，底壳(2)的内表面中心位置设置有一个底壳限位孔(8C)， 内轴限位凸块(8A)与底壳限位挡块(8B)装置于同一水平圆周内，内轴(8)的底端插入 底壳限位孔(8C)内，底壳限位挡块(8B)与底壳限位孔(8C)的位置固定，内轴限位凸块(8A)随输出齿轮(15)转动，底壳限位挡块(8B)和底壳限位孔(8C)限制输出齿轮(15) 及与其接合的内轴(8)的转动角度。
8.根据权利要求1所述的同心三驱动轴微型步进电机，其特征在于所述外轴驱动 机构输出齿轮(1 的上端面上设置有一个外轴限位凸块(IOA)，面盖(1)的内表面上设 置有一个面盖限位挡块(IOB)和一个环形的面盖限位槽(IOC)，外轴限位凸块(IOA)与 面盖限位挡块(IOB)卡于环形的面盖限位槽(IOC)内，面盖限位挡块(IOB)和面盖限位 槽(IOC)的位置固定，外轴限位凸块(IOA)随输出齿轮(15)转动，面盖限位挡块(IOB) 和环形的面盖限位槽(IOC)限制输出齿轮(1 和与其接合的外轴(10)的转动角度。
专利摘要一种同心三驱动轴微型步进电机，包括面盖、底壳、转动轴组、转轴驱动机构组、固定板、屏蔽罩，其转动轴组包括内轴、中轴和外轴三根输出轴，内轴为圆柱形实心轴，中轴和外轴为圆柱形塑料套筒，内轴、中轴和外轴同轴心嵌套，中轴套在内轴的外部，外轴套在中轴的外部，各转动轴互不接触，其转轴驱动机构组包括内轴驱动机构、中轴驱动机构和外轴驱动机构，其内、中、外驱动机构分两组安装在固定板的正面与背面，以上下层叠方式安装，其屏蔽罩的封闭端面与固定板的背面贴合，克服了相邻磁场之间的相互干扰，在结构上实现了同心三个驱动轴控制驱动三个独立指针作圆周偏转运动，可广泛应用于同时需要指示三个物理量的数字化指针式仪表。
文档编号H02K37/24GK201813301SQ20102055222
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者卢文波, 彭希南, 管于球, 荀庆来, 谢稳 申请人:彭希南, 管于球