高功率高轉矩步進電機的製作方法
2023-06-08 21:30:21
專利名稱：高功率高轉矩步進電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用磁場與通電而產生轉動的步進電機，特別涉及一種高 功率高轉矩步進電機。
背景技術：
步進電機是利用電場、磁場、動作或力矩的交互作用而運作，而電場 的產生是利用電流通過磁場內線圈時產生，電場與步進電機的性能有絕對 關係，採用改變通過線圈的電流量或調整外圍的電磁場強度可控制步進電 機轉動的速度，但如何在不改變電流量與步進電機原有基本架構下，增加 步進電機的性能是已有技術中的空缺。
步進電機的應用範圍廣泛，而步進電機的優劣是取決於輸入的功率與 輸出的效率比，目前步進電機均具有一個定子，在該定子內設有一個轉子， 其中，定子具有定子外徑，定子外徑內設有磁場空間，磁場空間周緣間隔 設置有數個定子磁極，轉子在定子磁極的內周緣配合轉動，定子磁極上繞 設有線圈，電場是利用線圈通過電流後產生，定子磁極上繞設線圈的方式 與所產生的電磁場強度有關，不同的繞設線圈方式影響步進電機的性能。
目前步進電機上定子磁極所繞設的線圈方式沒有特定的原理，繞設方 式的組合排列方式眾多，現有技術中步進電機上定子磁極所繞設線圈的方 式完全是以方便巻繞加工為優先考慮，並未將步進電機的最佳效能發揮出， 因此銅損與鐵損質大，影響步進電機的輸出功率。如已有技術中的一種線圈方式，A相繞線組系以第一定子磁極先正轉 圈繞，繞往第三定子磁極改為逆轉，再依序往第五、七定子磁極後又以正 轉方向圈繞，B相繞線組則系以第二定子磁極正轉圈繞，往第四定子磁極 改為逆轉，再往第六、八定子磁極後又同時以正轉圈繞，該得到的繞組因 子為0. 353，該種線圈方式的步進電機效率低。
已有技術中的另一種線圈方式，A相繞線組系以正轉方式依序圈繞第 一定子磁極、第三定子磁極、第五定子磁極、第七定子磁極，B相繞線組 系以正轉方式依序圈繞第二定子磁極、第四定子磁極、第六定子磁極、第 八定子磁極，該得到的繞組因子為0. 5，這種線圈方式的步進電機效率僅略 微增加。
在已有技術中還有另外一種線圈方式，A相繞線組以第一定子磁極正 轉圈繞，繞往第三定子磁極改為逆轉，再依序往第五定子磁極、第八定子 磁極以正轉圈繞，B相繞線組則以第二定子磁極正轉圈繞，繞往第四定子 磁極改為逆轉，再依序往第六定子磁極、第七定子磁極改以正轉圈繞，這 種線圈方式得到的繞組因子為0. 559，該種線圈方式的步進電機效率僅略微 增加。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高功率高轉矩步進電機，能夠 在不改變電流量與步進電機原有基本架構下，增加步進電機的性能，特別 是將線圈以最佳效能方式配線巻繞使其改變繞組因子及輸出反應電動勢， 而達到最佳步進電機輸出效能。為解決上述技術問題，本發明高功率高轉矩步進電機的技術方案是， 所述的步進電機包含有定子及設在定子內的轉子，其中，定子內部周緣 間隔設有八個定子磁極，這些定子磁極上有一個A相繞線組及一B個相繞 線組巻繞，A相繞線組是依序巻繞在第一定子磁極、第三定子磁極、第五 定子磁極及第七定子磁極上，並且所述的A相繞線組巻繞在第一定子磁極 以一方向巻繞，A相繞線組在第三定子磁極上以與A相繞線組在第一定子 磁極上相反的方向巻繞，A相繞線組在第五定子磁極上以與A相繞線組在 第一定子磁極上相同的方向巻繞，最後A相繞線組在第七定子磁極上以與 A相繞線組在第一定子磁極上相反方向巻繞，B相繞線組是依序巻繞在第 二定子磁極、第四定子磁極、第六定子磁極及第八定子磁極上，且B相繞 線組巻繞在第二定子磁極是以一方向巻繞，B相繞線組在第四定子磁極上 以與B相繞線組在第二定子磁極上相反的方向巻繞，B相繞線組在第六定 子磁極上以與B相繞組線在第二定子磁極上以同一方向巻繞，最後B相繞 線組在第八定子磁極上以與B相繞線組在第二定子磁極上相反方向巻繞， 且步進電機纏繞A相繞線組與B相繞線組後的繞組因子為0. 6至0. 8之間。
