步进电机 【技术领域】
本发明涉及以永久磁铁作为转子的步进电机。
背景技术
基本的步进电机100的结构如图5所示，配设有由永久磁铁构成的转子101和该转子101外周上的定子102a、102b，转子101通过转子轴101a回转自如地支持在轴承104上。
在定子102a、102b上配设具有凸极型极齿的定子轭铁103a、103b和收纳于定子轭铁103a、103b内的驱动线圈109。
具体地讲，该定子轭铁103a、103b由内轭铁106和外轭铁构成，内轭铁106形成有从环状的凸边部105弯曲成直角的多个极齿。另外，外轭铁的结构与内轭铁106相同，故在此省略说明。
并且，内轭铁106的极齿和外轭铁的极齿相互配设于极齿间，在由定子轭铁103a(103b)与外壳110构成的空间中收纳有驱动线圈109。另外，定子轭铁103a、103b通常是由与轴承104分开的别的构件构成。
这样，因采用了将转子101插入配置于驱动线圈109内径侧的结构，故不能将驱动线圈109的内径制成比转子101的外径小，难以进一步小型化。
为此，如图6所示地步进电机200那样，摄像机等用的电机可通过由定子201a、201b将转子202沿轴向夹装状配设而制成比上述步进电机小的结构，同时可加大转子202的外径，有利于输出。
即，若将外侧加工成梳齿状的一对外轭铁204和具有与外轭铁204外径相同的直径加工成梳齿状的大径部205及小径部206的内轭铁207组合，使外轭铁204的梳齿状部与内轭铁207的梳齿状部交叉状邻接沿同一圆周交叉状邻接，并使外轭铁204与内轭铁的小径部206沿径向对置构成定子轭铁208a、208b，则可实现驱动线圈209与转子202沿径向不重叠的配置，可减小外径。
然而，在图6所示的结构中，定子轭铁208a、208b的冲压加工难度高，难以确保形状的稳定。又，在该结构中，因截面积小的转子轴210周边的内轭铁小径部206发生磁通集中而饱和，故产生对扭矩无作用的磁通分布，发生的磁力被这些部分所消耗，不能进一步地提高性能。由此，虽然将该部分的厚度制成比其它部分厚并扩大截面积可提高电机效率，但想要通过冲压加工加大该部分的厚度并不容易。
为此，本发明目的在于通过在贯通转子轴的中心部使用烧结材料而可自由地调整极齿铁芯厚度(定子轭铁的截面积)，抑止磁性饱和以及高速回转时发生的涡电流损耗，提高电机特性。并在中心部的烧结材料中带有轴承功能且减少构件数的同时容易地进行极齿铁芯(定子轭铁)同心方向的定位，提高作业性。
本发明内容
为实现上述目的，本发明的步进电机是一种夹装磁铁转子、沿轴向配设有一对驱动线圈的步进电机，其特征在于，所述驱动线圈构成以从所述磁性转子向两方延设的转子轴为中心的圆环状，具有配设成围绕所述驱动线圈周围的一对圆筒状轭铁，由磁性体构成可滑动地轴支承所述转子轴的一对烧结轴承，将所述圆筒状轭铁与烧结轴承一体形成。
并且，所述烧结轴承都具有在中心处与所述转子轴滑动的内壁的圆筒状，并配设在所述驱动线圈的内壁与所述转子轴之间。又，所述烧结轴承位于所述驱动线圈外端侧的所述圆筒状的端部直径扩大而形成圆板状凸缘，并与所述圆筒状的部分一起作为所述定子轭铁的一部分。并且，所述圆筒状轭铁分别与所述烧结轴承从半径方向抵接而固定。
从以上说明可以看出，根椐技术方案1的记载，本发明的步进电机是一种夹装磁铁转子、轴向上配设有一对驱动线圈的步进电机，由于所述驱动线圈以从所述磁性转子向两方延设的转子轴为中心构成圆环状，具有以围绕所述驱动线圈周围的形态配设的一对圆筒状轭铁，由磁性体形成可滑动地轴支承所述转子轴的一对烧结轴承，与所述圆筒状轭铁一体构成所述定子轭铁，因此，通过中心构件采用烧结品，可自由调整构成轭铁的极齿铁芯厚度(定子轭铁的截面积)。
又，因不进行冲压加工(拉深加工等)，故更加容易加工成均一的厚度。并且，由于磁通的集中部可以加厚，因此可确保更多的磁通流动的顺畅，提高电机的特性。又，因烧结材料由粒块组成，故可减少铁损，即使采用不锈钢，也可减少高速回转时发生的涡电流损耗。
