專利名稱：步進電機和采用了該步進電機的電子儀器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種步進電機，以及采用了該步進電機的電子儀器。
背景技術：
對于用于電子時計的步進電機而言，使用了具有這樣結(jié)構(gòu)的步進電機，其中作為重要組成部分的線圈、定子和轉(zhuǎn)子以平面的方式單獨地分散開。這對于需要實現(xiàn)小型化和減薄的時計而言是非常優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。另外，就成本而言，該結(jié)構(gòu)還能提供可實現(xiàn)時計的低成本制造的效果。
圖9是迄今為止用于電子時計的步進電機的結(jié)構(gòu)圖。在圖9中，步進電機包括具有轉(zhuǎn)子容納通孔303的定子301、可旋轉(zhuǎn)地容納在轉(zhuǎn)子容納通孔303中并磁化成兩極(S極和N極)的轉(zhuǎn)子302、通過螺釘312和313而集成在定子301中的鐵心308，以及纏繞在鐵心308周圍的線圈309。
在由磁性材料形成的定子301中，在將轉(zhuǎn)子容納通孔303夾在中間的相互面對的位置處設置了兩個切口部分(外切口)306和307，而在轉(zhuǎn)子容納通孔303與外切口306和307之間形成了可飽和部分310和311。另外在定子301中，在與轉(zhuǎn)子容納通孔303相連續(xù)的相互面對且將轉(zhuǎn)子容納通孔303夾在中間的位置處設置了兩個定位切口部分(內(nèi)切口)304和305。在線圈309未被激勵的狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子302穩(wěn)定地停止在其磁極軸線A與將內(nèi)切口304和305彼此相連的線段垂直相交的位置處。
此時，當向線圈309施加矩形脈沖信號并且使電流i沿圖中箭頭所示方向從中流過時，在定子301中產(chǎn)生了沿箭頭C方向的磁通。這樣，可飽和部分310和311達到飽和，其磁阻增大。之后，由于在定子301中形成的磁極與在轉(zhuǎn)子302中形成的磁極之間的相互作用，轉(zhuǎn)子302在箭頭B所示的方向上旋轉(zhuǎn)180度，然后穩(wěn)定地停止。
接著，當向線圈309施加極性相反的矩形脈沖信號并且使電流沿與箭頭相反的方向從中流過時，在定子301中產(chǎn)生了沿與箭頭C相反的方向的磁通。這樣，可飽和部分310和311首先達到飽和，之后，由于在定子301中形成的磁極與在轉(zhuǎn)子302中形成的磁極之間的相互作用，轉(zhuǎn)子302在箭頭B所示的方向上旋轉(zhuǎn)180度，然后穩(wěn)定地停止。之后，如上所述地向線圈309施加極性互不相同的信號(交變信號)，使得重復地進行上述操作，轉(zhuǎn)子302便以180度的增量在箭頭B所示的方向上持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子302通過將磁體和轉(zhuǎn)子柄(rotor stem)彼此固定地相連而形成，其中轉(zhuǎn)子柄由整體式地模制齒輪和軸形成，轉(zhuǎn)子302可通過齒輪來傳遞旋轉(zhuǎn)動力。雖然轉(zhuǎn)子柄有時通過以壓配等方法將金屬制件和磁體集成到一起來形成，然而為了節(jié)省成本的目的，通常也對磁體進行嵌入成型，從而由塑料來構(gòu)造轉(zhuǎn)子柄。
圖10顯示了由用塑料對磁體進行嵌入成型而形成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中圖10A是側(cè)視圖，而圖10B是底視圖。轉(zhuǎn)子302由雙極各向異性的轉(zhuǎn)子磁體302a和轉(zhuǎn)子柄302b構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子柄302b由用塑料整體式地模制用來固定磁體302a的固定部分、小齒輪和軸的兩端來形成。轉(zhuǎn)子磁體302a通過嵌入成型固定地連接到轉(zhuǎn)子柄302b上。
轉(zhuǎn)子磁體的上表面、下表面和外周側(cè)面固定地連接到塑料上。對于外周側(cè)面而言，一部分轉(zhuǎn)子柄形成為帶狀，而轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子柄在四個點處固定地連接到一起。這樣，轉(zhuǎn)子磁體的步進式運動便可傳遞給轉(zhuǎn)子柄，從而可以使轉(zhuǎn)子柄旋轉(zhuǎn)(參見JP 10-68784A(圖9))。
順便提及，取決于使用目的，用于電子時計的步進電機有時變得比大致圓柱形的步進電機更加有利，這是因為用于電子時計的步進電機能夠制成為較薄，具有很大的設計自由度，等等。例如，在用于光學部件如照相機所用的透鏡的驅(qū)動裝置中，非常需要實現(xiàn)小型化和減薄，尤其是，對于結(jié)合在便攜式儀器如蜂窩電話中的透鏡驅(qū)動裝置來說，十分需要實現(xiàn)小型化和減薄。對于上述使用目的而言，使用用于時計的步進電機是一種非常有效的手段。
