內定子磁軛具相鄰端部的步進電機的製作方法

2023-09-22 19:55:10 1

專利名稱：內定子磁軛具相鄰端部的步進電機的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種內定子步進電機；特別是一種內定子磁軛具相鄰端部的步進電機。
背景技術：
步進電機由於可被精密控制，在許多領域中已被廣泛接納應用。由主要的轉子與定子相關位置區別，可以分為內轉子(外定子)電機與內定子(外轉子)電機，目前雖以內轉子電機較為盛行，但內定子電機仍有其固定市場。如圖1美國第5,289,064號專利所示的內定子3結構的步進電機，其內定子3具有三組線圈組31、32、33，每一線圈組31、32、33是將一線圈310、320、330套設於一端連接於中央基部30的鐵芯311、321、331中，且每一鐵芯311、321、331相反於中央基部端形成複數磁齒312、313、314...，延伸自同一鐵芯311的磁齒312、313、314分別同步對應於外轉子的同性磁極。當線圈310被致能時，磁齒312、313、314形成例如N極，其它二線圈組的鐵芯321、331磁齒則形成相反的S磁極。
然而，為控制轉子旋轉，三組線圈31、32、33的設置角度不能恰好同步面對外轉子4的磁極，彼此間必須存在一角度偏移；換言之，當圖示上方的磁齒312、313、314(N極)恰面對外轉子S極時，左右下方的兩組S極磁齒則必然與外轉子4的N極偏斜相向，造成驅動轉子4轉動動能的損失。其次，由於磁力線必須形成封閉迴路，而該種結構設計中，如圖2所示，由圖示上方磁齒312、313、314所發出的磁力線在抵達外轉子4的S極後，無法由一簡短的封閉磁路返回，必須經過外部的空氣，再從左右下方的外轉子N極，回到內定子S極磁齒並由鐵芯321、331返回，其間磁阻甚大，又造成能量的無謂損耗。
此外，由於各鐵芯311、321、331遠離中央基部30處形成有磁齒312、313、314...，線圈310、320、330不能先繞線於一例如塑料框架後直接套至各對應鐵芯311、321、331外，而必須直接繞線於鐵芯311、321、331外。當步進電機要微型化時，繞線的困難度也隨之提高，成本自然上升而效率下降。何況在安裝時，各磁齒與外轉子4距離相近，而連接磁齒與中央基部30的鐵芯311、321、331結構卻最單薄，所提供的機械強度亦有所不足。
因此，如何有效利用磁能、提高扭轉效率、並縮減產品體積、增加內定子結構強度、使自動化生產成為可能，將是業者注目費心尋求的重點。

發明內容
本實用新型之一的目的，在於提供一種兩磁軛組相對應端部分別朝向外轉子的相鄰磁極的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，使磁力線迴路的磁阻降低，提高運轉效能。
本實用新型的另一目的，在於提供一種磁軛組兼備同極性輔助端部的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，更進一步提高扭轉效率。
本實用新型的再一目的，在於提供一種結構簡單的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，以容許步進電機的進一步微型化並簡化組裝過程。
本實用新型的又一目的，在於提供一種磁軛組機械結構強固的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機。
本實用新型的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，包含一供沿一樞軸旋轉的環形永磁外傳子，具有複數沿該樞軸徑向設於該外轉子內側、且相鄰者磁性相反的磁極，各該相鄰磁極間距相等，及置於永磁外轉子之中的一內定子；包括置於該內定子內的一第一磁軛組及一第二磁軛組，該第一磁軛組具有朝向該永磁外傳子內側的第一端部及第二端部，該第二磁軛組具有朝向該永磁外傳子內側的第三端部及第四端部，且該第一與該第三端部之間的間距、及第二端部與第四端部之間的間距均(略)等於各該相鄰磁極間距，而該第一端部與第二端部之間、及第三端部與第四端部之間，分別形成有一高磁阻區；分別磁性導通的第一磁軛組第一端部與第二磁軛組第三端部、及第一磁軛組第二端部與第二磁軛組第四端部的二線圈組；其中，當第一端部及第二端部正對永磁外轉子的N或S磁極時，該第三端部及第四端部是非正對永磁外轉子的N或S磁極。
如上述的結構，本實用新型的步進電機由於將磁軛組的兩對應端部面向外轉子的相鄰磁極，提供最短的低磁阻磁路，且增加輔助端部，有效利用磁能、降低損耗，且磁軛組的結構紮實，機械強度較佳，而線圈組可先繞線完成再與磁軛組結合，更使製造難度降低而提高效率，一舉解決前述問題。


