一种定子永磁体混合步进电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种定子永磁体混合步进电机，包括定子部分和转子部分，转子部分包括转子叠压铁心和设置在铁芯内部的转轴，转子叠压铁心外周均匀分布有相同的小齿；定子部分包括定子铁心、定子绕组和永磁体，定子铁心内周分布有磁极，磁极的极靴上分布有与转子小齿齿距相同的定子小齿，在每个磁极的极身上放置一个线圈，各线圈按一定的规律串联或并联组成定子的多相绕组，在定子铁心轭部的对称位置沿圆周均匀开槽，永磁体放置在槽内，永磁体均匀分布，切向充磁，相邻两块永磁体的充磁方向相反。本实用新型专利技术具有结构、工艺简单、成本低廉、高效高功率密度和高转矩密度的特点，同时电机磁场是2维场，具有易于分析和设计的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种定子永磁体混合步进电机，包括定子部分和转子部分，转子部分包括转子叠压铁心和设置在铁芯内部的转轴，转子叠压铁心外周均匀分布有相同的小齿；定子部分包括定子铁心、定子绕组和永磁体，定子铁心内周分布有磁极，磁极的极靴上分布有与转子小齿齿距相同的定子小齿，在每个磁极的极身上放置一个线圈，各线圈按一定的规律串联或并联组成定子的多相绕组，在定子铁心轭部的对称位置沿圆周均匀开槽，永磁体放置在槽内，永磁体均匀分布，切向充磁，相邻两块永磁体的充磁方向相反。本技术具有结构、工艺简单、成本低廉、高效高功率密度和高转矩密度的特点，同时电机磁场是2维场，具有易于分析和设计的优点。【专利说明】一种定子永磁体混合步进电机
本技术涉及一种新型混合步进电机，尤其涉及一种将永磁体设置于电机定子上的混合步进电机。
技术介绍
步进电机已成为除直流电机和交流电机以外的第三类主要电机。传统电机主要作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电机。步进电机多用于数控车床和机器人系统中。在现代工业，特别是航空、航天、电子等领域中，要求完成的工作量大、任务复杂、精度高，利用人工操作不仅劳动强度大、生产效率低，且难以达到所要求的精度，还有一些工作环境是对人体健康有害的或人类无法达到的，这就需要数控机床和机器人来完成这些工作。另外，在计算机外设和办公室自动化设备中也大量运用步进电机，如磁盘驱动、打印机、绘图仪和复印机等。步进电机按构造主要分为磁阻式步进电机、永磁式步进电机和混合(励磁)步进电机三类。其中，磁阻式步进电机虽精度较高，但功耗大、效率低；永磁式步进电机虽功耗小，但精度低、运行频率低。到目前，以上两类步进电机在工业发达国家已极为少见。相比之下，混合步进电机是磁阻式步进电机和永磁式步进电机的结合，兼具两者优点，因体积小、性价比高、可靠性好、运行平稳、易于控制而逐步处于主导地位，自上世纪60年代问世以来，取得了工业自动化领域的青睐，并获得迅速发展。目前最典型的混合步进产品是2相8定子极混合步进电机，也可以是其他相数其他定子极数的混合步进电机，各种混合励磁步进电机结构原理相近，主要特点是转子放置有轴向充磁的环形永磁体。以下以2相8极(定子极)混合步进电机为例说明目前通用混合步进电机的结构原理及其缺陷。目前通用2相8极混合步进电机由定子部分和转子部分构成。转子由轴向充磁的环形永磁体及两段转子叠压导磁铁心构成，两段转子叠压导磁铁心完全相同，其圆周均匀分布有多个小齿，两段转子叠压铁心圆周方向错开1/2齿距后，与插于其间的环形永磁体形成转子的主体部分。定子主要由定子铁心和定子绕组构成，定子铁心由导磁铁心片叠压构成，有8个磁极，每个磁极的极靴上分布有与转子外周小齿齿距完全相同的定子小齿，每个磁极的极身上有一个线圈，8个线圈按一定的顺序连接成A、B两相定子绕组。在转子永磁体磁场的作用下，通过定子A、B两相绕组的顺序通断电，利用磁阻力，实现电机转子的步进转动。尽管传统的混合式步进电机兼具磁阻式步进电机和永磁式步进电机的优点，功耗小、精度高、性价比高、运行平稳，但是其结构上存在以下缺陷:1.由于永磁体置于转子上，并放置于两段叠压转子铁心中间，且两段转子上的小齿必须相互错开1/2齿距，因而电机结构复杂，加工制造困难。2.永磁体沿轴向充磁，永磁体产生的磁场必须沿轴向垂直穿过两段转子铁心和定子铁心以构成闭合回路，由于定、转子铁心均由叠压硅钢片构成，相邻硅钢片之间存在不导磁的绝缘层(相当于气隙)，永磁体所产生的磁动势很大一部分消耗在铁心片之间的气隙当中，导致永磁体利用率低，或者说为满足电机定转子之间的气隙永磁磁密必须增加永磁体厚度，从而增加了永磁体用量，增加了电机制造成本。