然而在許多情況下，在透鏡驅(qū)動裝置中，在用于操作件的導向方面，滑動部分的間隙非常小，以便能夠更精密地線性式驅(qū)動透鏡，并且這一間隙小于時計的通用機構(gòu)的間隙。另外，還有許多透鏡驅(qū)動裝置設有促動機構(gòu)，用于使滑動部分的間隙移動到一側(cè)，以便增強運動的可重復性。因此，摩擦負載非常大，使得通常需要有比時計的傳統(tǒng)步進電機更大的輸出。
用于增大輸出的手段包括減小轉(zhuǎn)子磁體和定子之間的間隙，增大轉(zhuǎn)子直徑，等等。然而，當如圖10所示地在轉(zhuǎn)子磁體的側(cè)面上模制塑料時，轉(zhuǎn)子磁體和定子之間的間隙因其材料厚度的大小而實質(zhì)上增大，因此就無法得到足夠的輸出。
為了避免上述問題，由塑料形成的轉(zhuǎn)子柄和轉(zhuǎn)子磁體僅在穿透過轉(zhuǎn)子磁體中心的圓形孔的表面上固定地連接在一起，轉(zhuǎn)子磁體被擴大了從轉(zhuǎn)子磁體側(cè)面除去的塑料的量。這樣就可采用兩項對策，即減小轉(zhuǎn)子磁體和定子之間的間隙以及增大轉(zhuǎn)子直徑，從而提高步進電機的扭矩。然而，雖然扭矩增大，有時還是會出現(xiàn)下述失效。具體地說，轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子柄之間的界面位于靠近孔中心的部分處，其半徑較小，另外，在中心處的通孔是圓孔，該界面完全平行于旋轉(zhuǎn)方向。因此，無法充分地保證它們之間的粘附程度，轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子柄在轉(zhuǎn)子磁體的步進式運動期間有時會在界面上彼此分離，從而造成松脫。扭矩增大得越多，轉(zhuǎn)子磁體的慣性力增加得也越多，因此轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子柄很容易松脫。當轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子柄松脫時，轉(zhuǎn)子磁體的旋轉(zhuǎn)無法準確地傳遞給轉(zhuǎn)子柄，在透鏡驅(qū)動裝置等中，存在著透鏡的直行運動的可重復性變得很低的可能性。
而且，四個帶狀部分部分地存在于轉(zhuǎn)子磁體的外周側(cè)面上，另外還存在于最外圓周上。因此，取決于模制的精度，在轉(zhuǎn)子的慣性力上易于出現(xiàn)偏差，這對步進電機的性能產(chǎn)生了受到影響的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的步進電機涉及到這樣一種步進電機，其包括轉(zhuǎn)子，其包括已磁化的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分，并且可圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及由線圈和軛架形成的定子，其中線圈用于通過向其施加電能而產(chǎn)生磁場，軛架構(gòu)成了磁場的磁路，其中轉(zhuǎn)子磁體通過設于轉(zhuǎn)子磁體中的連接孔來向動力傳遞部分傳遞動力，該連接孔具有在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面上看去為止轉(zhuǎn)的形狀，使得從旋轉(zhuǎn)軸線到外周點的距離不是恒定的。
另外，根據(jù)本發(fā)明的步進電機涉及到這樣一種步進電機，其包括轉(zhuǎn)子，其包括已磁化的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分，并且可圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及由線圈和軛架形成的定子，其中線圈用于通過向其施加電能而產(chǎn)生磁場，軛架構(gòu)成了磁場的磁路，其中轉(zhuǎn)子磁體通過設于轉(zhuǎn)子磁體中的多個連接孔來向動力傳遞部分傳遞動力，其中至少一個連接孔設置在旋轉(zhuǎn)軸線以外的位置處。
在如上所述的本發(fā)明中，不必在轉(zhuǎn)子磁體的外周側(cè)面上形成樹脂以便向動力傳遞部分傳遞動力。因此，通過被這樣取消的樹脂的量而擴大了轉(zhuǎn)子磁體，并且可以盡可能地減小軛架和轉(zhuǎn)子磁體之間的空間。因此，不必改變步進電機的大小便可實現(xiàn)具有較高扭矩的步進電機。另外，可以防止輸出高扭矩的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分松脫，并且可在它們之間準確地傳遞動力。另外，不必在轉(zhuǎn)子磁體的外周上部分地形成樹脂，因此，會顯著影響轉(zhuǎn)子慣性力的轉(zhuǎn)子磁體外周的尺寸精度比在采用局部樹脂模制的情況下的尺寸精度更高，可以減小轉(zhuǎn)子慣性力的偏差，因而減小步進電機的特性的偏差。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，步進電機連接在基板的一個表面上，并且包括具有沿基板布置的線圈的線圈組件，軛架的磁路中的除與線圈組件相連的端部以外的部分設置成不與線圈組件重疊，轉(zhuǎn)子布置在軛架的轉(zhuǎn)子通過孔中。
在本發(fā)明的這一方面中，該步進電機形成為扁平型，因此可以形成較薄的步進電機，從而形成較薄的電子儀器。