圖1是美國第5,289,064號專利的步進電機結構示意圖；圖2是圖1當步進電機作動時的示意圖，說明其線圈被致能時，磁力線迴路的途徑；圖3是本實用新型第一較佳實施例的組合結構示意圖，說明各磁軛組、各線圈組與轉子之間的關係；圖4是圖3去除線圈組後的結構示意圖，以說明磁軛組的相對結構；圖5是本案第二較佳實施例的結構示意圖，以說明磁軛組的相對結構；圖6是圖5實施例磁軛組與線圈組結合部分的部分放大示意圖，以說明兩者的相對結合關係；圖7是本案第三較佳實施例的結構示意圖。
上述圖中主要組件的符號說明1、3...內定子2、4...外轉子11、12、11′、12′、11″、12″...磁軛組13、14、13′、13″、31、32、33...線圈組30...中央基部110、120...高磁阻區110′、120′...間隙
111、112、121、122、111′、121′...端部113、114、123、124...突出部113′、123′...穿孔115、125、126...輔助端部117′、118′、127′、128′、117″、127″...鐵磁性基座130、140、130′...框架131、141、131′、310、320、330...線圈132′、132″、311、321、331...鐵芯133′...螺栓312、313、314...磁齒具體實施方式
有關本實用新型的技術內容、特點與功效，配合附圖所示的較佳實施例在下面作進一步詳細地說明，將可清楚的呈現本實用新型的步進電機。此外在各實施例中，相同的組件將以相似的標號標示。如上述的標識。
如圖3所示，本實用新型揭露的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，主要包含一含有N個磁極的永磁外轉子2及一內定子1。在本實施例中，外轉子2是選擇一12磁極轉子，其N、S磁極兩兩間隔地沿一樞軸放射狀設置於外轉子2內側，因此在圖示及下列計算過程中，每一磁極約佔30°(360°/N)。
置於永磁外轉子2之中的內定子1包括兩組彼此分離的第一及第二磁軛組11、12，第一磁軛組分別在圖示的左右兩側形成第一端部111及第二端部112；第二磁軛組則對應形成第三端部121及第四端部122。為說明起見，第一磁軛組11在圖示下方接近左右兩端，分別向圖示下方形成有兩處突出部113、114；而第二磁軛組12亦在面向第一磁軛組11的上方接近左右兩端，分別向圖示上方形成兩對應突出部123、124。這種第一或第二磁軛組構成的朝向第二或第一磁軛組彼此對應延伸的突出部，是供各對應線圈組穿套設置的。
如圖示第一及第二線圈組13、14，則分別是預先在例如塑料框架130、140上纏繞線圈131、141而成。組合時，只要將繞線完成的線圈組13、14分別置於突出部113、123及114、124之間便可。致能各線圈組13、14時，感應出的磁力線受線圈組13、14的約束，自然存在於線圈組13、14內部。並受磁軛組11、12突出部113與123、及114與124之間的對應磁阻有較小的影響，磁性導通第一磁軛組11與第二磁軛組12。
為提供最低磁阻，第一磁軛組11的第一端部111與第二磁軛組12的第三端部121之間的間距，以及第二端部112與第四端部114之間的間距都恰規劃為相當於外轉子2的相鄰磁極間距。由此，如圖4所示，當致能第一線圈131時，線圈131所發的磁力線將由第一端部111進入外轉子2對應的S極，並隨即由逆時針方向相鄰的N極回到第二磁軛組12的第三端部121，最後返回線圈131形成迴路。
為使第一線圈131與第二線圈141可被輪流致能，而對外轉子產生不同的吸引與排斥，配合第一線圈組13的第一及第三端部111、121與配合第二線圈組14的第二及第四端部112、122彼此必須異步，亦即當第一與第三端部111、121面向外轉子磁極時，第二與第四端部112、122必須位於與外轉子磁極錯開的位置。
在本實施例中，為更進一步提高磁軛組的機械強度，第一磁軛組11與第二磁軛組12均為單一鐵磁性基座所構成，但為避免兩組線圈相互幹擾，在第一磁軛組11的第一端部111與第二端部112之間、及第二磁軛組12第三端部121與第四端部122之間，分別形成有一高磁阻區110、120。
且為進一步提高吸引與排斥的扭矩，在圖示第二磁軛組的下端略偏左右側，分別形成有第一及第二輔助端部125、126，第一輔助端部125恰與第三端部121間隔約60°，以便在第一線圈131致能時，配合感應出較第三端部121微弱的S極，第二輔助端部126則是相對設計與第四端部122同步。在第一磁軛組11的上端，構成有一共享輔助端部115。由於該共享輔助端部115需與第一端部111及第二端部112各保持約60°夾角的間距，因此在本實施例中，當第一端部111與第二端部112夾約135°夾角(4×30°+15°)時，該共享輔助端部115具有較大的寬度。
