專利名稱：改進型步進電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步迸電機，更具體地說，涉及對步進電機及其定子、線圈鐵芯 的結(jié)構(gòu)的改進。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的用于汽車儀表組的步進電機由齒輪驅(qū)動，以實現(xiàn)前儀表盤上的模擬 顯示。但是，現(xiàn)有的一些步進電機結(jié)構(gòu)中，定子本身等腰梯形的形狀使得線圈 纏繞困難，難以制造，因此非常昂貴。還有一些步進電機中的定子需要進行機 械加工，使其成本亦非常昂貴?，F(xiàn)有的步進電機中，定子多采用代表性的鎳鐵型(NiFe)軟磁合金，并不 經(jīng)濟。由于鎳鐵型合金是軟性材料，在熱處理過程和后續(xù)的處理過程中，鎳鐵 型合金的幾何特征易于扭曲和彎曲。這些變形會影響材料的磁性。此外，鎳鐵 型合金制成的線圈鐵芯和定子還很難維持其平直度，并且十分昂貴。在易變的氣候和潮濕的環(huán)境下，在汽車、工業(yè)儀表組和時鐘機構(gòu)中采用上 述類型的步進電機，鎳鐵型合金制成的定子或線圈鐵芯由于其一般含有40% -80%的鎳成分而不易被腐蝕，但其主要的缺陷是制造昂貴并難以維持其幾何 形狀的平直度，而這對于磁性和磁通量合理分配以實現(xiàn)平滑且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 是至關(guān)重要的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種改進 的步進電機，采用硅鐵型合金制成的定子和線圈鐵芯，降低成本，并可提高性 能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種步進電機，包括轉(zhuǎn)
子、定子以及線圈鐵芯和線圈組成的線圈組，其中所述定子和/或線圈鐵芯由 硅鐵型合金制成。上述步進電機中，所述硅鐵型合金的硅含量為1.5%-6%，推薦的硅含量約為3%。上述步進電機中，所述硅鐵型合金內(nèi)含有高達0.8%的鋁和錳。上述步進電機中，所述定子的中部沿其中心軸線對稱設(shè)置有加強件。所述 加強件沿定子的中心軸線對稱設(shè)置并與定子的上部和下部連接?；蛘撸黾?強件繞定子的中心設(shè)置并連接定子的下部。所述加強件的外側(cè)沖壓形成有連接 所述加強件以及定子的上、下部且在裝配步進電機時可移除的肋條。上述步進電機中，所述定子和線圈鐵芯的表面紋理方向與制造所述定子和 線圈鐵芯時的軋輥方向平行。上述步進電機中，所述定子和/或線圈鐵芯表面設(shè)有防腐涂層，所述防腐 涂層可以是丙烯酸涂層。實施本發(fā)明的步進電機，具有以下有益效果通過采用便宜的硅鐵型合金 制成定子和線圈鐵芯，本發(fā)明的步進電機成本得到顯著降低，但是卻能獲得與 鎳鐵型步進點進相當?shù)男阅?，可以承受彎曲和扭曲并提供穩(wěn)定引導(dǎo)的磁通量， 可經(jīng)濟地用于汽車儀表盤、工業(yè)計量表和時鐘裝置。


圖1是本發(fā)明步進電機的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明定子上增加加強件的一種改進的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明定子上增加加強件的另一種改進的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明制造定子/線圈鐵芯時表面紋理方向平行于軋輥方向的示意圖。附圖標號清單1轉(zhuǎn)子 6， 7 加強件2定子 8 肋條3 線圈組 9 軋輥方向4線圈 10 紋理方向5線圈鐵芯具體實施方式
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明-如圖1所示，步進電機主要由轉(zhuǎn)子1、定子2以及包括線圈鐵芯5和線圈 4的線圈組3組成。為了使步進電機能夠維持高性能運行，步進電機中的由定 子2和線圈鐵芯5組成的磁路必須由滲透性好、矯頑磁場低且電阻抗系數(shù)大的 材料制成。因此，本發(fā)明的實施例中，定子2和線圈鐵芯5由硅鐵型(SiFe) 合金制成。將鐵與硅煉制成的合金相比于不含硅的合金，可以獲得更高的電阻系數(shù)， 從而降低渦流損耗。在室溫20"C下，48%的鎳鐵型(NiFe)合金和80%的鎳 鐵型合金的電阻系數(shù)約為50-60微歐/厘米，而對于硅鐵型合金而言，其電阻 系數(shù)可達70微歐/厘米。由于流經(jīng)鋼內(nèi)的渦流的量取決于電流通路的電阻系數(shù)， 因而在使用SiFe合金的情況下，渦流得到最小化。