另外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，設于步進電機的轉(zhuǎn)子磁體中的止轉(zhuǎn)形狀是具有棱角的形狀。
在本發(fā)明的這一方面中，通過使用轉(zhuǎn)子磁體的棱角，就可以有效地將旋轉(zhuǎn)力傳遞給動力傳遞部分，并且可以防止轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分相互間松脫。
另外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，設于步進電機的轉(zhuǎn)子磁體中的止轉(zhuǎn)形狀是其中其內(nèi)切圓的圓心重疊于旋轉(zhuǎn)軸線上的形狀。
在本發(fā)明的這一方面中，在將轉(zhuǎn)子磁體的外形加工成精確圓形時，連接孔可用作基準，使得轉(zhuǎn)子運動的偏差降低。
另外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，設于步進電機的轉(zhuǎn)子磁體中的止轉(zhuǎn)形狀是相對于旋轉(zhuǎn)軸線為對稱的形狀。
另外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，設于步進電機的轉(zhuǎn)子磁體中的止轉(zhuǎn)形狀具有包括了旋轉(zhuǎn)軸線且形成為平面對稱的至少一個平面，并且沿著該平面被極化。
在本發(fā)明的上述方面中，轉(zhuǎn)子磁體的各個磁極的區(qū)域形狀彼此相同，因此可以減少各磁極的工作特性的偏差。
另外，在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面中，步進電機包括軸向固定部分，用于沿著轉(zhuǎn)子的軸向在轉(zhuǎn)子磁體的上、下表面上將轉(zhuǎn)子磁體固定住，該軸向固定部分通過模制整體地形成。
在本發(fā)明的這一方面中，轉(zhuǎn)子磁體通過嵌入成型而與軸向固定部分形成為一體，動力傳遞部分和旋轉(zhuǎn)軸整體地形成在一起，并且在它們之間插入了軸向固定部分，這樣便可實現(xiàn)制造成本較低的步進電機。
另外，采用了本發(fā)明的步進電機的電子儀器包括工作單元，其通過使用本發(fā)明的步進電機來借助動力傳遞部分的動作而工作。
在本發(fā)明的這一方面中，提供了一種電子儀器，其中即使因使用了高扭矩和高精度的步進電機而帶來了高負載，其也能夠穩(wěn)定地精確地工作。
根據(jù)本發(fā)明，通過轉(zhuǎn)子磁體與轉(zhuǎn)子柄以嵌入成型而形成一體的低成本構(gòu)造，就可以保證轉(zhuǎn)子磁體與轉(zhuǎn)子柄之間的粘附強度，同時擴大轉(zhuǎn)子磁體并減小轉(zhuǎn)子磁體與定子之間的間隙。因此，可以提供具有高輸出和高穩(wěn)定性的步進電機，以及采用了該步進電機的電子儀器。


在附圖中圖1A是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的使用了該步進電機的電子儀器的平面圖，其處于外罩與齒輪支撐件分開的狀態(tài)中；圖1B是沿著圖1A中的線F2-F2的剖視圖，顯示了根據(jù)第一實施例的電子儀器；圖2是沿著包括有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的平面的剖視圖，顯示了根據(jù)第一實施例的設置在電子儀器中的步進電機的轉(zhuǎn)子；圖3是沿著垂直于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子磁體中心的剖視圖，顯示了根據(jù)第一實施例的設置在電子儀器中的步進電機的轉(zhuǎn)子；圖4是沿著垂直于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子磁體中心的剖視圖，顯示了根據(jù)第二實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子；圖5是沿著垂直于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子磁體中心的剖視圖，顯示了根據(jù)第三實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子；圖6是沿著垂直于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)子磁體中心的剖視圖，顯示了根據(jù)第四實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子；圖7是沿著包括有轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的平面的剖視圖，顯示了根據(jù)第五實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子；
圖8是從旋轉(zhuǎn)軸線的方向看去的根據(jù)第五實施例的步進電機的轉(zhuǎn)子的頂視圖；圖9是顯示了根據(jù)傳統(tǒng)示例的步進電機的平面圖；圖10A是顯示了根據(jù)傳統(tǒng)示例的步進電機的轉(zhuǎn)子形狀的剖視圖；和圖10B是顯示了根據(jù)傳統(tǒng)示例的步進電機的轉(zhuǎn)子形狀的頂視圖。
具體實施例方式
