專利名稱：外轉子電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一外轉子電機，其用于諸如復印機或打印機那樣的一OA器具、計算機外圍設備、汽車、涉及FA(工廠自動化)的傳輸裝置等。
背景技術：
在一電機中，一裝備有永久磁體的轉子設置成面向定子的磁極，通過切換通過設置在定子單元內的多個線圈的電流的方向，致使轉子轉動。諸線圈連接到一電機的電路板以便切換電流的方向。作為一個實例，在一普通無電刷電機的情形中，定子芯上線圈的繞組方向設定為諸線圈平行于輸出軸纏繞(即，使繞組芯方向垂直于軸向方向)，繞組起始的引線端頭和線圈繞組端頭都沿軸向方向向外延伸，并連接到電機的電路板上。
另一方面，一爪極型步進電機包括一定子和一轉子，其中，定子通過同軸向地堆疊多個形成的定子單元而形成，這樣，各個線圈被定子軛和爪極夾在中間，它們接合在一起，而轉子裝備有永久磁體，使形成的磁極面向形成在定子軛上的爪極。在此爪極型步進電機中，線圈繞線筒上的線圈的纏繞方向垂直于軸向方向(而繞線筒的繞組芯與輸出軸同心)。繞組起始處的引線端頭和各線圈的繞組端頭，使用一內轉子電機內的定子軛的外圓周部分內的切去部分從線圈延伸出(見專利文獻1)，或從一外轉子電機內的定子軛的極齒之間朝向線圈的外圓周延伸，并連接到電機電路板上。如專利文獻2所述，還有一種方法，它按壓接線端以將動力供應到各線圈的線圈繞線筒內并實施一布線過程而連接引線端頭。
一爪極型步進電機組裝成使定子軛的極中心與相鄰定子軛的極中心沿圓周方向具有一預定的相位差。為此，例如，有一種方法，其中，凸出和凹陷設置在相鄰的定子軛上，使諸凸出和凹陷接合由此定位定子軛。再者，如專利文獻1所述，形成在線圈繞線筒上的凸出部分可裝配到設置在定子軛內的通孔內，這樣，電機裝配成具有形成在圓周方向上在相鄰定子軛的極中心之間的預定的相位差。
專利文獻1日本公開專利申請No.2000-217332專利文獻2日本專利No.3,013,288對于上述的外轉子電機，由于轉子直徑較大，存在的優(yōu)點是，可獲得大的扭矩，且提高的慣量能抑止轉動的波動。另一方面，也存在著如何使外轉子電機小型化的問題，以使組裝更加容易，并以提高的可靠性絕緣從線圈延伸的引線端頭，而不降低電機的特性。
尤其是爪極型的電機，如果電機小型化了，則存在著定子軛變得磁飽和的危險，從而導致電機特性的下降。由于定子軛形狀的緣故，還存在著磁性吸力變得不平衡的危險，從而導致發(fā)生振動。
由于形成在電流流過的定子軛內的磁路的橫截面區(qū)域通常朝向內圓周側逐漸變小，所以，磁飽和可能發(fā)生在內圓周側上。例如，如專利文獻2中所揭示的電機，當布線空間設置在定子軛的內圓周側上時，為了在線圈繞線筒上提供接線端，必須在定子軛的內圓周側上提供間隙，由于軛部分的磁飽和，導致電機特性下降的危險。還有，當設置在定子軛內接線端的間隙形成在軛的內圓周側上的不平衡的位置時，曳拉轉子朝向輸出軸的中心的吸力將沿圓周方向在不同的位置之間波動，導致發(fā)生轉動的振動和/或轉動波動的可能性。還有，為了在各繞線筒內提供可壓入接線端的通孔，有必要減小線圈沿徑向方向纏繞在其上的各繞線筒的部分的區(qū)域。這意味著，存在著電機特性下降的危險，具體來說，電機效率的下降，由于電流的增加或線圈電阻的增加，這又增加產生的熱量。
此外，當組裝一外轉子型爪極電機時，各定子軛(定子芯)上的線圈的纏繞方向垂直于輸出軸。因此，為了從定子軛的諸極之間延伸繞組起頭處的引線端頭和繞組端頭朝向軸，并將引線端頭連接到電機電路板上，該操作十分復雜并需要許多的過程。另一方面，盡管存在著一種方法，其中，通過省略掉定子軛上的某些磁極，來配裝線圈以形成布線的空間，但由于磁的不平衡存在著電機特性的下降，導致轉動振動的危險。
