专利名称：永磁复合式单相步进电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机领域，具体涉及一种永磁复合式单相步进电机。
目前我们所见到的永磁复合式单相步进电机有两种结构形式。一种电机的定子为非对称结构，转子为永磁转子，如烟台市科技开发中心钟表技术开发部孙刚、栾竹轩所设计的石英塔钟用大力矩永磁复合式单相步进电机(专利公告号CN2079828U)。另一种电机为混合式永磁复合式单相步进电机，在定子上加装产生二次谐波的附加极，或者通过齿形尺寸的特殊设计产生二次谐波，矩角特性综合的结果使其形状形成非对称的形状，正半波宽度大于π，负半波小于π，从而形成起动角，并具有一定的起动力矩，使电机能正常起动运转。如利用定、转子之间设计出不均匀气隙，使电机转子的静稳定位置与平衡位置有一定夹角，从而具有一定的起动角，如程士俊所设计的端面气隙型永磁复合式单相步进电机(文献微特电机，1990，(1)P.35-36)。具有轴向端面气隙，典型步角为60°，在单极性狭脉冲电源的驱动下能作定向转动。
由于第一种电机施加绕组的电脉冲为正负脉冲，即正脉冲走一步，负脉冲走一步，要求电源为正负电源，这实际是双拍运行的。而在某些工程应用中，需要较大力矩输出的单相单极性脉冲控制的步进电机，这种电机不能满足要求。而第二种电机虽能在单极性脉冲电源的驱动下能作定向转动，但其输出力矩较小，而且必须保证转子高速的运转，才能利用转子的动能来保证电机的单方向转动，因此其驱动脉冲信号必须为高频率信号，即为狭脉冲。在低频段，这种电机性能很不可靠，甚至根本无法保证单方向转动。
本发明的目的在于提供一种永磁复合式单相步进电机。它可由单极性脉冲电源驱动，能提供较大的输出力矩，而且具有良好的高频、低频性能，即在高频或是低频脉冲信号驱动时均能保证稳定的单方向转动。
本发明的永磁复合式单相步进电机包括定子、转子、防反转棘轮棘爪机构、前端盖、后端盖等部分。其特征在于定子的永磁极上绕有线圈绕组，转子的凸极上带有凸起。
转子凸极上的凸起结构可为顺时针或逆时针方向的鹰嘴形，所述凸极上的鹰嘴形凸起深入角度α在30度至40度之间较好，斜角γ小于15度。转子极上的鹰嘴形凸起的上缘有一直线部分。
本发明的永磁复合式单相步进电机的定子为凸极结构，由软磁材料构成的软磁磁极与由永磁材料构成的永磁磁极互相交错排列，永磁磁极的极性按N-S-N-S分布排列。定子磁极上绕有定子绕组，绕组分为两套，一套绕组绕在软磁磁极上，另一套绕组绕在永磁磁极上，两套绕组可以并联，也可以串联。绕组通电时，永磁磁极上的绕组极性与永磁磁极的极性相反，二者磁势大小相等，即互相抵销。转子为带有鹰嘴形状的凸极结构。鹰嘴的伸出方向决定了电机转子的旋转方向。
电机不通电时，电机转子定位在定子永磁磁极下，当电机绕组通电时，水磁磁极的永磁磁势与绕组磁势互相抵销，与转子间无电磁力矩，转子鹰嘴在软磁磁极的磁势作用下向前转动，一直到鹰嘴顶部与定子软磁磁极对齐为止，电机走了一个步距角。电机断电，永磁磁极的绕组已无磁势，软磁磁极也无磁势，因而鹰嘴在永磁磁势的作用下继续向前转动，直到鹰嘴顶部与永磁磁极对齐为止，电机又向前走了一步。
棘轮棘爪机构主要是用于防止电机反方向旋转。棘轮固定于转子轴上，与转子同方向旋转。棘爪固定于后端盖上。
电机在第二个电脉冲到来时，又重复前述过程。
采用上述技术方案设计的电机能够在单极性较宽频带的脉冲驱动信号下连续单方向运转，并可以做到有较大的输出转矩。
我们采用上述技术方案设计出一种步距角为45度的永磁复合式单相步进电机，并成功地进行了带负载的系统联试。下面结合附图、实施例对本发明作一详细描述。