下面將參考圖1到圖3來介紹本發(fā)明的第一實施例。
圖1A是本發(fā)明的步進電機26以及使用了該步進電機26的電子儀器21如透鏡驅(qū)動裝置的平面圖。
圖1B是沿著圖1A中的線F2-F2的剖視圖，顯示了本發(fā)明的步進電機26以及使用了該步進電機26的電子儀器21。
圖1A和1B中的標號21所示的電子儀器為透鏡驅(qū)動裝置，其用于驅(qū)動光學部件如透鏡，并且結(jié)合在較薄的電子儀器如卡片式數(shù)碼相機和帶相機的便攜式電話中。透鏡驅(qū)動裝置21包括電路板22、底板23、齒輪支撐件24、外罩25、步進電機26、光學部件如透鏡鏡筒27、運動機構(gòu)28以及減速齒輪系29。
在電路板22的一個表面上安裝了成像元件30，例如為CCD和CMOS。底板23連接到電路板22的這一表面上。例如，底板23是矩形的，并且在其縱向上的一個端側(cè)上的部分中包括孔23e，用于將成像元件30容納在其中并允許在其中設置透鏡鏡筒27。在底板23的縱向上的另一個端側(cè)上的部分中設置了齒輪支撐件24，其與該部分相對并且與之分開預定的間隔。外罩25連接到齒輪支撐件24以及底板23的位于縱向上一個端側(cè)處的部分上。外罩25包括與透鏡鏡筒27的入射面相對的窗孔25a。
齒輪支撐件24還用作可將步進電機26夾在其自身與底板23之間的零件。齒輪支撐件24通過多個、例如三個連接桿31固定在底板23上，而連接桿31通過螺釘32從底板23的背面進行連接。
步進電機26是例如具有步進角為180°的雙極電機，如圖1所示，其包括線圈組件35、軛架36和轉(zhuǎn)子37。線圈組件35和軛架36形成了定子。
各線圈組件35包括鐵心38和勵磁線圈39。鐵心38由整體式形成的軛架連接部分38b和38c構(gòu)成，這兩個部分分別設置在鐵心部分38a(參見圖1)的縱向上的兩端上。在一個優(yōu)選示例中，一對線圈組件35設置成使得轉(zhuǎn)子37的轉(zhuǎn)速在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)期間相等。特別是在該實施例中，軛架連接部分38c是共享的以便使這些線圈組件35形成為一體，因此，軛架連接部分38b單獨地設置在連接部分(軛架連接部分)38c的兩端上，而鐵心部分38a處于它們之間。在各個鐵心部分38a上纏繞了勵磁線圈39。
用于引導由勵磁線圈39的受激而產(chǎn)生的磁通的軛架36具有平板的形狀，并且包括與軛架連接部分38b和38c相連的端部36b和36c。各對端部36b連接在軛架連接部分38b上，而處于這對端部36b之間的另一端部36c位于軛架連接部分38c之間。軛架36的除端部36b和36c以外的磁路部分36a伸出到線圈組件35的一側(cè)，并不與線圈組件35重疊。在磁路部分36a中形成有轉(zhuǎn)子通過孔40。
在磁路部分36a和線圈組件35之間形成有空間41。各勵磁線圈39的至少一部分側(cè)面面對著各個空間41。圖1中的標號42表示磁路部分36a中的凹部，其設置在轉(zhuǎn)子通過孔40的周邊。在凹部42和轉(zhuǎn)子通過孔40之間以及在各空間41和轉(zhuǎn)子通過孔40之間，磁路的截面積非常小，并且非常容易產(chǎn)生磁飽和。因此，轉(zhuǎn)子通過孔40的內(nèi)周表面基本上由磁路的截面積非常小的部分來界定。這樣界定的區(qū)域制成為單獨地用作極尖，每當在勵磁線圈39上施加驅(qū)動脈沖時，極尖便轉(zhuǎn)變?yōu)镾極或N極。
轉(zhuǎn)子37設置在轉(zhuǎn)子通過孔40中。轉(zhuǎn)子37由轉(zhuǎn)子柄61以及被磁化成兩個極(S極和N極)的轉(zhuǎn)子磁體59構(gòu)成。對于在周向上相鄰的各預定區(qū)域而言，轉(zhuǎn)子磁體59被磁化成彼此不同的極性。因此，每當在步進電機26的勵磁線圈39上施加驅(qū)動脈沖時，步進電機26就會因極尖與轉(zhuǎn)子37之間的磁作用而旋轉(zhuǎn)180°的步進角。在轉(zhuǎn)子37內(nèi)整體地模制了傳動齒輪43。轉(zhuǎn)子37的旋轉(zhuǎn)軸44的兩個端部由底板23和齒輪支撐件24所支撐，以便可以自由地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子37具有處于轉(zhuǎn)子37自身與轉(zhuǎn)子通過孔40之間的間隙，防止了因它們之間的接觸所帶來的摩擦損耗。
步進電機26通過插入于其間的連接桿31和螺釘32而固定在底板23上。在這種情況下，連接桿31穿過軛架連接部分38b和與之相連的軛架36的端部36b，并且穿過軛架連接部分38c和與之相連的軛架36的端部36c，而螺釘32緊固在連接桿31上，從而可將步進電機26夾緊并固定在底板23和齒輪支撐件24之間。
透鏡鏡筒27包括多個容納于其中的透鏡27a。通過螺釘接合而在透鏡鏡筒27的外周上連接了透鏡鏡筒支架45。多個例如一對滑動部分45a在透鏡鏡筒支架45的外周上突出來，并且優(yōu)選在大致直徑的方向上相對，滑動部分45a均包括由通孔、凹槽等形成的桿滑動件。在透鏡鏡筒27的周邊，在底板23和外罩25上連接了多個導桿46，這些導桿46單獨地穿過桿滑動件。這樣，透鏡鏡筒27與成像元件30相對，并且被支撐成可在接近和離開成像元件30的方向上沿著該多個導桿46運動。通過這種運動，可以執(zhí)行透鏡鏡筒27在成像元件30上的聚焦動作。
