專利名稱：扁平型步進(jìn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，并且更具體地，本發(fā)明涉及一種扁平型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)在軸向上具有減小的尺寸。
背景技術(shù)：
近年來，在諸如打印機(jī)，傳真機(jī)以及軟盤(商標(biāo))驅(qū)動(dòng)器的各種電子設(shè)備中越來越需要高性能，并因此不斷地增大對具有諸如高扭矩的高性能以及具有諸如低變動(dòng)力矩(cogging torque)和低振動(dòng)的高質(zhì)量步進(jìn)電機(jī)的需求。PM(永磁體)類型的步進(jìn)電機(jī)在某種程度上滿足上述要求，并廣泛地應(yīng)用在電子設(shè)備中。
圖1至圖5對廣泛使用的傳統(tǒng)PM類型的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了解釋，其中圖1是該步進(jìn)電機(jī)的局部剖切的透視圖，圖2是該步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)定子單元的(局部)剖面圖，圖3是該步進(jìn)電機(jī)的定子組件的分解透視圖，圖4是該步進(jìn)電機(jī)的軸向剖面圖，圖5是該步進(jìn)電機(jī)定子組件的內(nèi)圓周(極齒(poleteeth))的展開圖。
圖1中所示的是從一塊不銹鋼板上沖壓出來的前板1；由浸油合金所制成的前軸承2；從軟磁性鋼板沖壓出來并且形成環(huán)形形狀的定子磁軛3，3’，在其內(nèi)部圓周具有向上彎曲的極齒10；線圈4，4，每個(gè)線圈包括線圈架5，該線圈架具有圍繞其纏繞的聚氨酯敷層的銅導(dǎo)線；兩個(gè)定子單元6，6’，每個(gè)定子單元容納線圈4并且彼此同軸相連來構(gòu)成定子組件7；作為旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)軸8；面對著定子磁軛3，3’的極齒10并且在外圓周上具有多個(gè)磁極11(見圖4)的場轉(zhuǎn)子磁體(field rotor magnet)9；以及與轉(zhuǎn)子磁體9和旋轉(zhuǎn)軸8相連由此構(gòu)成轉(zhuǎn)子組件22的套管12(見圖4)。
參考圖3，每個(gè)定子單元6，6’包括定子磁軛3和3’，當(dāng)定子磁軛3和3’彼此耦合時(shí)，相應(yīng)的極齒10被布置成以其間恒定的間隔彼此互相咬合，如圖2所示，其中定子磁軛3的極齒10從定子磁軛3’的極齒10偏移180度的電角度。通過使用聚合材料的模制方法，或者通過等離子體焊接方法將構(gòu)成定子組件7的兩個(gè)定子單元6和6’彼此同軸地連接在一起，從而使相互咬合的定子單元6和6’的極齒10彼此偏移90度的電角度。
參考圖4，轉(zhuǎn)子組件22構(gòu)成為使得作為旋轉(zhuǎn)中心軸線的軸8被壓配合在套管12中，該套管被插入場轉(zhuǎn)子磁體9中并且被粘結(jié)到該場轉(zhuǎn)子磁體9上以與之同心。如此構(gòu)成有多極磁化的場轉(zhuǎn)子磁體9的轉(zhuǎn)子組件22可旋轉(zhuǎn)地保持在定子組件7中，且旋轉(zhuǎn)軸8插入而穿過前軸承2和后軸承16，該前、后軸承都由浸油合金所制成并且分別固定到前板1和后板15上，從而使具有多個(gè)磁極11的場轉(zhuǎn)子磁體9面對著定子組件7的內(nèi)圓周(由極齒10所定義)，且其間具有小的氣隙以使它們彼此間同心。前、后板1和15通過例如等離子焊接的方法被分別固定連接到定子6和6’上。
圖5中以展開的方式示出定子單元6和6’的極齒10的一個(gè)例子。在這個(gè)例子中，每個(gè)定子單元6，6’在360度空間角內(nèi)具有10個(gè)極齒10，并且該極齒10具有與轉(zhuǎn)子磁體9的磁極11(在圖中未示出)的寬度相同的間距。
所述電子設(shè)備不斷減小尺寸且外形輪廓降低，因此，要求包括PM類型的步進(jìn)電機(jī)在內(nèi)的這些設(shè)備中的元件減小尺寸和外形輪廓。特別地，即使導(dǎo)致水平面積尺寸的增加，也非常需要PM類型步進(jìn)電機(jī)的小型化。但是，從圖1和圖4得知，上述傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)具有兩個(gè)定子單元6和6’，它們在軸向上堆疊在一起，這就限制了對軸向尺寸的減少，即限制了外形輪廓的減少。