對于帶有爪極型磁極的電機，為了通過堆疊多個定子單元來形成定子，必須在對應單元的極中心之間形成一預定的相位差。然而，當相對于繞線筒定位定子單元以使定子單元被上和下定子軛夾在中間時，由于凹和凸配合在一起，所以相位誤差可能累積，當將定子單元彼此定位時，也可能積累相位誤差。
此外，盡管有必要電氣地絕緣定子軛和線圈，采用一種布線方法，使線圈引線從磁極之間延伸并連接到電機的電路板上，但必須防止引線接觸到磁極。尤其是，當電機小型化時，磁極之間間隙的間距變窄，使得連接引線端頭的過程困難，從而電機更加難于制造。
當接線端形成在線圈繞線筒上而線焊接在電機電路板上時，在線圈的引線端頭連接到接線端的部分處，當連接到電路板上時存在著連接可靠性的下降，因此必須增加定子軛的間隙。如上所述，在定子軛處提供間隙可造成電機特性的下降。在電機布線在內圓周側上的情形中，當從線圈的外圓周側朝向內圓周側延伸一引線端頭時，有必要彼此絕緣線圈引線和定子軛。當提供一絕緣材料和/或將一空間設置在定子軛內時，線圈或軛的體積減小，電機特性下降和絕緣的問題具有的可靠性很差。

發(fā)明內容
本發(fā)明考慮解決上述的問題，本發(fā)明的目的是提供一小型化且容易進行組裝的外轉子電機，其中，線圈的引線端頭的絕緣具有提高的可靠性，而不下降電機的特性。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一外轉子電機包括一同心地設置在一輸出軸的圓周上的圓柱；一定子，其中，每相n定子單元同心地堆疊在圓柱的圓周上，這里，n是1或大于1的整數(shù)，在各個定子單元內，一纏繞在線圈繞線筒周圍的線圈被定子軛夾在中間；以及一轉子，其中，具有形成的磁極的永久磁體面向形成在定子軛上的磁極，所述永久磁體被支承而圍繞輸出軸可轉動，其中，至少一個槽部分沿軸向設置在圓柱的圓周表面上，配合到至少一個槽部分內的至少一個轉動阻擋部分設置在面向圓柱的各線圈繞線筒的表面上，而一通孔設置在平行于輸出軸的各個轉動阻擋部分內。
一磁性材料可用于圓柱，而該圓柱可層疊起來，使定子軛的內圓周表面沿徑向方向以形成磁路。
彼此接合的圓柱的槽部分和線圈繞線筒的轉動阻擋部分，可離輸出軸的中心呈等距離地并沿圓周方向以等角度的間距設置。
設置在各定子單元的繞線筒上的各個轉動阻擋部分的通孔可構造成沿軸向方向通過而沒有間隙。
一通過該通孔的槽可以沿軸向方向連續(xù)地形成在各線圈繞線筒的各轉動阻擋部分內。
一從內圓周側到外圓周側的槽和鄰近于該槽并容納一線圈引線的外殼通道，可以形成在各線圈繞線筒的突緣部分內，而外殼通道的延伸的引線可對應于一轉動阻擋部分的通孔設置。
通過使用上述的外轉子電機，一個或多個槽部分沿軸向方向設置在圓柱的圓周表面內，所述圓柱同心地設置在輸出軸的圓周上，而配裝到至少一個槽部分內的至少一個轉動阻擋部分，設置在面向圓柱的各線圈繞線筒的一表面內。這樣，能精確地定位對中在圓柱上的對應定子單元的定子軛的極中心，而不減小纏繞在線圈繞線筒周圍的線圈的體積，也不大大地減小繞線筒的內圓周側上的磁路，以保持電機的特性不變。還有，通過使用用于圓柱的磁性材料并層疊該圓柱，使定子軛的內圓周表面沿徑向方向形成磁路，位于軛的內圓周側上的磁路的橫截面區(qū)域增加，由此，使得磁飽和難于發(fā)生。因此，即使電機變得小型化，電機的特性也不會下降。
