專利名稱：擺線步進電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種步進電機，尤其是涉及一種高分辨率的擺線運動齒輪嚙合傳動方式步進電機的電磁驅動裝置。
背景技術：
在現代儀表、鐘表及其他精密電子行業中，需要大量的使用低成本、高分辨率的精密步進電機。眾所周知，其具體做法是使用多相電磁系統(至少兩相)再配以盡量簡單幾何形狀的磁石和盡量簡單的導磁結構，同時還需要一套精密的齒輪減速系統。在實際的生產和使用中，目前這種步進電機至少存在以下三個問題1.為了達到必要的精度，使用傳統的齒輪傳動方式需要多級傳動才能達到預期的減速比，因此，需要比較多的精密齒輪，結構復雜，體積較大，成本很高；2.齒輪嚙合時產生的齒輪與其中心軸之間的摩擦阻力比較大，即齒輪傳動系統阻力較大，傳動效率低；3.由于是多級傳動，齒輪數目多，因此由于齒輪傳動所產生的噪音比較大。過大的噪音會給生產、工作環境，甚至給周圍環境帶來噪音污染。
為了解決以上問題，美國專利文獻US5579290A公開了一種外擺線步進電機，如圖1a和圖1b所示，電機的定子包括兩個軸向擺動的磁極片1和2。在所述磁極片的縫隙或內腔中，設置有一個被軸向磁化的鼓形轉子5。轉子上設置有外齒3，定子上設置有內齒4，兩者嚙合在一起。通過磁極片1和2的吸引力，轉子5被設定在未勵磁的定子上。用適當極性的脈沖對定子激勵后，轉子就會移動到其徑向相對的另一個穩定位置。在轉子位移的過程中，外齒3與內齒4始終嚙合在一起，其結果是使轉子產生一個角位移，角位移的大小隨外齒3與內齒4的齒數不同而變化。通過極性相反的脈沖交替更迭，可以很容易地對電機的轉動進行微控。
這種外擺線步進電機雖然有效地解決了目前的步進電機所存在的問題，但是，由于其電磁系統的設計是單相的，所以電機只能作單向旋轉，僅限于在制表業中應用，而且其傳動機構比較復雜。
發明內容
本實用新型的目的是為了克服外擺線步進電機所存在的缺陷，采用一種新的電磁結構及驅動方式，從而提供一種簡單而有效的擺線運動齒輪嚙合傳動方式的擺線步進電機。為了實現這一目的，本實用新型所采取的技術方案是包括控制電路，定子，轉子和一對擺線運動嚙合方式的傳動齒輪，其中所述擺線運動嚙合方式的傳動齒輪包括輸入齒輪和輸出齒輪；所述定子是由軟磁材料制成的定子片，其中心位置設置有容納轉子的轉子孔，在定子片的旁邊設置有線圈。在所述定子片上沿徑向設置有三個或三個以上的間隙；所述轉子由永磁鐵轉子和轉子軸所組成，轉子軸的一端連著所述輸入齒輪，轉子軸另一端通過擺動肘節與電機固定部分連接；所述輸出齒輪一端連著輸出軸，輸入齒輪與輸出齒輪嚙合在一起。
本實用新型技術方案所述的擺線步進電機，由于采用的是擺線運動齒輪嚙合傳動方式，這種傳動方式的最大特點是，其中至少一個齒輪的運動是圍繞其幾何軸線做擺動而不是簡單的轉動，同時能以最小的空間產生最大的傳動比，從而在保證傳動精度、保證步進電機高分辨率的前提下，減少齒輪傳動系齒輪的數目，簡化結構，降低機械噪音，減小系統阻力，提高傳動效率。另外，采用本實用新型技術方案所述的擺線步進電機，還可以縮小電機的體積，大幅降低成本；而且，由于是多磁極的設計，電機可被驅動雙向自由轉動，適用范圍廣泛。
圖1是外擺線步進電機電磁系統結構原理示意圖圖2是本實用新型擺線步進電機電磁系統結構原理示意圖圖3是圖2沿A-A方向的剖視圖圖4是本實用新型擺線步進電機運動機構示意圖圖5是本實用新型擺線步進電機實施例1中做步進轉動的工作原理示意圖圖6是本實用新型擺線步進電機另一種實施例的電磁系統結構原理示意圖圖7是本實用新型擺線步進電機有一種實施例的電磁系統結構原理示意圖圖中1.定子，2.轉子，3.輸入齒輪，4.輸出齒輪，5.轉子孔，6.間隙，7.線圈，8.轉子軸，9.擺動肘節，10.輸出軸。
具體實施方式
實施例1如圖2和圖3所示，本實用新型的擺線步進電機除包括控制電路外，還包括有定子1、轉子2和一對擺線運動嚙合方式的傳動齒輪，齒輪包括輸入齒輪3和輸出齒輪4，輸入齒輪3具有內齒，輸出齒輪4具有外齒。定子1是由軟磁材料制成的定子片，大致呈長方形，中心位置為容納轉子的轉子孔5；在本實施例中，定子1沿轉子孔軸向的間隙6是通過這樣的方式制作的，在定子片上沿轉子孔5的徑向設置間隔120度的三個切口，每兩個切口之間的部分分別形成圍繞轉子孔的三個磁極端面；另外，在定子片的兩側分別設置有線圈7。