本發明的高功率高轉矩步進電機，將步進電機定子的八個定子磁極以 A相繞線組及B相繞線組通過特定的順序與方法巻繞，增加繞組因子使磁
場空間內的電磁場強度提升，並改變反應電動勢大小。因此，本發明能通 過相同的輸入功率，得到更高的輸出功率，大大提升步進電機的工作效率。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明步進電機定子磁極的配線與巻繞方法示意圖2為本發明步進電機的定子磁極以A相繞線組配線與巻繞方法示意
圖3為本發明步進電機的定子磁極以B相繞線組配線與巻繞方法示意圖。
圖中附圖標記中，定子為10;磁場空間為ll;轉子為20;第一定子磁 極為121;第二定子磁極為122;第三定子磁極為123;第四定子磁極為124; 第五定子磁極為125;第六定子磁極為126;第七定子磁極為127;第八定
子磁極為128; A相繞線組為30; B相繞線組為40。
具體實施例方式
如圖1所示，步進電機的定子IO，該定子IO內設有轉子20配合產生 轉動，其中，該定子10內部設有磁場空間11,該磁場空間ll周緣並間隔 設置有八個定子磁極121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128,這八個 定子磁極分別為第一定子磁極121、第二定子磁極122、第三定子磁極123、 第四定子磁極124、第五定子磁極125、第六定子磁極126、第七定子磁極 127及第八定子磁極128,該些定子磁極121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128配合巻繞有A相繞線組30及B相繞線組40。
A相繞線組30是依序巻繞在第一定子磁極121、第三定子磁極123、 第五定子磁極125及第七定子磁極127上，如圖2所示，當A相繞線組30 巻繞過第一定子磁極121時是以逆時針方向巻繞的，而A相繞線組30延伸 到第三定子磁極123則是以順時針方向巻繞，當A相繞線組30延伸到第五定子磁極125是以逆時針方向巻繞，最後當A相繞線組30延伸到第七定子 磁極127是以順時針方向巻繞，而B相繞線組40是依序巻繞在第二定子磁 極122、第四定子磁極124、第六定子磁極126及第八定子磁極128上，如 圖3所示，當B相繞線組40巻繞過第二定子磁極122時是以逆時針方向巻 繞，而B相繞線組40延伸到第四定子磁極124是以順時針方向巻繞，B相 繞線組40延伸到第六定子磁極126是以逆時針方向巻繞，最後B相繞線組 40延伸到第八定子磁極128是以順時針方向巻繞。
步進電機的該定子10的八個定子磁極121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128以A相繞線組30及B相繞線組40通過前述順序與方法巻繞，有 利於增加磁場空間ll內的電磁場強度，能得到高效率與高轉矩，以提升步 進電機之效能，且步進電機纏繞A相繞線組30與B相繞線組40後的繞組 因子為0.6至0.8之間，其中繞組因子使用以0.707為最佳，該繞組因子 為步進電機的分布因子乘以節距因子而得。
A相繞線組30是依序巻繞第一定子磁極121、第三定子磁極123、第 五定子磁極125及第七定子磁極127， B相繞線組40是依序巻繞第二定子 磁極122、第四定子磁極124、第六定子磁極126及第八定子磁極128;第 一定子磁極121、第二定子磁極122、第五定子磁極125及第六定子磁極126 為逆時針方向巻繞，該第三定子磁極123、第四定子磁極124、第七定子磁 極127及第八定子磁極128為順時針方向巻繞。
其中，第一定子磁極121、第二定子磁極122、第五定子磁極125及第 六定子磁極126亦能為順時針方向巻繞，相對第三定子磁極123、第四定子磁極124、第七定子磁極127及第八定子磁極128則以相反的逆時針方向巻 繞，這樣可以同樣起到增大步進電機工作效率的作用。