還有，通過提供圓柱的槽部分和線圈繞線筒的轉動阻擋部分，它們彼此接合并離輸出軸的中心等距離且沿圓周方向保持等角度的間距，曳拉轉子朝向中心的吸力將沿軸向方向在圓周方向的不同位置處不可能變得不平衡，轉動的振動和轉動波動不可能發(fā)生并可保持轉動穩(wěn)定。
由于通孔平行于輸出軸設置在轉動阻擋部分，所以，可使用通孔布線從線圈延伸出的線圈引線，并可將線圈引線連接到電路板上，而不提供用于布線或絕緣材料的空間。這樣，除了沿圓周方向定位繞線筒和定子軛，轉動阻擋部分能絕緣線圈引線而不使用特定的空間或材料。
如果設置在定子單元的繞線筒上的轉動阻擋部分的通孔構造成沿軸向方向通過而沒有間隙，則由于形成了覆蓋有絕緣材料的單一的通孔，所以，可方便線圈引線的布線操作并使線圈引線的絕緣更加可靠。
如果通過通孔的槽沿軸向方向連續(xù)地形成在各線圈繞線筒的各轉動阻擋部分內，則槽可用來將線圈引線傳遞到通孔內，而不必將線圈引線傳遞到通孔內的開口中，這使得布線操作更加容易。
如果一從內圓周側到外圓周側的槽和鄰近于該槽并容納一線圈引線的外殼通道，形成在各線圈繞線筒的突緣部分內，而外殼通道的延伸的引線可對應于一轉動阻擋部分的通孔設置，則使用外殼通道，一從一繞線筒的外圓周側延伸的引線可被引導朝向繞線筒的內圓周側，而與定子軛沒有干擾。這樣，引線端頭使用僅一個小空間就可高度可靠地得到絕緣，且由于引線可通過一轉動阻擋部分的通孔并連接到電路板上，所以，布線操作也變得很容易。


本技術領域內的技術人員閱讀和理解以下參照附圖的詳細描述，將會明白本發(fā)明上述和其它的目的和優(yōu)點。
在附圖中圖1是一二相步進電機的轉子和定子的剖切的立體圖；圖2是示出定子單元的立體圖；圖3是示出一線圈的纏繞區(qū)域的視圖；圖4是一線圈繞線筒的局部剖切的立體圖；圖5是線圈繞線筒的局部截面圖；圖6是一線圈繞線筒的另一實例的立體圖；圖7A和7B是示出圓柱的橫截面形狀的視圖；以及圖8A和8B是示出線圈纏繞方向的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一外轉子電機的優(yōu)選實施例。根據(jù)本發(fā)明的外轉子電機是一爪極型電機，其中，多個定子單元同軸地堆疊在定子內，各個定子單元形成為使一線圈被定子軛夾在中間，而爪極彼此接合。
現(xiàn)將使用一用于OA器具、計算機外圍設備、汽車、涉及FA(工廠自動化)的傳輸裝置等中的二相步進電機來描述外轉子電機。
現(xiàn)將參照圖1描述一二相步進電機的總體結構。在圖1中，轉子1構造成一永久磁體2設置在呈一圓柱形形式的轉子軛3的內圓周表面上，所述永久磁體2沿圓周方向已經磁化具有交替的N和S磁極。永久磁體2設置成面向定子軛的磁極(爪極)，這將在下面進行描述。轉子1通過一體地偶聯(lián)到一轉子軸(輸出軸)4而被支承。
一定子5包括一圍繞轉子軸4同心地設置的圓柱6和每相n個定子單元10(這里，n是1或大于1的整數(shù)，在本實施例中n＝2)，它們同心地附連到圓柱6的一圓周。在各個定子單元10中，一圍繞一線圈繞線筒8纏繞的線圈9被定子軛7a、7b夾在中間。一磁性材料用于圓柱6，通過沿徑向方向層疊圓柱6和定子軛7a、7b的內圓周表面，形成磁路?？赊D動地支承轉子軸4的軸承11a、11b同心地附連到圓柱6。一安裝板12附連到圓柱6，而一電機電路板13附連到安裝板12上。線圈9的引線端頭被引導通過形成在圓柱6和線圈繞線筒8之間的布線路徑(下面描述)，并連接到電機電路板13。
在圖2中，已經纏繞在一線圈繞線筒8上的各個線圈9被夾在一由磁性材料組成的上和下定子軛7a、7b之間，而形狀像一梳子的齒那樣的爪極7c、7d的極中心沿圓周方向形成有一預定的相位差，并定位成使爪極7c、7d接合在一起。定子單元10沿圓柱6的軸向方向堆疊，且定子單元10定位成在單元之間有一預定的相位差，而爪極7c、7d的極中心沿圓周方向位置沒有位移。