當然，如熟悉本技術領域者所能輕易理解，第一磁軛組與第二磁軛組的結構、以及各磁軛組與線圈組之間的連接關係並非局限於上述實施例。如圖5本案第二較佳實施例所示，第一磁軛組11′及第二磁軛組12′亦可分別被區隔為彼此以間隙110′、120′相間隔的第一、第二鐵磁性基座117′、118′及第三、第四鐵磁性基座127′、128′。且如圖6所示，各相對應的鐵磁性基座117′、127′分別形成有一穿孔113′、123′，第一鐵芯132′穿設於第一線圈131′及框架130′之內，共同組成第一線圈組13′；第一鐵芯132′兩端分別由例如一螺栓133′，固定至第一及第三鐵磁性基座117′、127′的穿孔113′、123′處。由此，第一線圈組13′將可預先製造完成，並隨後以自動化流程被固定於步進電機中，成為內定子的一部份。且由於第一鐵磁性基座117′的第一端部111′與第三鐵磁性基座127′的第三端部121′彼此間隔恰對應於外轉子的兩相鄰磁極間隔，同樣可以達到減少磁阻、提高扭矩的效果。
再者，如圖7所示，第一磁軛組11″與第二磁軛組12″的各鐵磁性基座亦可由居間連接的例如鐵芯132″等結構，將第一鐵磁性基座117″與第三鐵磁性基座127″完全連接，使其與第一線圈組13″構成一組件，第二鐵磁性基座則與第二線圈組及第四鐵磁性基座構成一組件，亦可達到相同於前述實施例的效果。
惟以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已。當不能以此限定本實用新型實施的範圍，即大凡依本實用新型的範圍及實用新型說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本實用新型專利申請所涵蓋的範圍內。
權利要求1.一種內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，包含一供沿一樞軸旋轉的環形永磁外轉子，具有複數沿樞軸徑向設於該轉子內側、且相鄰者磁性相反的磁極，各相鄰磁極之間的間距相等，及置於永磁外轉子之中的一內定子；其特徵在於包括置於內定子內的一第一磁軛組及一第二磁軛組，該第一磁軛組具有朝向該永磁外轉子內側的一第一端部及一第二端部，該第二磁軛組具有朝向該永磁外轉子內側的一第三端部及一第四端部，且該第一與該第三端部之間的間距、及第二端部與第四端部之間的間距均等於各相鄰磁極的間距，而該第一端部與第二端部之間、及第三端部與第四端部之間，分別形成有一高磁阻區；以及分別磁性導通的第一磁軛組第一端部與第二磁軛組第三端部、及第一磁軛組第二端部與第二磁軛組第四端部的二線圈組；其中，當第一端部及第二端部正對永磁外轉子的N或S磁極時，該第三端部及第四端部是非正對永磁外轉子的N或S磁極。
2.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的各線圈組分別包括一磁性連接至各端部的鐵芯，及一套設於該鐵芯外的線圈。
3.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的第一或第二，或者第一和第二磁軛組是一單一鐵磁性基座，該基座具有二相連的鐵磁性本體部，各本體部分別形成有端部，且該二本體部是以高磁阻區機械連接。
4.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的第一及第二磁軛組包括兩彼此分離的鐵磁性基座，各高磁阻區分別是位於該兩分離鐵磁性基座間的間隙。
5.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的第一或第二，或者第一和第二磁軛組構成有與各端部間距為偶數磁極間距的輔助端部。
6.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的第一磁軛組構成有一與第一端部及第二端部等間距的一共享輔助端部。
7.根據權利要求1所述的內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其特徵在於所述的第一或第二磁軛組構成有朝向第二或第一磁軛組彼此對應延伸的供各對應線圈組穿套設置的突出部。
專利摘要一種內定子磁軛具相鄰端部的步進電機，其中，置於外轉子內的內定子包括第一及第二磁軛組，第一磁軛組具有朝永磁外轉子內側的第一及第二端部，第二磁軛組則具有第三及第四端部，二線圈組分別磁性導通第一與第三端部、及第二與第四端部；因第一與第三端部之間的間距、及第二端部與第四端部之間的間距均等於相鄰磁極間距；使磁軛組的兩對應端部分別面向外轉子的相鄰磁極，提供最短的低磁阻磁路。另加輔助端部，更能有效地利用磁能、降低損耗，且磁軛組結構紮實，機械強度佳，而線圈組可先繞完再與磁軛組結合，更能降低製造難度而提高效率。
文檔編號H02K37/12GK2826815SQ20052012230
公開日2006年10月11日 申請日期2005年9月9日 優先權日2005年9月9日
發明者李正隆, 李東諺 申請人:晉裕工業股份有限公司