在一個導桿例如在靠近步進電機26的那個導桿46的周圍纏繞了螺旋彈簧47。螺旋彈簧47夾在底板23與上述那個導桿46從中穿過的一個滑動部分45a之間，并且穿過透鏡鏡筒支架45，并在使透鏡鏡筒27與成像元件30分離的方向上推動透鏡鏡筒27。
運動機構(gòu)28包括絲杠51和螺母件52。如圖1B所示，絲杠51形成了齒輪軸53的一部分。齒輪軸53穿過齒輪支撐件24以及與齒輪支撐件24相鄰且相對的外突部48，齒輪軸53的兩個端部由底板23和外罩25支撐，以便可以自由地旋轉(zhuǎn)。螺母件52固定在外突部48上，絲杠51可與螺母件52嚙合且從中穿過。因此，當齒輪軸53旋轉(zhuǎn)時，這種旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成使透鏡鏡筒支架45通過運動機構(gòu)28沿著絲杠45的軸向移動的運動。因此，透鏡鏡筒27沿著其光學軸線O而運動。
運動機構(gòu)28和轉(zhuǎn)子37彼此相連，而在它們之間設有減速齒輪系29，其設置在底板23的一個表面?zhèn)壬?。如圖1所示，減速齒輪系29包括多個例如第一到第三減速齒輪55到57，它們由正齒輪形成。第一減速齒輪55與轉(zhuǎn)子37的傳動齒輪43嚙合，與第一減速齒輪55一起旋轉(zhuǎn)的第二齒輪56與第三減速齒輪57嚙合，另外，第三減速齒輪57連接在齒輪軸58上。支撐了第一減速齒輪55和第二減速齒輪56的齒輪軸53的兩個端部由底板23和外罩25支撐，以便可以自由地旋轉(zhuǎn)。因此，當驅(qū)動步進電機26以使轉(zhuǎn)子37旋轉(zhuǎn)時，這種旋轉(zhuǎn)通過減速齒輪系29而減速，然后再傳遞給運動機構(gòu)28。
圖2是其中轉(zhuǎn)子37沿包括有旋轉(zhuǎn)軸線A的平面切開的剖視圖。圖3是其中轉(zhuǎn)子磁體59沿相對于其軸向的中性線切開的剖視圖。
轉(zhuǎn)子37包括由樹脂制成的轉(zhuǎn)子柄61，以及被磁化成兩個極(S極和N極)的柱形轉(zhuǎn)子磁體59。轉(zhuǎn)子柄61包括作為旋轉(zhuǎn)導向件的旋轉(zhuǎn)軸44，用于將轉(zhuǎn)子支撐于其上以便可以自由地旋轉(zhuǎn)；傳動齒輪43，其作為動力傳遞部分；以及轉(zhuǎn)子磁體固定部分60和62，用于將轉(zhuǎn)子磁體59和轉(zhuǎn)子柄61彼此相連。
轉(zhuǎn)子磁體59通過嵌入成型而固定在轉(zhuǎn)子柄61中。因此，轉(zhuǎn)子磁體59的上下表面被轉(zhuǎn)子磁體固定部分60a和60b固定住，而轉(zhuǎn)子磁體59被設于轉(zhuǎn)子磁體59中心附近的連接孔63和具有可填充該連接孔63的形狀的轉(zhuǎn)子磁體固定部分62固定住。另外，旋轉(zhuǎn)軸44a、傳動齒輪43、轉(zhuǎn)子磁體固定部分60a、轉(zhuǎn)子磁體固定部分60b和旋轉(zhuǎn)軸44b彼此相連，而轉(zhuǎn)子磁體固定部分62處于轉(zhuǎn)子磁體固定部分60a和60b之間。
如圖3所示，連接孔63的形狀由四個直線部分63a，63b，63c和63d以及以旋轉(zhuǎn)軸線A為中心的具有大致相等半徑的圓弧部分63e，63f，63g和63h形成，該形狀具有八個棱角。出于制造的原因，各個這些棱角略呈R形。通過這種形狀，從旋轉(zhuǎn)軸線A至其相應點處的距離不是恒定的，該形狀為止轉(zhuǎn)形狀。因此，轉(zhuǎn)子磁體固定部分62和連接孔63之間的界面方位與轉(zhuǎn)子磁體固定部分62內(nèi)的轉(zhuǎn)子37的旋轉(zhuǎn)方向不同。因此，如果在以旋轉(zhuǎn)軸線A為中心的旋轉(zhuǎn)方向上的由轉(zhuǎn)子磁體59的慣性力而在界面上引起的所有力中，作用于平行于界面的方向上的分量定義為分離力，那么分離力將減小。這樣，轉(zhuǎn)子磁體固定部分62和連接孔63便被制成為更不易于彼此分離。另外，即使產(chǎn)生了這種分離，轉(zhuǎn)子磁體固定部分62和連接孔63也會因其形狀而彼此卡住，只要轉(zhuǎn)子磁體59和轉(zhuǎn)子柄61不破裂，在它們之間就決不會產(chǎn)生相對運動。因此，可以將轉(zhuǎn)子磁體59的運動精確地傳遞給轉(zhuǎn)子柄61，傳動齒輪43可以精確地旋轉(zhuǎn)。
另外，轉(zhuǎn)子磁體固定部分60具有比連接孔63更大的面積，并且增大了固定地連接到轉(zhuǎn)子磁體59的上下表面上的面積。因此，轉(zhuǎn)子磁體59和轉(zhuǎn)子柄61的粘附力進一步增大。應當注意的是，轉(zhuǎn)子磁體固定部分60可用作軸向固定部分，用于確定轉(zhuǎn)子磁體59的垂直位置。
另外，在傳統(tǒng)構(gòu)造中，通過使用轉(zhuǎn)子磁體的外周側(cè)面而使樹脂整體式地粘附在轉(zhuǎn)子柄上。因此，考慮到形成于轉(zhuǎn)子磁體側(cè)面上的樹脂的最小厚度以及制造和組裝中的誤差，在轉(zhuǎn)子磁體和轉(zhuǎn)子通過孔之間必須設置間隙，使得轉(zhuǎn)子通過孔和形成于轉(zhuǎn)子磁體上的樹脂不會相互接觸。因此，在減小轉(zhuǎn)子通過孔和轉(zhuǎn)子磁體之間的距離方面存在著限制，另外在增大轉(zhuǎn)子磁體的直徑方面也存在著限制。