一個或多個槽部分沿著軸向方向設置在圓柱6的圓周表面內。在本實施例中，具有相同深度的凹陷槽6a沿軸向形成在圓周方向上等角度間距的位置上。應注意到，如果對于布線空間存在足夠的地方(如圖7B所示)，則代替凹陷槽6a，可在一個或多個位置處設置一斜面的部分6b。盡管一磁性材料用于圓柱6，但只要磁路可形成在軛的內圓周側上，也可使用一非磁性材料代替。
再者，一個或多個轉動阻擋部分14接合諸槽部分，它們設置在面向圓柱6的線圈繞線筒8的表面內。在各個轉動阻擋部分14內，一通孔15平行于轉子軸4設置。該通孔15用作為布線路徑，以將從線圈9的外圓周表面延伸的引線連接到電機電路板13上。
在圖8A所示的線圈繞線筒8上，線圈9沿垂直于轉子軸4的方向纏繞(即，繞線筒纏繞芯與輸出軸同心)。繞組起始處的引線端頭和各線圈的繞組端頭被引導到各線圈繞線筒8的內圓周側，并連接到電機電路板13(見圖1)。應注意到，如果定子軛具有的磁極沿徑向向外地突出(如圖8B所示)，則線圈9平行于輸出軸纏繞(即，各線圈9纏繞成使繞組芯方向垂直于軸向方向)，而繞組起始處的引線端頭和線圈的繞組端頭被引導沿軸向方向，并連接到電機電路板13(見圖1)。
在圖2中，圓柱6的凹陷槽6a和線圈繞線筒8的轉動阻擋部分14配裝在一起，它們沿圓周方向以等角度的間距設置，并離轉子軸4的中心為等距離。接下來，將利用圖3描述以下的關系(i)由圓柱6的凹陷槽6a和線圈繞線筒8的轉動阻擋部分14的凹/凸接合而產生的布線空間以及(ii)磁路之間的關系。如果不設置轉動阻擋部分14，則線圈可在區(qū)域P內布線，所述區(qū)域P位于圓柱6的外圓周直徑φa外面，或線圈繞線筒8的內圓周外面。如果具有一直徑φa的用于布線的通孔15設置在直徑φx外面的區(qū)域P內，則線圈可纏繞在其中的范圍是φ(x+2a)的直徑外面的區(qū)域Q。另一方面，如果至少一個轉動阻擋部分14設置在線圈繞線筒8的內圓周側上，且設置有具有直徑φa用于布線目的的通孔15，則可以與不設置通孔15時相同的方式，將線圈纏繞在直徑φx外面的區(qū)域P內。與包括圓柱6的定子軛7a、7b的內圓周側上的磁性材料的橫截面區(qū)域相比，如果轉動阻擋部分14的截面區(qū)域足夠小，則可以認為，對于磁路內電機特性的局部降低的影響將是很小(見圖3中的陰影部分)。
這樣，通過將凹陷槽6a和轉動阻擋部分14配裝在一起，定子單元10相對于圓柱6定位，圍繞圓周在爪極7c、7d的極中心之間形成預定的相位差，而用于從線圈9中延伸的引線的布線路徑可形成，不提供一特殊的空間或絕緣材料。由于沿軸向方向曳拉轉子1朝向中心的吸引力可能在圓周方向的不同點上變得平衡，所以，轉動的振動和轉動的波動不可能發(fā)生而轉動可保持穩(wěn)定。
設置在各定子單元10的線圈繞線筒8內的轉動阻擋部分14的通孔15較佳地構造成沿軸向方向通過而沒有間隙，因為引線可以高度可靠性進行絕緣，所以插入布線的操作變得較為容易。
在圖4中，轉動阻擋部分14設置在線圈繞線筒8的內圓周表面上，所處的位置是沿圓周方向上等角度的間距，并面向圓柱6的凹陷槽6a。槽16也沿徑向方向形成在線圈繞線筒8的突緣部分8a上。容納線圈引線R的外殼通道17鄰近于這些槽16而形成。從外殼通道17引出的引線的設置對應于轉動阻擋部分14的通孔15。一凹陷的表面部分形成在與槽16的相對表面的部分內，所述槽16通過沿徑向方向切割突緣部分8a而形成，使形成外殼通道17的凹陷的表面部分接納一引線R。
