專利名稱：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往的小型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)100，如圖8所示，主要由轉(zhuǎn)子101、與該轉(zhuǎn)子101相對(duì)置的定子鐵心102、相對(duì)該定子鐵心102在軸線方向上重疊的殼體103、在定子鐵心102與殼體103的內(nèi)周邊上豎立而形成的數(shù)根極齒102a、103a的周圍設(shè)置的圓環(huán)狀的線圈骨架104、以及卷繞于線圈骨架104的軀干部的線圈105構(gòu)成。另外，在線圈骨架104上一體化地形成有對(duì)數(shù)根端子柱106進(jìn)行固定的端子部，線圈105的末端卷繞于端子柱106上。
上述的定子鐵心102形成為大致呈圓環(huán)狀的形狀，中央的內(nèi)周邊上豎立而形成數(shù)根極齒102a，表面全體被絕緣層包覆。另外，上述殼體103形成為大致呈杯狀的形狀，底面的內(nèi)周邊上豎立而形成數(shù)根極齒103a。當(dāng)相對(duì)定子鐵心102在軸線方向上重疊時(shí)，極齒102a、103a被裝配成相互交錯(cuò)。該殼體103的表面全體也被絕緣層包覆。另外，該狀態(tài)時(shí)，定子鐵心102的外周邊與殼體103的開口端內(nèi)周相接。
在如此構(gòu)成的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)100中，線圈105卷繞于合成樹脂制的線圈骨架104的軀干部上。在該線圈骨架104上，定子鐵心102通過(guò)嵌插成形而一體化地形成于其上，為此，線圈骨架104具有可使定子鐵心102一體成形所需的比較厚的規(guī)定壁厚。然而，為實(shí)現(xiàn)近年來(lái)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)100的小型化及高轉(zhuǎn)矩化的要求，必須增大繞線空間，由于如上所述線圈骨架104具有一體成形所需的規(guī)定壁厚，因而，線圈骨架104的占有率隨小型化而增高。結(jié)果，存在用于線圈105繞線的繞線空間減少的問(wèn)題。
為此，在日本專利實(shí)開昭62-132679號(hào)(特許文獻(xiàn)1)中，有人提出廢除線圈骨架104、對(duì)定子鐵心102及殼體103的全面以絕緣層包覆并且在該絕緣層上直接卷繞線圈105的方案。通過(guò)如此構(gòu)成，可增大繞線空間，因而，與以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)比較可獲得更高的轉(zhuǎn)矩。然而，由于期望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化及高轉(zhuǎn)矩化的要求的水平高，存在現(xiàn)有狀況下的轉(zhuǎn)矩?zé)o法確保滿足所需水平的問(wèn)題。
實(shí)開昭62-132679號(hào)發(fā)明內(nèi)容鑒于上述的現(xiàn)存的問(wèn)題點(diǎn)，本發(fā)明的課題在于，提供對(duì)由定子鐵心與殼體形成的磁路進(jìn)行改善而獲得更高輸出轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其制造方法。
為解決上述課題，本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具有內(nèi)周邊有數(shù)根極齒豎立并呈圓環(huán)狀的定子鐵心；通過(guò)該極齒上施加的絕緣層、卷繞于上述極齒周圍的線圈；以及內(nèi)周與上述定子鐵心的外周邊相接、由內(nèi)設(shè)有上述線圈的磁性體構(gòu)成的殼體，其特征在于，上述定子鐵心及上述殼體，在上述定子鐵心的外周邊與上述殼體的內(nèi)周的相接部處，至少一方的金屬原材質(zhì)露出，并且，上述相接部以外的所有部位都由絕緣層包覆。
作為該種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，具有下列工序?qū)?gòu)成上述定子鐵心的上述金屬板表面全體以絕緣層進(jìn)行包覆的包覆工段；通過(guò)對(duì)上述定子鐵心的外形進(jìn)行沖壓成形、使外周邊露出金屬板原材質(zhì)的外形沖壓工段；以及使上述殼體的內(nèi)周與上述定子鐵心的外周邊相接而重合的相接工段，經(jīng)上述包覆工段后進(jìn)行外形沖壓工段，其后進(jìn)行上述相接工段。