图1本发明的永磁复合式单相步进电机定转子结构示意2本发明的永磁复合式单相步进电机转子的鹰嘴结构示意3本发明的永磁复合式单相步进电机棘轮棘爪机构示意4本发明的永磁复合式单相步进电机实施例的 曲线图1为本发明的永磁复合式单相步进电机的定转子结构示意图本发明的永磁复合式单相步进电机的定子(1)为凸极结构，由八个定子极构成，其中四个极为软磁材料构成，为软磁磁极(3)，另外四个极为永磁材料，它们互相交错排列，永磁磁极(4)的极性按N-S-N-S分布排列。
定子磁极上绕有定子绕组(5)，绕组采用两套，一套绕组绕在软磁磁极上，另一套绕组绕在永磁磁极上，两套绕组可以并联，也可以串联。但有一个要求，就是绕组通电时，永磁磁极(4)上的绕组极性与永磁磁极(4)的极性相反，磁势大小相等，即互相抵销。我们所采用的用来作永磁磁极(4)的稀土永磁充磁方向厚度小于1.2mm，绕组匝数大于100匝。也可采用其它相应的参数。
图2为本发明的永磁复合式单相步进电机的转子的鹰嘴结构示意图转子(2)为带有鹰嘴形状的凸极结构。鹰嘴(6)的伸出方向决定了电机的旋转方向。鹰嘴(6)部分外缘是一条斜直线(7)，这条斜直线(7)对电机的步矩角精度的保证以及电机在低频信号驱动时的性能稳定性具有重要作用。表征转子鹰嘴(6)尺寸的有顶部宽度b，深入角度α及斜角γ。鹰嘴(6)顶部宽度b与定子齿宽相等，深入角度α及斜角γ决定了电机的起动角及起动力矩。我们所采用的α在30度至40度，γ小于15度。
图3为本发明永磁复合式单相步进电机棘轮棘爪机构示意图棘轮棘爪机构主要是用于防止电机反方向旋转。由于电机在较低频率脉冲信号驱动时，转子(2)由于与永磁磁极(4)之间气隙较大，因而转子(2)在此稳定平衡位置处的振动尤其厉害。将棘爪(8)位置设计为可调整位置的，使棘爪能恰好顶住棘轮(9)齿根处，相当于增加了一个机械阻尼器，保证电机在低频共振区不失步地稳定运行。
本发明的永磁复合式单相步进电机已成功地通过复杂工程系统联试，证明此永磁复合式单相步进电机的原理是可行的，具有可操作性。本发明实施例的主要性能指标为额定电压12V电机内阻8.8Ω电机外径φ2Omm电机长度30mm步距角 45°
步距角精度 ≤±4°最大输出转矩≤115gcm图4为本发明的永磁复合式单相步进电机实施例的 曲线。
权利要求
1．一种永磁复合式单相步进电机，含有定子、转子、防反转棘轮棘爪机构、前端盖、后端盖，其特征在于定子(1)的永磁磁极(4)上绕有线圈绕组(5)，转子(2)的凸极上带有凸起。
2．根据权利要求1所述的永磁复合式单相步进电机，其特征在于转子凸极上的凸起可为鹰嘴形结构。
3．根据权利要求2所述的永磁复合式单相步进电机，其特征在于，所述凸极上的鹰嘴形凸起结构深入角度α在30度至40度较好，斜角γ小于15度。
4．根据权利要求2所述的永磁复合式单相步进电机，其特征在于所述转子极上的鹰嘴形凸起的上缘有一直线部分。
5．根据权利要求1所述的永磁复合式单相步进电机，其特征在于永磁磁极(4)上线圈绕组(5)的绕向由永磁磁极(4)的反向极性确定。
全文摘要
本发明提供了一种永磁复合式单相步进电机,电机包括定子、转子、防反转棘轮棘爪机构、前端盖、后端盖等部分,定子的永磁极上绕有线圈绕组,转子的凸极上带有凸起;转子凸极上的凸起结构鹰嘴形。它可由单极性脉冲电源驱动,能提供较大的输出力矩,而且具有良好的高频、低频性能,即在高频或是低频脉冲信号驱动时均能保证稳定的单方向转动。
文档编号H02K37/10GK1298222SQ9911738
公开日2001年6月6日 申请日期1999年11月24日 优先权日1999年11月24日
发明者秦剑飞, 杨晴, 鄂峻膺 申请人:中国工程物理研究院电子工程研究所