本發明步進電機的定子10的八個定子磁極121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128，以A相繞線組30依序巻繞第一定子磁極121、第三定子 磁極123、第五定子磁極125及第七定子磁極127，及以B相繞線組40依 序巻繞第二定子磁極122、第四定子磁極124、第六定子磁極126及第八定 子磁極128;第一定子磁極121、第二定子磁極122、第五定子磁極125及 第六定子磁極126為同一方向巻繞，第三定子磁極123、第四定子磁極124、 第七定子磁極127及第八定子磁極128為相逆方向巻繞，通過上述的繞線 順序和繞線的方式，本發明能夠增加繞組因子使磁場空間11內的電磁場強 度提升，並改變反應電動勢大小，以得到高效率與高轉矩的步進電機效能， 且不需要改變輸入電流量與步進電機原有的基本架構，兼具幵發成本低與 製程容易的優點。
權利要求
1.一種高功率高轉矩步進電機，所述的步進電機包含有定子及設在定子內的轉子，其中，定子內部周緣間隔設有八個定子磁極，這些定子磁極上有一個A相繞線組及一B個相繞線組卷繞，其特徵在於A相繞線組是依序卷繞在第一定子磁極、第三定子磁極、第五定子磁極及第七定子磁極上，並且所述的A相繞線組卷繞在第一定子磁極以一方向卷繞，A相繞線組在第三定子磁極上以與A相繞線組在第一定子磁極上相反的方向卷繞，A相繞線組在第五定子磁極上以與A相繞線組在第一定子磁極上相同的方向卷繞，最後A相繞線組在第七定子磁極上以與A相繞線組在第一定子磁極上相反方向卷繞，B相繞線組是依序卷繞在第二定子磁極、第四定子磁極、第六定子磁極及第八定子磁極上，且B相繞線組卷繞在第二定子磁極是以一方向卷繞，B相繞線組在第四定子磁極上以與B相繞線組在第二定子磁極上相反的方向卷繞，B相繞線組在第六定子磁極上以與B相繞組線在第二定子磁極上以同一方向卷繞，最後B相繞線組在第八定子磁極上以與B相繞線組在第二定子磁極上相反方向卷繞，且步進電機纏繞A相繞線組與B相繞線組後的繞組因子為0.6至0.8之間。
2. 根據權利要求1所述的高功率高轉矩步進電機，其特徵在於，A相 繞線組巻繞在第一定子磁極與第五定子磁極為順時針方向，A相繞線組巻 繞在第三定子磁極與第七定子磁極為逆時針方向，B相繞線組巻繞在第二 定子磁極與第六定子磁極為順時針方向，B相繞線組巻繞在第四定子磁極 與第八定子磁極為逆時針方向。
3. 根據權利要求1所述的高功率高轉矩步進電機，其特徵在於，A相繞線組巻繞在第一定子磁極與第五定子磁極為逆時針方向，A相繞線組巻 繞在第三定子磁極與第七定子磁極為順時針方向，B相繞線組巻繞在第二 定子磁極與第六定子磁極為逆時針方向，該B相繞線組巻繞在第四定子磁 極與該八定子磁極為順時針方向。
4.根據權利要求1所述的高功率高轉矩步進電機，其特徵在於，繞組 因子為0. 707。
全文摘要
本發明公開了一種高功率高轉矩步進電機，將步進電機的定子上的第一定子磁極、第二定子磁極、第三定子磁極、第四定子磁極、第五定子磁極、第六定子磁極、第七定子磁極及第八定子磁極，以A相繞線組依序卷繞第一定子磁極、第三定子磁極、第五定子磁極及第七定子磁極，再以B相繞線組依序卷繞第二定子磁極、第四定子磁極、第六定子磁極及第八定子磁極，且第一定子磁極、第二定子磁極、第五定子磁極及第六定子磁極為相同方向卷繞，第三定子磁極、第四定子磁極、第七定子磁極及第八定子磁極為相逆方向卷繞。本發明能夠在不改變電流量與步進電機原有基本架構下，增加步進電機的性能。
文檔編號H02K3/28GK101685992SQ200810166320
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月22日 優先權日2008年9月22日
發明者張家銘, 江新安 申請人:大銀微系統股份有限公司