轉子2由永磁鐵轉子和轉子軸8組成。如圖4所示，轉子軸8通過擺動肘節9與電機固定部分連接，使轉子2只能圍繞其幾何軸線做360度自由擺動而不能轉動；轉子2的另一端連著輸入齒輪3，用于在通電時與輸出齒輪4嚙合，傳遞轉子的擺動；輸出齒輪4連著輸出軸10，連同輸出軸10一起被限制只能圍繞其幾何軸線做360度自由轉動。
當分別給兩個線圈7按一定的順序通以有一定角度相位差的正弦電流時，至少可以按順序依次產生如圖5a、圖5b、圖5c和圖5d所示的四種不同的磁場分布。這樣轉子2在磁場的作用下，通過擺動肘節9，隨著磁場的旋轉而有規律的圍繞其幾何軸線擺動，實現90度的步進擺動。
轉子2擺動時帶動輸入齒輪3做同樣的擺動，此時輸入齒輪3與輸出齒輪4嚙合，輸出齒輪4及輸出軸10因被限制只能繞其幾何軸線旋轉，這樣輸入齒輪3的內齒與輸出齒輪4的外齒形成擺線運動嚙合方式，使輸出齒輪4帶動輸出軸10輸出經減速后的90度的步進轉動。
在本實實施例中，輸入齒輪3內齒的齒數N1＝90，輸出齒輪4外齒的齒數N2＝89。根據擺線運動齒輪嚙合原理，輸出與輸入的傳動比I＝(N1-N2)/N1＝1/90，這樣傳動系統的減速比為90，即步進電機的分辨率為90度/90＝1度。
實施例2本實施例具有與實施例1不同的電磁系統結構，如圖6所示，定子1是包括有三個定子片。三個定子片之間形成三個間隙；另一個間隙是在其中的一個定子片上開有一個切口；四個間隙沿轉子孔的徑向均勻分布。定子片連接處的四個間隙使定子在每兩個切口之間分別形成四個磁極端面，當分別給兩個線圈按一定的順序通以有一定角度相位差的正弦電流時，線圈產生的磁場以45度旋轉，步進電機輸出45度的步進轉動，因此具有更高的分辨率。本實施例中未述及的結構，與實施例1中相同。
實施例3如圖7所示，定子是一片整體的定子片，其結構自然形成三個磁極端面。同時共有三個線圈，呈中心對稱分布。當分別給兩個線圈按一定的順序通以有一定角度相位差的正弦電流時，線圈產生的磁場以60度旋轉，步進電機輸出60度的步進轉動。由于線圈及其產生的磁場是中心對稱的，所以步進電機的轉動更平穩。本實施例中未述及的結構，與實施例1中相同。
權利要求1.一種擺線步進電機，包括控制電路，定子，轉子和一對擺線運動嚙合方式的傳動齒輪，其中所述擺線運動嚙合方式的傳動齒輪包括輸入齒輪和輸出齒輪；所述定子是由軟磁材料制成的定子片，其中心位置設置有容納轉子的轉子孔，在定子片的旁邊設置有線圈；其特征在于所述定子片上沿轉子孔的徑向，設置有三個或三個以上的間隙；所述轉子由永磁鐵轉子和轉子軸所組成，轉子軸的一端連著所述輸入齒輪，轉子軸另一端通過擺動肘節與電機固定部分連接；所述輸出齒輪一端連著輸出軸，輸入齒輪與輸出齒輪嚙合在一起。
2.根據權利要求1所述的擺線步進電機，其特征在于所述的間隙是在定子片上沿徑向開有三個切口，三個切口沿轉子孔的圓周方向均勻分布，所在處的位置間隔為120度。
3.根據權利要求1所述的擺線步進電機，其特征在于所述的沿定子片徑向的間隙為四個；所述的定子包括三個定子片，三個定子片之間形成三個間隙；另一個間隙是在其中的一個定子片上開有一個切口；所述的四個間隙沿轉子孔的圓周方向均勻分布。
4.根據權利要求1或2或3所述的擺線步進電機，其特征在于所述的在定子片旁邊設置的線圈為兩個或兩個以上。
5.根據權利要求4所述的擺線步進電機，其特征在于所述的轉子至少有兩個磁極。
專利摘要本實用新型公開了一種擺線步進電機，包括控制電路，定子，轉子和一對擺線運動嚙合方式的傳動齒輪，傳動齒輪包括輸入齒輪和輸出齒輪；所述定子是由軟磁材料制成的定子片，其中心位置設置有容納轉子的轉子孔，在定子片的旁邊設置有線圈。定子片沿徑向設置有三個或三個以上的間隙；轉子由永磁鐵轉子和轉子軸所組成，轉子軸的一端連著所述輸入齒輪，另一端通過擺動肘節與電機固定部分連接；輸出齒輪一端連著輸出軸，輸入齒輪與輸出齒輪嚙合在一起。本實用新型技術方案所述的擺線步進電機，傳動精度和分辨率高，齒輪的數目少，結構簡單，降低了機械噪音，減小了系統阻力，傳動效率高。由于是多磁極的設計，電機可被驅動雙向自由轉動，適用范圍更廣泛。
文檔編號H02K37/24GK2768298SQ200420013588
公開日2006年3月29日 申請日期2004年12月30日 優先權日2004年12月30日
發明者羅伯特·查佛里 申請人:偉盈光纖通訊有限公司