另外，本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，還具有在上述極齒周圍卷繞上述線圈的繞線工段，該繞線工段，以在上述極齒周圍、直接卷繞由自我融著卷線構(gòu)成的上述線圈為宜。另外，上述繞線工段，以在上述包覆工段之后進(jìn)行為宜。如此構(gòu)成，可使線圈直接卷繞于由絕緣層包覆的極齒周圍，可在獲得線圈與極齒間絕緣效果的同時(shí)提高繞線作業(yè)的效率。另外，通過(guò)使線圈自我融著，可防止線圈發(fā)生散卷、松懈。
進(jìn)而，本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)制造方法，以還具有將由自我融著卷線卷繞的空心線圈構(gòu)成的上述線圈嵌合于上述極齒周圍的嵌合工段為宜。進(jìn)而，上述嵌合工段，以在上述包覆工段之后進(jìn)行為宜。如此構(gòu)成，可在獲得線圈與極齒間絕緣效果的同時(shí)，可通過(guò)將由自我融著卷線卷繞的空心線圈嵌合于極齒的周圍而形成線圈，因而，不再需要繞線工段，可使工段簡(jiǎn)略化。另外，通過(guò)使線圈自我融著，可防止線圈發(fā)生散卷、松懈。
本發(fā)明通過(guò)將線圈直接設(shè)置于由絕緣層包覆的極齒的周圍，與卷繞于線圈骨架時(shí)比較，可增大繞線空間，即使在對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)施小型化的情況下，也可增高其輸出轉(zhuǎn)矩。除此之外，由于以往的定子鐵心及殼體的全面由絕緣層包覆，其相接部的皮膜厚度成為定子鐵心的絕緣層的厚度與殼體的絕緣層的厚度之和，而本發(fā)明使定子鐵心的外周邊與殼體的內(nèi)周中至少其中一方的金屬原材質(zhì)露出狀態(tài)下相接，因而可減小相接部處的皮膜厚度。由此，可減少由絕緣層產(chǎn)生的磁阻，可進(jìn)一步提高輸出轉(zhuǎn)矩。另外，通過(guò)在金屬板表面施以包覆，其后對(duì)定子鐵心外形進(jìn)行沖壓成形，可容易地制造外周邊露出金屬板原材質(zhì)的定子鐵心。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為表示本發(fā)明實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的截面圖。
圖2為表示圖1所示的定子鐵心的制造方法的說(shuō)明圖。
圖3為表示圖1所示的定子鐵心上卷繞線圈后的狀態(tài)的截面圖。
圖4為用于說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例的、將線圈嵌合于定子鐵心的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
圖5為對(duì)圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子從斜上方觀察的斜視圖。
圖6為用于說(shuō)明圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的牽引力輸入轉(zhuǎn)矩特性的特性圖。
圖7為用于說(shuō)明圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的牽引力輸出轉(zhuǎn)矩特性的特性圖。
圖8為表示以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施例以下，依據(jù)附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1為表示本發(fā)明實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的截面圖。
如圖1所示，本實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1，構(gòu)成為永磁型(PM型)，具有由永久磁鐵磁化磁極的轉(zhuǎn)子2；緊鄰于轉(zhuǎn)子2周圍沿軸方向設(shè)置的一對(duì)定子3；以及配設(shè)于該對(duì)定子3處、表面形成有自我融著層薄層的卷繞成螺圈的線圈4，一對(duì)定子3的上端面與下端面分別固定有側(cè)板5。各側(cè)板5上，安裝有旋轉(zhuǎn)自如地對(duì)轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)軸6進(jìn)行支承的軸承7。