本發(fā)明根據(jù)上述情況提出，其目的在于提供一種小型化的步進(jìn)電機(jī)，其進(jìn)一步地減少了在軸向的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明，一種步進(jìn)電機(jī)包括(a)由第一和第二定子單元構(gòu)成的定子組件，第一和第二定子單元這樣構(gòu)成，即使得對于上和下定子磁軛，上和下定子磁軛中每個(gè)具有多個(gè)沿其一側(cè)形成并朝彼此向上彎曲的極齒，并且定子磁軛具有朝向它的與具有極齒一側(cè)相反的一側(cè)布置的勵(lì)磁線圈，該上和下定子磁軛以它們相應(yīng)的極齒彼此偏移180度電角度的方式相互耦合，并且第一和第二定子單元通過在它們之間插入的非磁性材料的墊片而使它們相應(yīng)的最前面彼此連接，使得最靠近該墊片定位并且彼此相鄰的相應(yīng)遠(yuǎn)端極齒相互偏移90度或270度的電角度；以及(b)轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括中空圓柱磁體，并且可旋轉(zhuǎn)地居中放置在定子組件中，使得磁體面對定子磁軛的極齒，且其間具有小的氣隙。相對于兩個(gè)定子單元同心地彼此堆疊的傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來說，如此構(gòu)造的步進(jìn)電機(jī)具有減小的軸向尺寸(輪廓)，因此可以成功地獲得小輪廓的步進(jìn)電機(jī)。
在小輪廓的步進(jìn)電機(jī)中，每個(gè)上定子磁軛和下定子磁軛被成形為半圓環(huán)，具有多個(gè)沿其內(nèi)圓周形成的極齒，并且具有形成在其外圓周上以致在相對于極齒的方向上突出的磁路部分，該磁路部分使其遠(yuǎn)端部插入到纏繞有勵(lì)磁線圈的線圈架的中空部分內(nèi)。
同樣，在小輪廓電機(jī)中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙ㄗ訂卧ㄟ^注入樹脂彼此被固定連接時(shí)，插入到其間的墊片可以被消除或由注入的樹脂所替代，因此可以減少元件的數(shù)量。


圖1是傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)的局部剖面透視圖圖2是圖1中所示傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)定子單元的(局部)橫截面；圖3是圖1中所示傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)定子組件的分解透視圖；圖4是圖1中所示傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)定子組件的軸向剖面圖；圖5是圖1中所示傳統(tǒng)PM類型步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)定子組件的內(nèi)圓周(極齒)的展開圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的小輪廓步進(jìn)電機(jī)相關(guān)部件的分解透視圖；圖7A是圖6中所示小輪廓步進(jìn)電機(jī)的上定子磁軛的透視圖；以及圖7B是小輪廓步進(jìn)電機(jī)的下定子磁軛的透視圖；以及圖8是圖6中所示小輪廓步進(jìn)電機(jī)的軸向橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
參考圖6，本發(fā)明的小輪廓步進(jìn)電機(jī)通常包括兩個(gè)定子單元A，B，它們兩維地彼此連接以構(gòu)成定子組件，該定子組件具有相對于連接線基本上對稱的結(jié)構(gòu)；以及轉(zhuǎn)子組件50，該組件將在下面進(jìn)行描述。定子單元A包括彼此耦合的上和下定子磁軛30和31，以及纏繞線圈架41的勵(lì)磁線圈40，而定子單元B包括彼此耦合的上和下定子磁軛32和33，以及纏繞線圈架43的勵(lì)磁線圈42。線圈40，42具有各自的連接端40a，42a。
通過關(guān)注定子磁軛，圖7A和圖7B對小輪廓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了解釋，其中圖7A示出彼此相對放置的上定子磁軛30和32，而圖7B示出彼此相對放置的下定子磁軛31和33。每個(gè)定子磁軛30，32，31和33都是由軟磁性鋼板被沖壓成的半個(gè)圓環(huán)，其具有沿內(nèi)圓周排列并且向上彎曲的極齒，并且具有從外部圓周的中間部分向外延伸的磁路部分。
定子單元A的上、下定子磁軛30，31具有各自的極齒陣列30e，31e，而定子單元B的上、下定子磁軛32，33具有各自的極齒陣列32e，33e。極齒陣列30e包括以規(guī)則間隔沿上定子磁軛30的半圓環(huán)的內(nèi)圓周設(shè)置的多個(gè)極齒30a至30d，極齒陣列31e，32e，33e也是用上述相同的方法由各自的極齒31a至31d，32a至32d，以及33a至33d所構(gòu)成的。