3.电机定子铁心和两段转子铁心轴向越长，永磁体消耗在轴向导磁磁路中的磁动势也就越大，因此也就限制了传统混合励磁步进电机的轴向长度，从而限制了传统混合步进电机的功率等级，即传统混合步进电机的功率等级最大在IkW左右，一般用于几W、几十W功率等级范围。4.在电机永磁体轴向长度范围内不产生机电能量转换，因此使得该种电机的功率密度和转矩密度降低，同时在永磁体轴向长度范围内的定子绕组导体像绕组端部一样只起连接作用，也不参与能量转换，这导致电机的效率降低。传统混合步进电机较低的功率密度、转矩密度和效率也是该种电机功率等级较低的重要原因。5.永磁磁场沿定转子铁心轴向闭合，导致电机气隙永磁磁密在轴向不均匀，在靠近两端部的气隙永磁磁密低，越靠近永磁体，气隙永磁磁密就越高，显然，两端转子铁心轴向越长，气隙永磁磁密沿轴向的分布就越不均匀，由于在电机设计时需要考虑定转子铁心的磁路饱和程度，因此这一现象导致电机的有效材料的利用率降低，导致了成本的增高，也限制了电机功率等级的提闻。6.由于永磁体轴向充磁,其磁路是沿轴向闭合,而电机定子绕组产生的磁场沿圆周方向闭合，因此整体电机的磁场是标准的三维场，对电机的分析、计算和设计带来难度。7.永磁体在转子上，永磁体散热困难，易产生永磁体退磁现象，同时转子安装永磁体可靠性也不易保证，特别在高速电机中，这同样限制了该种电机的高转速和大功率场合应用由上所述，传统的混合步进电机，由于永磁体置于转子上，导致电机的结构复杂、加工制造困难、功率密度转矩密度低、运行效率低、材料利用率低、成本高，限制了该种电机功率等级的提高，尽管该种电机具有控制系统简单、成本低廉的优势，但在大于I个kw功率等级应用场合与其他类型电机的竞争中处于劣势地位，功率等级越大，劣势越明显。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种定子永磁体混合(励磁)步进电机。可以实现电机中永磁体的充分利用，而且能够比传统的混合式步进电机结构更简单、加工制造更容易、永磁体利用率更高、电机整体功率密度更大、电机输出力矩更大、电机轴向长度允许变动范围更大、可靠性更高、电机功率可做到更大、电机效率更高，同时永磁体置于定子上，导致电机的磁场是二维场，这对电机的分析设计带来方便。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案:一种定子永磁体混合步进电机，包括定子部分和转子部分，转子部分包括转子叠压铁心和设置在铁芯内部的转轴，转子叠压铁心外周均匀分布有相同的小齿；定子部分包括定子铁心、定子绕组和永磁体，定子铁心内周分布有磁极，磁极的极靴上分布有与转子小齿齿距相同的定子小齿，在每个磁极的极身上放置一个线圈，线圈绕制方向由定子每相极数确定；在定子铁心轭部的对称位置均匀开有一定数量的开口槽，槽的开口方向沿径向指向定子铁心轭部外侧，且相邻两槽的槽中心线沿圆周方向跨过的角度相同；永磁体放置在所述槽内，所述永磁体均匀分布，且都是切向充磁，相邻两块永磁体的充磁方向相反。所述定子铁心外周套有不导磁的机壳，定子铁心通过螺钉与电机的端盖固定在一起。所述转子部分通过轴承支承在端盖中，转子部分在定子内部转动。当电机的相数m不是5或5的倍数时，定子每相极数j为4的倍数，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定子永磁体混合步进电机，包括定子部分和转子部分，其特征是，转子部分包括转子叠压铁心和设置在铁芯内部的转轴，转子叠压铁心外周均匀分布有相同的小齿；定子部分包括定子铁心、定子绕组和永磁体，定子铁心内周分布有磁极，磁极的极靴上分布有与转子小齿齿距相同的定子小齿，在每个磁极的极身上放置一个线圈，线圈绕制方向由定子每相极数j确定；在定子铁心轭部的对称位置均匀开有一定数量的开口槽，槽的开口方向沿径向指向定子铁心轭部外侧，且相邻两槽的槽中心线沿圆周方向跨过的角度相同；永磁体放置在所述槽内，所述永磁体均匀分布，且都是切向充磁，相邻两块永磁体的充磁方向相反。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐衍亮，鲁炳林，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37