一對(duì)定子3由各自有數(shù)根極齒8a豎立形成于內(nèi)周邊的圓環(huán)狀定子鐵心8及相對(duì)該定子鐵心8沿軸線方向重疊的大致呈杯狀的殼體9構(gòu)成。在殼體9的底面，豎立而形成有從內(nèi)周邊裝入定子鐵心8的極齒8[之間形狀的極齒9a(參照?qǐng)D5)。定子鐵心8的極齒8a及殼體9的極齒9a各自在轉(zhuǎn)子2的外周隔開一定間隔的間距而相對(duì)。另一方面，定子鐵心8的外周邊，通過(guò)嵌合于殼體9的開口端內(nèi)周而相接，形成相接部10。另外，在上述定子鐵心8的外周邊上，在圓周方向上，隔開間隔的位置處形成有與該定子鐵心8成為一體的2根端子柱8b，各端子柱8b上卷繞著線圈4的末端。
在定子鐵心8及殼體9上，通過(guò)電極沉積涂覆、噴涂涂覆、靜電涂覆等涂覆手段，其表面全體通常包覆有數(shù)十微米厚的絕緣層。因而，將線圈4直接卷繞于極齒8a的周圍，不使用線圈骨架。另外，形成于定子鐵心8的各端子柱8b也由絕緣層包覆，因而線圈4的末端直接卷繞于其上。如此，由于定子鐵心8及殼體9的至少與線圈4接觸的表面全體由絕緣層包覆，因此，不存在線圈4短路的擔(dān)慮。另一方面，如下文所述，雖然定子鐵心8的外周邊未經(jīng)絕緣層包覆而露出金屬原材質(zhì)，但由于定子鐵心8的外周邊與殼體9的開口端內(nèi)周相接而形成相接部10，因而，定子鐵心8的外周邊的金屬原材質(zhì)未向外部露出，不存在線圈4與之接觸發(fā)生短路的擔(dān)慮。
圖2為對(duì)圖1所示的定子鐵心的制造方法的說(shuō)明圖。圖3為表示圖1所示的定子鐵心上卷繞了線圈時(shí)的狀態(tài)的截面圖。圖5表示對(duì)圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子從斜上方觀察的斜視圖。
在本實(shí)施例中，作為定子鐵心8的原材料，采用具有所定板厚的環(huán)箍狀的磁性體金屬板20。對(duì)該金屬板20進(jìn)行順序沖壓加工(未作圖示)，如圖2所示，在S-1階段，內(nèi)周邊上豎立形成數(shù)根極齒8a，在外周邊上，沿圓周方向、隔開間隔的位置處形成有與定子鐵心8成為一體的2根端子柱8b。在該S-1階段中，在端子柱8b的兩側(cè)穿設(shè)透孔21，端子柱8b的前端與金屬板20連接。
其后，在S-2階段的包覆工段中，包括數(shù)根極齒8a、端子柱8b的金屬板20的表里面由電極沉積涂覆等進(jìn)行絕緣層11的包覆。為增大線圈4的繞線空間，該絕緣層11以形成為80微米以下的薄層為宜。
經(jīng)絕緣層11包覆的金屬板20，在接下的S-3階段的外形沖壓工段中，在對(duì)定子鐵心8進(jìn)行沖壓成形的同時(shí)切斷端子柱8b的前端，制成定子鐵心8。如此，經(jīng)外形沖壓工段，如圖3中圓圈內(nèi)的放大圖所示，定子鐵心8的外周邊上露出金屬原材質(zhì)22。
對(duì)如此制成的定子鐵心8，在其后的繞線工段中，如圖3所示，在極齒8a周圍直接卷繞線圈4。即，將定子鐵心8裝在未作圖示的繞線機(jī)上，在極齒8a的周圍卷繞自我融著卷線，隨后，卷線融著并固化。在該繞線工段中，預(yù)先將線圈4的始端直接卷繞于一方的端子柱8b上，在極齒8a周圍卷繞線圈4后，將線圈4的終端直接卷繞于另一方的端子柱8b上。
并且，在相接工段中，如圖5所示，將定子鐵心8在軸線方向上重疊，使定子鐵心8的極齒8a裝入殼體9的極齒9a間，使其外周邊與殼體9的開口端內(nèi)周相接。即，定子鐵心8的外周邊露出的金屬原材質(zhì)與殼體9的開口端內(nèi)周相接而形成相接部10。本實(shí)施例中，在殼體9的開口端內(nèi)周，包覆有絕緣層形成的皮膜，但定子鐵心8的外周邊露出金屬原材質(zhì)，因而，相接部10僅由殼體9的皮膜所隔絕。
于是，從上述轉(zhuǎn)子2的一方的磁極發(fā)出的磁通，經(jīng)由極齒8a、定子鐵心8、相接部10、殼體9、極齒9a而返回轉(zhuǎn)子2的另一方的磁極，形成磁回路。減少該磁回路的磁阻，對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1而言，是提高輸出轉(zhuǎn)矩的重要因素。本實(shí)施例中，如上所述，通過(guò)使定子鐵心8的外周邊金屬原材質(zhì)露出，減少了相接部10處的絕緣層皮膜的厚度，從而可大幅減小磁阻。
如上所述地組裝成的定子3，由一對(duì)定子鐵心8彼此背面相接地沿軸線方向重疊。此外，在本實(shí)施例中，是在預(yù)先組裝完定子3后將一對(duì)定子3沿軸線方向重疊的，然而，也可先將一對(duì)定子鐵心8的背面彼此相接后卷繞線圈4，然后從軸線方向的兩側(cè)分別嵌入殼體9。另外，也可預(yù)先將裝配有軸承7的側(cè)板5固定于殼體9上。