參考圖6，7A和7B，定子磁軛30，31，32和33具有相應(yīng)的磁路部分30b，31b，32b和33b，它們的遠(yuǎn)端彎曲由此形成各自的彎曲部分30c，31c，32c和33c。每個(gè)定子磁軛30，31，32和33具有由極齒構(gòu)成的相應(yīng)的極齒陣列，極齒在數(shù)量上適應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的步數(shù)，并且以規(guī)律的間隔排列，上定子磁軛30和32的極齒從下定子磁軛31和33的極齒偏移180度的電角度。
基本上，本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成為使得兩個(gè)上定子磁軛分別耦合到兩個(gè)下定子磁軛，因此構(gòu)成兩個(gè)定子單元，這兩個(gè)定子單元在形狀上象半個(gè)圓環(huán)，如圖5所示，每個(gè)定子單元具有占據(jù)著360度空間角中的180度空間角的極齒陣列，并且每個(gè)定子單元形成單獨(dú)的磁路。上定子磁軛的極齒與下定子磁軛的極齒以180度電角度的偏移相互咬合。
特別地，定子單元A構(gòu)成為使得上定子磁軛30耦合到下定子磁軛31，從而形成它們相應(yīng)極齒以180度的電角度相互偏移的半個(gè)圓環(huán)，并且彎曲部分30c，31c插入到纏繞有勵(lì)磁線圈40的線圈架41的中空部分41a中，并且它們相應(yīng)的端部彼此連接。以相同的方法，定子單元B構(gòu)成為使得上定子磁軛32耦合到下定子磁軛33上，從而形成使它們的各自極齒彼此偏移180度電角度的半圓形，并且使得彎曲部分32c，33c被插入到纏繞有勵(lì)磁線圈42的線圈架43的中空部分43a中，使它們相應(yīng)的端部彼此連接。
如此構(gòu)成的定子單元A，B通過各自的非磁性材料的墊片60將它們各自的半圓環(huán)的端部相互連接，該墊片插入在上定子磁軛30和32之間以及下定子磁軛31和34之間，從而使定子單元中的靠近墊片60定位并彼此相鄰的各自遠(yuǎn)端極齒以90度或270度的電角度彼此偏移。由此，形成基本上呈環(huán)形的定子組件。特別地，在圖7A和圖7B中，上定子磁軛30遠(yuǎn)端定位的極齒30a，30d從上定子磁軛32遠(yuǎn)端定位的極齒32a，32d分別偏移90度或270度的電角度，并且下定子磁軛31的遠(yuǎn)端定位的極齒31a，31d從下定子磁軛33的遠(yuǎn)端定位的極齒33a，33d分別偏移90度或270度的電角度。在這種連接中，定子磁軛可以形成有減少數(shù)量的極齒，從而獲得以90度或270度的電角度偏移的上述極齒的布局。
以旋轉(zhuǎn)軸55作為其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的上述定子組件50可轉(zhuǎn)動(dòng)地保持在定子組件內(nèi)側(cè)，且該定子組件距定子單元A，B的極齒保持小的氣隙。轉(zhuǎn)子組件50用和傳統(tǒng)方法相同的方法所構(gòu)成，并且具有構(gòu)成其外圓周的中空圓柱狀的永磁體51，該永磁體設(shè)置有多個(gè)以規(guī)則間隔排列的磁極。
假設(shè)轉(zhuǎn)子組件50使其外圓周以規(guī)則間隔多級磁化，并且假設(shè)定子單元A，B的極齒以規(guī)則間隔排列，由于定子單元A，B形成一個(gè)環(huán)形定子組件，且它們相應(yīng)的極齒彼此偏移90度的電角度，可能會(huì)發(fā)生定子單元A，B在極齒數(shù)量上相互不匹配的情況，該情況可能會(huì)導(dǎo)致定子單元A，B在兩個(gè)部分彼此連接，使得它們彼此相鄰的相應(yīng)的遠(yuǎn)端極齒在一個(gè)部分處彼此偏移90度的電角度，而在另一部分處彼此偏移270度的電角度。
圖8是如此構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)的剖面圖。如圖所示，該步進(jìn)電機(jī)為小輪廓結(jié)構(gòu)，其軸向尺寸大約是傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的一半。