然而，在本發(fā)明的第一實施例中，轉(zhuǎn)子磁體59的直徑通過形成于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁體側(cè)面上的樹脂的厚度大小而得到了增強。例如，在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁體中，形成于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁體側(cè)面上的樹脂的厚度已經(jīng)制成至少為約0.1毫米，因此，轉(zhuǎn)子磁體59的直徑比傳統(tǒng)情況增加了0.2毫米或更多，因此就可能提高輸出扭矩。
另外，轉(zhuǎn)子通過孔40和轉(zhuǎn)子磁體59之間的距離通過形成于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁體側(cè)面上的樹脂厚度而減小，因此可以得到更高的輸出扭矩。
另外，雖然扭矩增大，但步進電機26的整體尺寸不變。
順便提及，希望轉(zhuǎn)子磁體59的外周形狀盡可能為圓形，并且盡可能減小其相對于旋轉(zhuǎn)軸線的偏心量，以便減小磁力的不規(guī)則性、慣性力的不規(guī)則性等。在轉(zhuǎn)子37的制造工藝中，轉(zhuǎn)子磁體59的圓度的改善精度以及其相對于旋轉(zhuǎn)軸線A的偏心量的改善均有助于改善步進電機的性能。在該實施例中，首先通過柱形桿來將轉(zhuǎn)子磁體59引導到與連接孔63的直線部分63a，63b，63c和63d相接觸，即內(nèi)接于連接孔63的止轉(zhuǎn)形狀，然后通過磨削等來機加工轉(zhuǎn)子磁體59的外周。這樣就提高了轉(zhuǎn)子磁體59的圓度，在模制轉(zhuǎn)子柄61的情況中，通過使用高精度的轉(zhuǎn)子磁體59的外周作為基準來形成旋轉(zhuǎn)軸44。結(jié)果就得到了這樣一種轉(zhuǎn)子37，其中轉(zhuǎn)子磁體59相對于旋轉(zhuǎn)軸線A的圓度很高，而偏心量很小。
另外，雖然樹脂已經(jīng)部分地形成為位于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁體的外周側(cè)面上的帶狀，然而在本發(fā)明中，不必在該外周側(cè)面上形成樹脂。因此，可以提高慣性力的精度，并且減小步進電機的偏差。
另外，連接孔63的止轉(zhuǎn)形狀相對于旋轉(zhuǎn)軸線A是對稱的，即點對稱。通過采用這種形狀，當轉(zhuǎn)子磁體59被磁化成兩個極時，不論轉(zhuǎn)子磁體59在哪一方向上被磁化，彼此相對的磁化區(qū)域都具有相等的形狀。因此，一次旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)特性偏差減小。另外，由于止轉(zhuǎn)形狀是點對稱的，因此對應于止轉(zhuǎn)形狀的對稱位置的相應部分以良好的平衡來傳遞旋轉(zhuǎn)力，因此，轉(zhuǎn)子磁體59并不局部地承受到作用力，并且不易導致疲勞破壞。
另外，連接孔63的止轉(zhuǎn)形狀是這樣的形狀，其具有包括了旋轉(zhuǎn)軸線A且為面對稱的平面。轉(zhuǎn)子磁體59的極化沿著所述平面方向來進行，因此相應磁極的區(qū)域形狀是相同的，并且可以減小各磁極的輸出特性的偏差。例如，極化沿著將直線部分63a和直線部分63c的中點相連的平面進行，或者，極化沿著將圓弧部分63e和圓弧部分63g的中點相連的平面進行。這樣就可得到上述效果。
另外，由于轉(zhuǎn)子磁體59包括具有止轉(zhuǎn)形狀的連接孔63，因此就可在嵌入成型期間采用該止轉(zhuǎn)形狀來確定轉(zhuǎn)子磁體59在周向上的位置。因此，可相對于周向來精確地設置傳動齒輪43的位置和轉(zhuǎn)子磁體59的極化位置。結(jié)果，就可以精確地確定在步進電機的一步操作中相互嚙合的傳動齒輪的起始嚙合和終止嚙合。因此，可以進行機械控制以提高動力傳遞的效率，并且在采用間歇式驅(qū)動的齒輪作為傳動齒輪時確定在一步旋轉(zhuǎn)中對間歇式驅(qū)動齒輪進行操作的時間，等等。
通過上述構(gòu)造，可以得到具有很高可靠性的高精度和大功率的步進電機。
另外，如果使用了步進電機26，由于該步進電機26具有較高的扭矩，那么可以得到這樣一種透鏡驅(qū)動裝置，其能夠穩(wěn)定地執(zhí)行透鏡的直行運動，即使在導桿46和滑動部分45a之間的間隙減小以便抑制透鏡的直行運動中的透鏡顫動時也是如此，后一情況會導致其摩擦損耗增大。另外，可以得到在透鏡的直行運動中的高重復式可再現(xiàn)性的透鏡驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的第二實施例是第一實施例所示步進電機26中的轉(zhuǎn)子37的結(jié)構(gòu)的一個改進示例，其中與第一實施例中相似的其它結(jié)構(gòu)未示出。圖4顯示了本發(fā)明的第二實施例，其為步進電機26的轉(zhuǎn)子磁體70沿其中性線剖開的剖視圖。