(本實(shí)施例的主要效果)如上詳述，本實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1，通過(guò)將線圈4直接卷繞于由絕緣層11包覆的極齒8a的周圍，與卷繞于線圈骨架的方式比較，可增大繞線空間，即使在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1實(shí)現(xiàn)小型化時(shí)也可提高其輸出轉(zhuǎn)矩。進(jìn)而，由于在相接部10處，使定子鐵心8的外周邊與殼體9的內(nèi)周的至少一方的金屬原材質(zhì)露出的狀態(tài)下相接，因而，可減少相接部10的皮膜厚度。由此，可減少因絕緣層產(chǎn)生的磁阻，從而可獲得更高的輸出轉(zhuǎn)矩。
另外，本實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)金屬板20的表面以絕緣層11進(jìn)行包覆、然后對(duì)定子鐵心8的外形進(jìn)行沖壓成形，因而，可容易地制造外周邊露出金屬板20原材質(zhì)的定子鐵心8。
此外，本實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1的制造方法中，由于具有在極齒8a周圍直接卷繞由自我融著卷線構(gòu)成的線圈4的繞線工段，使其在由絕緣層包覆的極齒8a周圍直接卷繞線圈4成為可能，不僅提高了繞線作業(yè)的效率，而且，通過(guò)使線圈4自我融著而可防止線圈4發(fā)生散卷、松懈變形。
圖6與圖7分別為用于說(shuō)明圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的牽引力輸入轉(zhuǎn)矩特性的特性圖、以及用于說(shuō)明圖1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與以往的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的牽引力輸出轉(zhuǎn)矩特性的特性圖。圖6表示相對(duì)驅(qū)動(dòng)頻率(PULSE RATE)的牽引力輸入轉(zhuǎn)矩(PULL INTORQUE)的特性。由該圖表可明了，通過(guò)除去定子鐵心8的外周邊的絕緣層11而減小相接部10處皮膜厚度，從而使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高了約0.02mN·m以上。另外，圖7表示相對(duì)驅(qū)動(dòng)頻率(PULSE RATE)的牽引力輸出轉(zhuǎn)矩(PULL OUT TORQUE)的特性。通過(guò)除去定子鐵心8的外周邊的絕緣層11而減小相接部10處皮膜厚度，使輸出轉(zhuǎn)矩增高。
(其他實(shí)施例)圖4為用于說(shuō)明將本發(fā)明的另外的實(shí)施例的線圈嵌合于定子鐵心的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
作為形成線圈4的形成方法，在上述的實(shí)施例中，如圖3所示，通過(guò)在極齒8a周圍直接卷繞線圈4的繞線工段來(lái)進(jìn)行。然而，作為形成線圈4的形成方法，并不必限定于該繞線工段。即，如圖4所示，也可采用將預(yù)先由自我融著卷線卷繞成空心線圈30的線圈4、在融著后嵌合入定子鐵心8的極齒8a周圍的嵌合工段來(lái)進(jìn)行。本實(shí)施例的空心線圈30的內(nèi)徑設(shè)定為可嵌入極齒8a的尺寸。此時(shí)，當(dāng)空心線圈30嵌入極齒8a后產(chǎn)生游隙時(shí)，依據(jù)需要，也可將空心線圈30粘合固定于極齒8a上。但在對(duì)于空心線圈30須輕輕推壓以嵌入極齒8a的場(chǎng)合，則不須進(jìn)行粘合固定。
如此，通過(guò)預(yù)先將自我融著卷線卷繞成空心線圈30，可使繞線工段簡(jiǎn)略化。此外，即使在采用如本實(shí)施例所示的線圈4、即采用通過(guò)嵌合工段嵌合空心線圈30的線圈4來(lái)構(gòu)成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合下，由于具備了除去定子鐵心8的外周邊絕緣層11而減少相接部10處皮膜厚度的結(jié)構(gòu)，因而，同樣地可獲得與上述實(shí)施例同樣的電動(dòng)機(jī)特性。即，如圖6及圖7所示，與以往相比可提高牽引力輸入轉(zhuǎn)矩與牽引力輸出轉(zhuǎn)矩。