在圖8中，模制樹脂70被用來將上定子磁軛30/32和下定子磁軛31/33保持在一起，并且定子單元A，B也由模制樹脂被固定在一起。特別地，經(jīng)由前板1和后板15利用焊接牢固設(shè)置到一起同時(shí)在其間插入非磁性墊圈60(見圖7A和7B)的定子單元A，B另外也可以和非磁性材料制成的墊圈60一起通過注射模制而牢固地樹脂模制到一起。在這種連接中，墊圈60可以通過注入的樹脂被消除和被代替，由此減少了零件數(shù)量。同樣，在這種情況下，可以更廣泛地填充樹脂，從而覆蓋具有勵(lì)磁線圈40和42的線圈架41和43，用于固定到定子磁軛30，31和32，33，這證明了對抵抗振動(dòng)來說是有利的。在耐熱方面，聚丙烯樹脂和聚丁二烯樹脂是優(yōu)選的。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明的小輪廓步進(jìn)電機(jī)可以優(yōu)選地結(jié)合到各種電子設(shè)備中，例如打印機(jī)，傳真機(jī)，軟盤(商標(biāo))驅(qū)動(dòng)器等等，隨著步進(jìn)電機(jī)輪廓的減小這些設(shè)備的尺寸也逐漸減小。
權(quán)利要求
1.一種小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其特征在于，包括(a)由第一和第二定子單元構(gòu)成的定子組件，第一和第二定子單元各自構(gòu)成為使得對于上和下定子磁軛，每個(gè)定子磁軛具有多個(gè)沿其一側(cè)形成且朝向彼此向上彎曲的極齒，且上和下定子磁軛具有勵(lì)磁線圈，該勵(lì)磁線圈朝向定子磁軛中的與具有極齒的一側(cè)相反的一側(cè)布置，該上和下定子磁軛彼此耦合，同時(shí)它們相應(yīng)的極齒彼此偏移180度的電角度，第一和第二定子單元利用在它們之間插入的非磁性材料的墊片而將它們相應(yīng)的最前面彼此連接，使得最靠近該墊片定位并且彼此相鄰的相應(yīng)的遠(yuǎn)端極齒相互偏移90度或270度的電角度；以及(b)轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括中空圓柱磁體，并且可旋轉(zhuǎn)地居中設(shè)置在定子組件的內(nèi)側(cè)，使得磁體面對定子磁軛的極齒，且其間具有小的氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，每個(gè)上定子磁軛和下定子磁軛成形為半圓環(huán)，具有多個(gè)沿其內(nèi)圓周形成的極齒，并且具有形成在其外圓周上從而在與極齒相對的方向上突出的磁路部分，該磁路部分使其遠(yuǎn)端部插入到纏繞有勵(lì)磁線圈的線圈架的中空部分內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，極齒被成形為梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，第一和第二定子單元通過注入樹脂彼此牢固連接，且在它們之間插入墊片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，墊片由所注入的樹脂所替代，所述注入的樹脂用于將第一和第二定子單元彼此牢固連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，纏繞有勵(lì)磁線圈的線圈架通過注入的樹脂固定到定子磁軛上，所述注入的樹脂用于將第一和第二定子單元彼此固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小輪廓步進(jìn)電機(jī)，其中，通過等離子體焊接將第一和第二定子單元彼此牢固地連接，且墊片插入到第一和第二定子單元之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種扁平型步進(jìn)電機(jī)，這種步進(jìn)電機(jī)組裝在小型和小輪廓的電子設(shè)備中，例如打印機(jī)，傳真機(jī)，軟磁盤驅(qū)動(dòng)器等。該步進(jìn)電機(jī)包括一對定子單元(A、B)構(gòu)成的定子組件，以及可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置定子組件中心的轉(zhuǎn)子組件(50)。每個(gè)定子單元(A或B)形狀和結(jié)構(gòu)彼此相同，并且還包括多個(gè)朝上和朝下的極齒，其中，兩個(gè)上和下定子磁軛(30、31或32、33)彼此結(jié)合，使得極齒以相對彼此偏移180度電角度的相位彼此嚙合，勵(lì)磁線圈(40或42)設(shè)置在極齒的相反一側(cè)上，定子組件通過將該對定子單元的尖端通過非磁性材料的墊片彼此連接而形成，使得彼此相鄰的極齒之間的間隔相互之間為90度或270度的電角度。
文檔編號(hào)H02K37/14GK1630975SQ03803740
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月14日
發(fā)明者松下晉武 申請人:美蓓亞株式會(huì)社