圖4中的特征是，設于轉(zhuǎn)子磁體70內(nèi)的連接孔71的形狀僅由直線部分71a，71b，71c和71d形成，并且具有四個棱角。這里，各個直線部分的長度基本上相等，該形狀大致為方形。通過模制在連接孔71內(nèi)形成了轉(zhuǎn)子磁體固定部分72。在連接孔71的形狀的各棱角附近，連接孔71和轉(zhuǎn)子磁體固定部分72之間的界面方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向形成了一個約45°的角，因此，分離力將乘上cos45°，并且減小得更多。因此，轉(zhuǎn)子磁體固定部分72被制成更不容易從連接孔71中脫離。希望極化例如可沿著將彼此相對的棱角相連的線、或者沿著將直線部分71a和直線部分71c的中性點相連的線來進行。
本發(fā)明的第三實施例是第一實施例所示步進電機26中的轉(zhuǎn)子37的結(jié)構(gòu)的一個改進示例，其中與第一實施例中相似的其它結(jié)構(gòu)未示出。圖5顯示了本發(fā)明的第三實施例，其為步進電機26的轉(zhuǎn)子磁體80沿其中性線剖開的剖視圖。
圖5中的特征是，設于轉(zhuǎn)子磁體80內(nèi)的連接孔81的形狀由直線部分81a和81b以及將其相連的圓弧81c和81d形成。這種形狀沒有棱角，因此容易加工。
本發(fā)明的第四實施例是第一實施例所示步進電機26中的轉(zhuǎn)子37的結(jié)構(gòu)的一個改進示例，其中與第一實施例中相似的其它結(jié)構(gòu)未示出。圖6顯示了本發(fā)明的第四實施例，其為步進電機26的轉(zhuǎn)子磁體90沿其中性線剖開的剖視圖。
圖6中的特征是，在轉(zhuǎn)子磁體90內(nèi)設置了圓形連接孔91。這里，在相對于穿過旋轉(zhuǎn)軸線A的直線為對稱的位置處設置了兩個連接孔91a和91b，通過模制在孔中形成了由樹脂制成的轉(zhuǎn)子磁體固定部分92a和92b。由于連接孔91a和91b的各自圓形形狀的中心相對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線A偏離，因此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向以及連接孔91和轉(zhuǎn)子磁體固定部分92之間的界面方向包括了相互間不平行的部分，因此分離力降低。而且，設置了通過連接孔固定在轉(zhuǎn)子磁體上的多個部分，因此可以進一步減小分離力。另外，例如在因某些原因而產(chǎn)生了圍繞著連接孔91a的旋轉(zhuǎn)力時，轉(zhuǎn)子磁體固定部分92b支撐了該旋轉(zhuǎn)力，因此，轉(zhuǎn)子磁體90和轉(zhuǎn)子柄不會相互間運動。另外，由于形狀為簡單的圓形，因此各連接孔91具有良好的加工性，轉(zhuǎn)子磁體90因其對稱性而在慣性力和磁密度方面具有良好的平衡。
應當注意的是，雖然連接孔在這里設置成彼此對稱，但也可以在轉(zhuǎn)子磁體90的中心處提供其中一個連接孔。另外，還可將連接孔中的任一孔形成為這樣的孔，其在轉(zhuǎn)子磁體90中延伸了一半而未穿透轉(zhuǎn)子磁體90，并且通過另一連接孔來將旋轉(zhuǎn)軸44a和旋轉(zhuǎn)軸44b相連。另外，未穿透的連接孔也可以設置在轉(zhuǎn)子磁體的下表面上。
此外，雖然可在轉(zhuǎn)子磁體90中設置兩個連接孔，然而連接孔的數(shù)量也可以為三個或更多。
本發(fā)明的第五實施例是第一實施例所示步進電機26中的轉(zhuǎn)子37的結(jié)構(gòu)的一個改進示例，其中與第一實施例中相似的其它結(jié)構(gòu)未示出。圖7和8顯示了本發(fā)明的第五實施例圖7是步進電機26的轉(zhuǎn)子100沿著穿過了旋轉(zhuǎn)軸線A的平面剖開的剖視圖；而圖8是步進電機26的轉(zhuǎn)子100的平面圖。
轉(zhuǎn)子100通過將轉(zhuǎn)子柄110和轉(zhuǎn)子磁體101彼此相連而形成，在轉(zhuǎn)子柄110中整體地形成有旋轉(zhuǎn)軸102、傳動齒輪108以及轉(zhuǎn)子磁體固定部分103，104和107。轉(zhuǎn)子磁體101的下表面由轉(zhuǎn)子磁體固定部分104固定住，通過穿過轉(zhuǎn)子磁體101的中心而形成的連接孔109由轉(zhuǎn)子磁體固定部分107固定住。在轉(zhuǎn)子磁體101的上表面上設置了凹槽部分106，如圖8所示，其上表面的形狀為直線形。另外，該多個凹槽部分106從旋轉(zhuǎn)軸線A中徑向地延伸出來。這里，凹槽部分106形成為到達了轉(zhuǎn)子磁體101的外周處的十字形狀。轉(zhuǎn)子磁體固定部分103沿著凹槽部分106部分地安裝到其中，凹槽部分106的壁面106a在基本上垂直于旋轉(zhuǎn)方向的方向上延伸。因此，壁面106a經(jīng)由轉(zhuǎn)子磁體固定部分103將旋轉(zhuǎn)力傳遞給轉(zhuǎn)子柄110，并且可防止轉(zhuǎn)子柄110和轉(zhuǎn)子磁體101相互間分離。
本發(fā)明并不限于上述實施例。例如，轉(zhuǎn)子磁體不僅可以是在周向上具有兩個磁極的轉(zhuǎn)子磁體，而且可以是具有超過兩個磁極的轉(zhuǎn)子磁體、在軸向上被極化的轉(zhuǎn)子磁體，等等。另外，設于轉(zhuǎn)子內(nèi)的動力傳遞部分可以不僅是齒輪，還可以是螺紋件、連桿、凸輪等。動力傳遞部分本身可以是電子儀器的最終輸出部分。
本發(fā)明的步進電機不僅可用于電子儀器，例如用于自動聚焦和縮放的透鏡驅(qū)動裝置，而且可用于能夠驅(qū)動光學部件的工作單元如光閘、膜片、鏡子或棱柱以及使相機振動等的光學模塊，另外，還可用于鐘表、打印機、機械手、泵等等。