一從線圈繞線筒8的外圓周側延伸的引線R可使用外殼通道17引向線圈繞線筒8的內圓周側，而不干擾定子軛7a、7b。這樣，引線R可只使用一小的空間就可高度可靠地絕緣，且由于引線端頭可通過轉動阻擋部分14的通孔15并連接到電機的電路板13，所以布線操作也變得容易。
注意圖6，通過通孔15的槽18可連續(xù)地沿軸向方向形成在線圈繞線筒8的轉動阻擋部分14內。在此情形中，槽18可用來通過線圈引線，引線從線圈的外圓周側通過外殼通道17延伸到通孔15內，不必將線通入到通孔15內的開口內。這使得布線操作更加容易。
盡管爪極型的二相步進電機在上述實施例中作為一實例進行了描述，但本發(fā)明也可適用于帶有一傳感器電路板的無電刷電機，該電路板裝備有一傳感器，其可探測轉子1的永久磁體2的磁極位置。
此外，定子軛不局限于爪極型的定子軛，本發(fā)明可適用于這樣的一電機，其中，層疊芯型軛用來設置磁極中心以圍繞圓周形成預定的相位差。
本發(fā)明不局限于二相步進(無電刷)電機，各種其它修改也是可能的。例如，可提供帶有三、四…或n相的多相步進(無電刷)電機，其中，軸向方向的長度增加但只會發(fā)生輕微振動。
權利要求
1.一外轉子電機，包括一同心地設置在一輸出軸的圓周上的圓柱；一定子，其中，每相n個定子單元同心地堆疊在圓柱的圓周上，其中，n是1或大于1的整數(shù)，在各個定子單元內，一纏繞在線圈繞線筒周圍的線圈被定子軛夾在中間；以及一轉子，其中，具有形成的磁極面向形成在定子軛上的磁極的永久磁鐵，所述永久磁體被支承而能圍繞輸出軸轉動，其中，至少一個槽部分沿軸向設置在圓柱的圓周表面上，配合到至少一個槽部分內的至少一個轉動阻擋部分設置在面向圓柱的各線圈繞線筒的一表面上，而一通孔設置在平行于輸出軸的各個轉動阻擋部分內。
2.如權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于，一磁性材料可用于圓柱，而該圓柱被層疊起來，以使定子軛的內圓周表面沿徑向方向形成磁路。
3.如權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于，彼此接合的圓柱的槽部分和線圈繞線筒的轉動阻擋部分，離輸出軸的中心呈等距離并沿圓周方向以等角度的間距設置。
4.如權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于，設置在定子單元的繞線筒上的轉動阻擋部分的通孔構造成沿軸向方向通過而沒有間隙。
5.如權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于，一通過通孔的槽沿軸向方向連續(xù)地形成在設置在各線圈繞線筒上的各轉動阻擋部分內。
6.權利要求1所述的外轉子電機，其特征在于，一從內圓周側到外圓周側的槽和鄰近于該槽并容納一線圈引線的外殼通道，形成在各線圈繞線筒的突緣部分內，而外殼通道的延伸的引線可對應于一轉動阻擋部分的通孔設置。
全文摘要
一外轉子電機小型化，容易組裝，且引線端頭可以提高的可靠性絕緣而不降低電機特性。沿軸向設置在一外殼的圓周表面內的一個或多個凹陷槽和接合該凹陷槽的一個或多個轉動阻擋部分設置在面向圓柱的各線圈繞線筒的一表面內。通孔設置在平行于轉子軸的轉動阻擋部分內。
文檔編號H02K37/14GK1913303SQ20061011118
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權日2005年8月11日
發(fā)明者臼井弘明 申請人:信濃絹糸株式會社