由于在實際步進電機運行過程中磁通翻轉(zhuǎn)是不斷變化的，被認為是高頻應(yīng) 用，因此定子和線圈鐵芯的厚度應(yīng)該盡可能的薄，因為渦流損耗是與該厚度的 平方成正比的。但是出于設(shè)計、制造和成本的考慮，定子和線圈鐵芯的厚度推 薦為0.4mm到0.8mm，以減少渦流損耗。此外，硅的加入還降低了磁滯損耗。隨著硅含量的增加，材料的硬度和屈 服強度隨之增加，但這同時使得材料非常地易碎并易延展，因而難以加工。因 此，本發(fā)明采用硅含量為1.5%-6%的硅鐵型合金，并最好使用硅含量為3%的 硅鐵型合金。硅含量約為3%的硅鐵型合金的硬度大約是185-230Hv。當硅含 量高達6%-7%時，雖然具有更好的磁性，但因太易碎而難以進行如沖壓甚至 機械加工之類較為經(jīng)濟的處理。此外，硅鐵型合金內(nèi)含有的鋁和錳達到0.8% 時，可以獲得很好的內(nèi)部材料顆粒結(jié)構(gòu)，以降低磁滯損耗。由于磁通量的方向不斷變化從而產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩或力距，因此本發(fā)明采 用各向同性的硅鐵型合金。在電磁路中，所有鐵芯損耗或電磁損耗產(chǎn)生的實際
效果是磁滯損耗和渦流損耗的總和，并且采用硅含量為1.5%-6%的硅鐵型合 金制成的定子和線圈鐵芯可降低鐵芯損耗，這樣可維持高飽和磁化強度。與低于15kG磁化強度的NiFe合金相比，本發(fā)明采用硅鐵型合金的磁化強度可超 過20kG。通過調(diào)整感應(yīng)系數(shù)、阻抗和線圈直徑后，本發(fā)明的硅鐵型的步進電 機可以獲得與鎳鐵型步進電機相當?shù)男阅埽浅杀镜玫斤@著降低。此外，本發(fā)明由硅鐵型軟磁合金制成的定子和線圈鐵芯可進行表面防腐處 理或者進行現(xiàn)有的各種其它可用的表面處理。目前可用的阻蝕劑非常多，使用 成本顯著便宜的硅鐵型合金再結(jié)合使用阻蝕劑進行表面處理時，所需的費用仍 然比鎳鐵型定子/線圈鐵芯的成本低。本發(fā)明一個實施例中使用的阻蝕劑是鈍化抑制劑，在硅鐵型合金的表面設(shè) 置鈍化層。這種鈍化抑制劑包括兩種類型氧化陰離子(無氧)和非氧化離子 (有氧)。這些抑制劑是最有效的，因而被廣泛使用，其中基于鉻酸鹽的抑制 劑是最便宜的一種。另一種便宜的選擇是耐用并持久的丙烯酸涂層，可通過例如浸漬、噴涂、 滾軋涂敷的方式實現(xiàn)。在圖1所示的步進電機中，定子2或線圈鐵芯5不管是由鎳鐵型合金還是 由硅鐵型合金制成，都通過連續(xù)沖壓或模壓以經(jīng)濟地方式制得。但是，在沖壓 過程中產(chǎn)生了應(yīng)變，即彈性應(yīng)變。彈性應(yīng)變在沖壓力移除之后就會消失。然而， 另一種塑性應(yīng)變在部件沖壓出來之后仍然會存在。即使是沖壓結(jié)束后，在部件 通過正常處理彎曲或變形時，仍會引起塑性應(yīng)變。塑性應(yīng)變會扭曲材料的晶體 結(jié)構(gòu)，影響定子和線圈鐵芯的磁性。由于步進電機尺寸都比較小，定子或線圈 鐵芯的微小變形都將影響電機的性能。因此，在電機運行過程中維持定子和/ 或線圈鐵芯的平直度是至關(guān)重要的。圖2示出了定子結(jié)構(gòu)的一種改進。如圖2所示，在定子的中部增加了由邊 界abcd和efgh所定義的加強件6，該加強件6增強了整個定子結(jié)構(gòu)的硬度。 其中，該加強件6沿定子的中心軸線對稱設(shè)置，加強件6的上端邊界ab和ef 與定子的上部相連，下端邊界cd、 gh與定子的下部連接，從而加強了整個定 子結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性，最小化了應(yīng)變，并在從沖壓到最后組裝的整個制造過
程中，維持了定子的平直度。通過該加強件，定子左右兩側(cè)的兩個線圈組3 產(chǎn)生的磁場將更加一致地引向轉(zhuǎn)子區(qū)域，更好地與磁通線對齊。這一加強件可 適用于鎳鐵型和硅鐵型兩種類型的定子和線圈鐵芯。由于其它配合的部件或結(jié)構(gòu)的約束或限制，需要設(shè)有間隙，圖3便是本發(fā) 明定子結(jié)構(gòu)的另一種改進。如圖3所示，增設(shè)的加強件7由邊界ljkl和mnop 所定義，其沿定子的中心軸線對稱設(shè)置并連接定子的下部，以留出與其它部件 或結(jié)構(gòu)配合的間隙空間。為了維持其硬度，在沖壓過程中，在定子的上下部之 間沿定子中心軸線對稱形成有如圖3中所示的肋條8，肋條8與加強件7以及 定子的上、下部連接。在經(jīng)過某些其它形式的處理例如熱處理之后，在組裝成 步迸電機之前，會先移除這些肋條8以便于與其它部件進行裝配。這一結(jié)構(gòu)也 將最小化整個定子的應(yīng)變。