又，根椐技术方案2的记载，本发明的步进电机由于所述烧结轴承在中心处具有与所述转子轴滑动的轴承的圆筒状，并配设在所述驱动线圈的内壁与所述转子轴之间，因此，通过由烧结轴承兼用于容易集中磁通的驱动线圈的内壁与转子轴间的轭铁，可容易确保厚度，可确保磁通的流动。又，因烧结部由粒块组成，故可抑止涡电流损耗。
并且，根椐技术方案3的记载，本发明的步进电机由于所述烧结轴承位于所述驱动线圈外端侧的所述圆筒状的端部直径扩大而形成圆板状凸缘，并与所述圆筒状的部分一起作为所述定子轭铁的一部分，因此，因中心构件具有轴承功能，故可使形状简易化以及减少构件数，在改善作业性的同时，可低成本地提供高性能的超小型步进电机。
并且，根椐技术方案4的记载，本发明的步进电机由于所述圆筒状轭铁分别与所述烧结轴承从半径方向抵接而固定，因此，可进行铁芯的同心方向的定位，容易确保同心度，可提高组装作业性。又，因含浸有油分，可强化耐锈性。
并且，根椐技术方案5的记载，本发明的步进电机由于具有由永久磁铁构成的转子、将所述转子夹装于轴向并围绕驱动线圈的周围配设的定子、以及回转自如支承所述转子的轴承，以围绕所述驱动线圈周围的形态配设的所述轭铁的一部分由磁性烧结体或其合金形成，因此，通过使用由磁性烧结体或其合金构成的烧结轭铁，可加厚磁通集中部的轭铁的截面积，确保更多的磁通流动。又，因不需要冲压加工(拉深加工等)，故可容易地作成均一的厚度。
附图的简单说明
图1(a)、(b)分别为本发明的步进电机第1实施例的轴剖面图和分解立体图。
图2为本发明的步进电机第2实施例的轴剖面图。
图3为本发明的步进电机第3实施例的轴剖面图。
图4为本发明的步进电机第4实施例的轴剖面图。
图5为传统的步进电机一实施例的轴剖面图。
图6为传统的步进电机另一实施例的轴剖面图。
【具体实施方式】
下面参照附图说明本发明的步进电机的实施形态。本发明的步进电机的第1实施例如图1(a)的轴剖面图和图1(b)的分解立体图所示，步进电机10的结构是在由转子轴12的外周实施多极磁化的磁性转子14、在轴向的一侧加工有多个梳齿状极齿16a、16b的一对管状的外轭铁18a、18b、以及由与从环状的凸边部20弯曲成直角、在与外轭铁18a、18b的极齿16a、16b同一圆周上形成有多个梳齿状极齿22a、22b的与极齿24a、24b接合的轴承26构成的一对内轭铁28a、28b形成的2个环状空间中，分别收纳有由缘绝材料30保护外周的励磁线圈32a、32b的组件。
将转子轴12回转自如支持于转子14两侧的各轴承26由铁系烧结合金形成，由套筒34和凸缘部36构成，在中心穿设有嵌插转子轴12并回转自如地支承的贯通孔38。各轴承26在将励磁线圈32a、32b嵌装于套筒34外径上之后，各自的外端部与凸边部20的中心孔40的内径接合，同时各凸缘部36的外周与外轭铁18a、18b的端部接合，由公知的适当的方法将接合部接合或熔合而形成定子42a、42b。极齿铁芯24a、24b和外轭铁18a、18b由于以同一个轴承26为芯子与外周部嵌合，故容易地进行同心匹配。
定子轭铁43a、43b绕围励磁线圈32a、32b形成磁路，内·外轭铁的各极齿16a、22a、16b、22b交叉配列形成的环状极齿列44a、44b在与转子14的空隙中产生磁场。转子的磁铁外周面保持有微小空隙，并与环状极齿列44a、44b的内周面对向。又，采用这种结构，在烧结轴承部分含浸有润滑油，可提高轴承部的轴承功能。符号15是限制转子14轴向位置的隔片，但一方的隔片15可使用波形垫圈之类的弹性体。
定子42a、42b由铁系烧结合金形成，由套筒34兼用轴承26的内轭铁28a、28b赋于不会发生磁性饱和的充分的壁厚、被插入励磁线圈32a、32b的内周侧、形成与磁性转子14的外周部对向的环状极齿列44a、44b的大径部的外轭铁18a、18b以及极齿铁芯24a、24b构成，励磁线圈32a、32b以在磁性转子14的外周方向上不重叠的形态沿轴向配设于转子的两侧。并且，一对定子42a、42b嵌装于与其外周嵌合的内径的非磁性体圆筒壳体46中而固定位置。