而且，可以將各個實施例結(jié)合起來。例如，可以構(gòu)思出下述內(nèi)容等。具體地說，可以將第一實施例或第四實施例與第五實施例結(jié)合起來，其中連接孔的形狀類似于連接孔63的形狀，或者設置了多個連接孔，另外，在轉(zhuǎn)子的上表面中設置了類似于凹槽部分106的凹槽部分。
權(quán)利要求
1.一種步進電機，包括轉(zhuǎn)子，其包括已磁化的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分，并且可圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；和由線圈和軛架形成的定子，其中所述線圈用于通過向其施加電能而產(chǎn)生磁場，所述軛架構(gòu)成了磁場的磁路，其中，所述轉(zhuǎn)子磁體通過設于所述轉(zhuǎn)子磁體中的連接孔來向所述動力傳遞部分傳遞動力，所述連接孔具有在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面上看去為止轉(zhuǎn)的形狀，使得從旋轉(zhuǎn)軸線到外周點的距離不是恒定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀為具有棱角的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀的內(nèi)切圓中心基本上重疊在旋轉(zhuǎn)軸線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀的內(nèi)切圓中心基本上重疊在旋轉(zhuǎn)軸線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀為圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線對稱的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀為圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線對稱的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀具有包括了旋轉(zhuǎn)軸線且為面對稱的至少一個平面，并且沿著所述平面被極化。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于，所述止轉(zhuǎn)形狀具有包括了旋轉(zhuǎn)軸線且為面對稱的至少一個平面，并且沿著所述平面被極化。
9.一種步進電機，其包括轉(zhuǎn)子，其包括已磁化的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分，并且可圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；和由線圈和軛架形成的定子，其中所述線圈用于通過向其施加電能而產(chǎn)生磁場，所述軛架構(gòu)成了磁場的磁路，其中，所述轉(zhuǎn)子磁體通過設于轉(zhuǎn)子磁體中的多個連接孔來向所述動力傳遞部分傳遞動力，其中至少一個所述連接孔設置在旋轉(zhuǎn)軸線以外的位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子磁體的上、下表面上設置有兩個用于沿軸向固定住轉(zhuǎn)子磁體的軸向固定部分，它們通過模制形成為一體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于，所述步進電機連接在底板的一個表面上，并且包括具有沿著所述底板設置的線圈的線圈組件；軛架磁路中的除了與所述線圈組件相連的端部以外的部分設置成未與所述線圈組件重疊；以及所述轉(zhuǎn)子設置在所述軛架的轉(zhuǎn)子通過孔中。
12.一種使用了根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機的電子儀器，，所述電子儀器包括通過所述動力傳遞部分的動作來起作用的工作單元。
全文摘要
提供了一種步進電機，其能夠增大輸出扭矩和精確地傳遞動力給動力傳遞部分。在該步進電機中包括轉(zhuǎn)子，其包括已磁化的轉(zhuǎn)子磁體和動力傳遞部分，并且可圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及由線圈和軛架形成的定子，其中線圈用于通過向其施加電能而產(chǎn)生磁場，軛架構(gòu)成了磁場的磁路，其中轉(zhuǎn)子磁體通過連接孔來向動力傳遞部分傳遞動力，該連接孔具有在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面上看去為止轉(zhuǎn)的形狀，使得從旋轉(zhuǎn)軸線到外周點的距離不是恒定的。
文檔編號H02K37/10GK1756055SQ20051010991
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者長谷川春彥, 本村京志, 里舘貴之, 長谷川貴則 申請人:精工電子有限公司