此外，雖然在圖2所示的定子鐵心8的制造方法中，作為定子鐵心8的原材料，采用了環(huán)箍狀的磁性體金屬板20，然而，也可采用單體的磁性體金屬板。在該場(chǎng)合下，對(duì)于豎立而形成極齒等的金屬板，在包覆工段中形成絕緣層，然后通過(guò)外形沖壓工段，將定子鐵心的外周邊從金屬板上沖壓成形，制造出外周邊露出金屬原材質(zhì)的定子鐵心。
另外，也可將定子鐵心8外周邊相接的殼體9的內(nèi)周上包覆的絕緣層剝離，使金屬原材質(zhì)彼此相接。通過(guò)如此構(gòu)成，可進(jìn)一步減少磁阻。以上說(shuō)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅為本發(fā)明的示例，可適當(dāng)?shù)刈兏鼮槠渌臉?gòu)成，并且，可在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)進(jìn)行變形。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具有內(nèi)周邊有數(shù)根極齒豎立并呈圓環(huán)狀的定子鐵心；通過(guò)該極齒上施加的絕緣層卷繞于上述極齒周圍的線圈；內(nèi)周與上述定子鐵心的外周邊相接、由內(nèi)設(shè)有上述線圈的磁性體構(gòu)成的殼體，其特征在于，上述定子鐵心及上述殼體，在上述定子鐵心的外周邊與上述殼體的內(nèi)周的相接部處，至少一方的金屬原材質(zhì)露出，并且，上述相接部以外的所有部位都由絕緣層包覆。
2.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有內(nèi)周邊有數(shù)根極齒豎立并呈圓環(huán)狀的定子鐵心；通過(guò)該極齒上施加的絕緣層卷繞于上述極齒周圍的線圈；內(nèi)周與上述定子鐵心的外周邊相接、由內(nèi)設(shè)有上述線圈的磁性體構(gòu)成的殼體，其特征在于，具有下列工序?qū)?gòu)成上述定子鐵心的上述金屬板表面全體以絕緣層進(jìn)行包覆的包覆工段；通過(guò)對(duì)上述定子鐵心的外形進(jìn)行沖壓成形、使外周邊露出金屬板原材質(zhì)的外形沖壓工段；以及使上述殼體的內(nèi)周與上述定子鐵心的外周邊相接而重合的相接工段，經(jīng)上述包覆工段后進(jìn)行外形沖壓工段，其后進(jìn)行上述相接工段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，其特征在于，還具有在上述極齒周圍卷繞上述線圈的繞線工段，該繞線工段，在上述極齒周圍，直接卷繞由自我融著卷線構(gòu)成的上述線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，其特征在于，上述繞線工段在上述包覆工段之后進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，其特征在于，還具有將由自我融著卷線卷繞的空心線圈構(gòu)成的上述線圈、嵌合于上述極齒周圍的嵌合工段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制造方法，其特征在于，上述嵌合工段在上述包覆工段之后進(jìn)行。
全文摘要
一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其制造方法，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(1)的定子鐵心(8)，其內(nèi)周邊豎立形成數(shù)根極齒(8a)，并且表面全體由絕緣層(11)包覆。線圈(4)直接卷繞于極齒(8a)周圍。將表面全體由絕緣層包覆的殼體(9)內(nèi)周與該定子鐵心(8)的外周邊相接而重合。使該定子鐵心(8)的外周邊與殼體(9)的內(nèi)周的相接部(10)處的絕緣層(11)形成的膜厚變薄，減少由定子鐵心(8)與殼體9構(gòu)成的磁路的磁阻。采用本發(fā)明，可對(duì)定子鐵心與殼體形成的磁路進(jìn)行改善，并可進(jìn)一步提高輸出轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)H02K15/02GK1625027SQ200410100620
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者?？普芊? 桑澤隆文, 水嵜康史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三協(xié)精機(jī)制作所