非磁性体圆筒壳体46不仅减少磁通漏泄，而且同时进行相对的一对定子42a、42b的定位，以确保固定位置精度以及转子与轴承的同轴精度。通过提高环状极齿列44a、44b相对于转子的同轴匹配精度，可减小振动和噪音，可充分缩短转子外周与极齿的间隙，故可提高扭矩特性。
图2为本发明的步进电机第2实施例的轴剖面图。凡是与上述实施例相同的构件均使用同一符号，而省略其说明。在第2实施例中，在凸缘部36的外侧设置有台阶部，通过外轭铁18a、18b的外端面与台阶部形成面48抵接而接合对外轭铁18a、18b相对于轴承26的位置进行确定。另一方面，内轭铁28a、28b通过使极齿铁芯24a、24b的凸边部20的面与套筒34的端面50抵接而对轴向的位置进行确定。因可将外轭铁18a、18b与内轭铁28a、28b的极齿16a、22a、16b、22b的轴向相对位置稳定地保持一定，故可消除产品间的误差。
图3为本发明的步进电机第3实施例的轴剖面图。凡是与上述实施例相同的构件均使用同一符号，而省略其说明。第3实施例构成在外部对轴承提供自由度，容许高速回转。该第3实施例中的符号26a、26b是不具有轴承功能的、由磁性体构成的烧结轭铁，为了抑止磁性饱和而起着外轭铁18a、18b与内轭铁28a、28b连结部的作用，由磁性烧结合金形成，并且提供磁路容易形成的厚度。由此可加厚磁通集中部的轭铁的截面积，可确保更多的磁通的流动。又，因不需要冲压加工(拉深加工等)，故可容易实现更加均一的厚度。
并且，形成烧结轭铁26a、26b的烧结合金的材料可使用具有对高速回转时发生的涡电流有抑止效果的不锈钢。在转子52的一端面凹设有圆锥面54，在与凹设有球面56的止推轴承58之间夹装有钢球60，可在适当的范围内进行自动调心，对转子轴52的止推方向进行支承。又，在止推轴承58的中央形成有由弹性施力支承球面56反向面的缓冲用板簧62的盖子64，该盖子64被固定在烧结轭铁26的凸缘26a的外面。若在烧结轭铁26的套筒34的内侧端面设置凸部66，则成形模复杂，精度要求相当高，但嵌装极齿铁芯24a、24b的中心孔40则易于确定轴向与径向的位置及定中心。
图4为本发明的步进电机第4实施例的轴剖面图。凡是与上述实施例相同的构件均使用同一符号，并省略其说明。第4实施例是一种将具有与转子轴滑动接合的轴承面的套筒34除去而减小磨擦的轴承68的结构，轴承68只是由凸缘部70构成，将转子轴12回转自如地支承于贯通孔38中。并且，与第3实施例一样，通过将凸缘部70的壁加厚，可与磁性饱和对应，容易确保由磁性烧结合金在外轭铁18a、18b与内轭铁28a、28b的连结部上的磁路。并且，在贯通孔38的转子侧开口72设置有凹部74，将与极齿76a、76b一体冲压成形的内轭铁78a、78b嵌入而接合。
并且，圆筒壳体80在使安装凸缘80a在一端的外周延伸的同时，使外轭铁18a、18b的外端与插通轴承68外径的透孔80b以外的封闭的壁面80c抵接而支承。圆筒壳体80的内径与外轭铁18a、18b的外径嵌合，另一端(图4的右侧)的开口部上螺设有雌螺纹80d，将封止板82螺入开口部的雌螺纹80d。
由于在封止板82上穿设有贯通轴承68外径的透孔82a，封止板82的外周与外轭铁18a、18b的外端抵接，将定子42a、42b定位于圆筒壳体80内，并限制轴向的相对移动。安装凸缘80a可通过安装孔80e与外部机器结合。因步进电机10与圆筒壳体80可靠地固定，故与未图示的外部机器的定位关系能高精度且稳定地匹配。虽然图示为封止板82在外周设有雄螺纹并与螺设于圆筒壳体80的开口端部内径的雌螺纹螺合，但也可采用其它的卡合方法。
以上对实施例作了说明，但本发明不限定于图示的实施例，在不脱离本发明构成要件的范围内，可以对细部作出多种变更或对部件进行再构成等的改变。