圖2和圖3的結(jié)構(gòu)在上述介紹中有所簡化，以便展示出本發(fā)明定子的結(jié)構(gòu) 改進，這些改進提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和硬度，最小化將損壞定子磁性晶體結(jié)構(gòu) 的應(yīng)變，并且這樣也減少了磁滯損耗和渦流損耗，保持了硅鐵型或鎳鐵型合金 的磁性，使其如剛從工廠生產(chǎn)出來時一樣。但是，本發(fā)明增設(shè)的加強件并不僅 限于圖2和圖3，還可以采用其它各種形式實現(xiàn)。圖2和圖3中的幾何特征的改進也有助于線圈組產(chǎn)生的磁通線與轉(zhuǎn)子的對 齊，實現(xiàn)一致的和穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。此外，圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)并不對本發(fā)明步 進電機中其它配合的部件和結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生任何限制。采用什么樣的定子/線圈鐵芯制造方法也會對轉(zhuǎn)子的扭矩或力拒產(chǎn)生影 響。圖4所示為本發(fā)明提出的一種定子/線圈鐵芯的制造方法，即在制造時保 持定子/線圈鐵芯的表面紋理方向10與軋輥硅鐵型合金時的軋輥方向9 一致， 即兩者平行。這樣的話，當產(chǎn)生磁場時，磁通線能夠更有效地引向轉(zhuǎn)子區(qū)域， 以實現(xiàn)更大的扭矩或力矩。另一方面，如果在制造定子/線圈鐵芯時使其表面 紋理方向垂直于軋輥方向，則磁通線的引導(dǎo)將較為低效，這樣將在轉(zhuǎn)子處產(chǎn)生 較小的扭矩或力矩。
權(quán)利要求
1、一種步進電機，包括轉(zhuǎn)子、定子以及線圈鐵芯和線圈組成的線圈組，其特征在于，所述定子和/或線圈鐵芯由硅鐵型合金制成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述硅鐵型合金的硅 含量為1.5%-6%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于，所述硅鐵型合金的硅 含量約為3%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的步進電機，其特征在于，所述硅鐵型合金 內(nèi)含有高達0.8%的鋁和錳。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述定子的中部沿其 中心軸線對稱設(shè)置有加強件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進電機，其特征在于，所述加強件沿定子的 中心軸線對稱設(shè)置并與定子的上部和下部連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進電機，其特征在于，所述加強件繞定子的 中心設(shè)置并連接定子的下部。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的步進電機，其特征在于，所述加強件的外側(cè)沖 壓形成有連接所述加強件以及定子的上、下部且在裝配步進電機時可移除的肋 條。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述定子和線圈鐵芯 的表面紋理方向與制造所述定子和線圈鐵芯時的軋輥方向平行。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述定子和/或線圈 鐵芯表面設(shè)有防腐涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種步進電機，包括轉(zhuǎn)子、定子以及線圈鐵芯和線圈組成的線圈組，其中所述定子和/或線圈鐵芯由硅鐵型合金制成。所述硅鐵型合金的硅含量為1.5％-6％，推薦的硅含量約為3％。所述定子上還設(shè)有增強其硬度、維持其平直度以最小化應(yīng)變的加強件。此外，本發(fā)明在制造時保持定子/線圈鐵芯的表面紋理方向與軋輥硅鐵型合金時的軋輥方向一致，使磁通線能夠更有效地引向轉(zhuǎn)子區(qū)域以實現(xiàn)更大的扭矩或力矩。本發(fā)明的步進電機成本得到顯著降低，但是卻能獲得與鎳鐵型步進點進相當?shù)男阅?，可以承受彎曲和扭曲并提供穩(wěn)定引導(dǎo)的磁通量，可經(jīng)濟地用于汽車儀表盤、工業(yè)計量表和時鐘裝置。
文檔編號C22C38/02GK101399466SQ200710077269
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者申小艷 申請人:申小艷