[实用新型]单片机直接驱动的单轴微型步进电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种单片机直接驱动的单轴微型步进电机，主要应用于各类数字化指针式仪表的指针驱动。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行部件，通过电机的输出轴带动仪表指针，是实现数字化仪表的关键元器件之一。相对于模拟电磁式仪表，步进电机式仪表由于取消了油丝等阻尼部件，具有指示精度高，使用寿命长，可靠性高等多种优点，特别是其数字化处理数据方式，既满足了人们的观察习惯，更是模拟电磁式仪表的最佳更新换代产品。

目前比较常见的步进电机主要由外壳、永磁转子、定子铁心、两相线圈、驱动转子齿轮系、指针轴等组成。其工作原理大同小异，一般是向两相线圈施加精确控制的脉冲序列，周期性改变转子周围的磁场，从而使转子通过齿轮系驱动指针轴转动，以达到精确控制的目的。由于步进电机的固有步距角的限制，如果要实现指针的平滑无抖动转动，则需要进一步微步距细分控制，一般在步进电机的外部另加驱动电路的方法，从而使两相线圈内产生阶梯性变化的电流波，实际上是将步进电机的固有步距角进一步细分，实现指针平滑移动，但仪表用的步进电机几何尺寸小，精细加工技术复杂，成品率较低，国内制造有一定的难度，因此制约了该项先进技术在仪表市场的广泛应用。

目前国外的可直接驱动的单轴微型步进电机通常采用180∶1齿轮系传动，步进电机内部转子采用6个齿，相邻的齿距为60°，因此对应转子旋转180°，相当于转动轴指针转动180°/180＝1°，在两相六拍工作方式下，每一拍相当于转子旋转60°，指针驱动轴通过180∶1齿轮传动后旋转60°/180°＝1/3°，再通过4倍细分驱动方式，驱动轴可实现1/3°÷4＝1/12°微步转动。

但是这种步进电机有六个明显缺陷，第一，180∶1的齿轮系传动机构带来齿轮模具加工的难度，180个齿的齿轮模具需要特殊的数控设备来精细加工，目前国内制造有相当的难度，成品合格率较低，从而提高了生产成本；第二，在两相六拍工作方式下，每一工作节拍指示轴指针将旋转1/3°，所以其固有步距角为1/3°，这样转动时会有明显的抖动，不能模拟出类似电磁式仪表盘指针移动的平滑性；第三，由于固有步距角带来的误差同时限制了指示精度；第四，为实现指针旋转平滑，提高指示精度，必须通过在电机外另接驱动芯片并以4倍细分驱动方式，来实现指针轴的1/12°微步转动；第五，由于外接驱动芯片，因此电机输出脚不能与单片计算机I/O口直接接口，继而增加了使用者的麻烦，带来应有的诸多不便；第六，所有的传动轴均采用塑料材料，其耐磨性与耐久性均不理想。

发明内容

据此，本实用新型提供一种制造方便、加工简单、成本较低、指示精度高、可与单片计算机I/O口直接接口，且无须外部电路驱动的单轴微型步进电机。

本实用新型提出的新的技术方案如下：

1、所述的单片机直接驱动的单轴微型步进电机，包括外壳上盖(1)和下盖(2)、永磁转子(8)、定子铁心体(16)、相线圈(12)，I级和II级传动齿轮组等，其电机内置PCB板(14)，PCB板(14)上含专用驱动芯片IC(15)。

2、所述的单片机直接驱动的单轴微型步进电机，其电机内部设计了一个闭合的不规则环状定子铁心体(16)，定子铁心体由三片坡莫合金板重叠而成，左、右两相线圈(12)互成90°夹角分别固定在坡莫合金板构成的定子铁心体(16)上。

3、所述的单片机直接驱动的单轴微型步进电机，其电机内PCB板(14)包含一款带输入缓冲器的专用驱动芯片IC(15)，该驱动芯片(15)是一块贴片封装的8个引脚的专用芯片，其输出引脚OUTA1、OUTA2、OUTA3、OUTA4直接与电机左、右两相线圈相连，驱动芯片(15)的方向控制引脚(4)、转角控制引脚(5)、电源引脚VDD(7)、接地引脚VSS(6)直接引向电机外部，单片机I/O口可直接与方向控制引脚(4)、转角控制引脚(5)相连。

4、所述的I级传动齿轮系，包含主动轮(8)和从动轮(9)两个部分，其主动轮即永磁转子(8)是一个12个齿的转子，其中转子是以12个齿的塑料齿轮内，相嵌一个环型的永磁体，其转子轴(17)为不锈钢针，从动轮(9)具有72齿，其转轴(18)为不锈钢针。

5、所述的微型步进电机，其齿轮系统包含永磁转子(8)作为I级传动齿轮组的主动轮，再带动I级传动齿轮组的从动轮(9)，II级传动齿轮组主动轮(10)带动II级传动齿轮组从动轮(11)。