[发明专利]步进式机芯

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种步进式机芯，主要应用于汽车、摩托车用仪表。

二、背景技术

目前，公知的步进式机芯的原理、结构来源于石英手表机芯，与 石英手表机芯不同的是它有两组线圈，如图1所示。该结构源自石英 表机芯，有超薄、省电等特点。但由于石英手表电源来自于钮扣电池， 必须注重其运行中电力的消耗量，其线圈产生的磁场较弱，因此其导 磁材料要选择磁导率较高的铁镍合金。目前应用于车用仪表的步进式 机芯的结构与石英表的结构原理基本相同——不同的是步进式机芯 有两组线圈，以使转子能够朝顺时针和逆时针两个方向旋转——使得 该结构的机芯在材料选择上受到限制，成本较高，下面进行简述。

如图1所示，现有的步进式机芯定子线圈的磁芯与导磁片的结合 是靠上下壳扣合后压紧的，磁芯与导磁片之间有较大的空气隙，导致 磁阻较大；同时为了保证尺寸精度和结构强度，不得不在导磁片上增 加5个连接筋。有效的磁力线是从线圈磁芯出来，克服磁芯与导磁片 之间的空气隙后从磁芯传给导磁片，再克服导磁片与磁石之间的空气 隙从导磁片进入磁石，驱动磁石转动，再从磁石回到导磁片，最终从 导磁片回到线圈磁芯。在这个磁力线回路中，由于有四个空气隙，使 回路的磁阻增加、磁力线减少；同时因为在导磁片上还有5个连接筋， 分流了许多磁力线，使相当多的磁力线未经过磁石做功而直接回到了 线圈磁芯，使经过磁石的有效磁力线所占总磁力线的比例较少。为了 增加通过磁石的有效磁力线，设计者采用了减小连接筋的截面尺寸、 增加连接筋的长度、提高导磁片的导磁率、降低导磁片连接筋的磁饱 和强度等方法。这样一来虽使该结构步进式机芯成功应用于车用仪 表，但也存在加工要求较高、驱动力偏小、成本较高的缺陷。为了保 证足够的驱动能力，该结构机芯不得不采用价格很高的铁镍合金材料 作为导磁材料，采用超精密的冲压模具，导磁环加工成型后还需要进 行保护气氛或真空气氛的热处理，使整个产品的成本较高。另外，现 有步进式机芯结构中线圈引脚与线圈骨架是通过先热合、再胶粘的方 式连为一体，装配工序较多、工时效率较低，不但尺寸一致性不好， 可靠性也较差。

三、发明目的

为了克服现有的车用仪表用步进式机芯成本较高的不足，本发 明从普通步进电机的结构、原理出发，旨在提供一种新型的车用仪表 用步进式机芯，克服了现有步进式机芯的缺陷，降低加工难度、降低 生产成本、提高产品性能。

四、技术方案

本发明主要参考了普通步进电机的结构，采用电机工业常用导磁 材料，用普通工艺手段解决其技术问题。所采用的具体技术方案是： 转子采用外圆柱面为具有多个磁极的永磁体；将定子的导磁片做成环 形，环形内部设多个突出的极靴，将转子部件设在环形中间，使机芯 结构紧凑、磁回路磁阻减少；将两个线圈部件直接套在其中的两个极 靴上，以导磁环的极靴作为线圈的磁芯，使线圈尽可能地接近转子磁 石，在整个磁回路中只有极靴和转子部件的磁石之间有空气隙，使磁 回路的磁阻降低；同时在整个磁回路中没有任何使磁力线分流的结 构，线圈所产生的所有磁力线几乎都参与做功；为了实现“步进”的 功能，将转子部件中的磁石设计为有多个磁极的磁石，通过控制两组 线圈的通、断电，能使转子部件按照要求向顺时针(或逆时针)方向 转动；同时，由于磁回路结构的改变，可以相应增大转子部件中磁石 的尺寸，从而增加步进式机芯的驱动力、保持力；另外，采用注塑嵌 合的方式将线圈引脚与线圈骨架直接结合在一起，增加连接的可靠 性。

五、有益效果

本发明的有益效果是，由于该结构中的线圈部件是直接套在定子 的极靴上的，没有其它分磁结构，整个磁回路的磁阻损失、分磁损失 很小，磁效率大大提高；由于磁效率较高，在相同条件下该型机芯的 驱动力更大；又由于在汽车、摩托车用条件的电源与石英表使用的电 源——一般是使用电池——不同，可首先考虑产品的性能需要，可采 用常用的、价格较低的、磁饱和强度更高的铁磁材料，如硅钢片、纯 铁板、低碳钢板等廉价铁磁材料做导磁环，省去热处理工序；导磁环 结构用普通冲压工艺就能够解决，工艺简单；线圈引脚与线圈骨架的 结合采用注塑嵌合方式，连接可靠、减少了工序、降低了人工成本。 由于采用了以上的技术路线，从而使该型步进式机芯的成本较低、性 能更好。

六、附图说明