專利名稱：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有較大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的永磁體型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)。
永磁體型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不通電時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是轉(zhuǎn)子永磁體和定子極齒間的磁吸引力產(chǎn)生的。定子由2個(gè)定子繞組構(gòu)成，這些定子繞組電氣角只相差π/2相位時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩周期是π，因而制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在兩個(gè)定子繞組之間互相抵消，而被設(shè)定為比較小的值。
通常，追求高精度停止位置的電動(dòng)機(jī)，由于定子轉(zhuǎn)矩變成旋轉(zhuǎn)(通電)時(shí)的負(fù)載，因而設(shè)計(jì)成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為很小。但是，按用途來說，在不通電時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使負(fù)載實(shí)際停止的場合，較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是必需的。
特開昭60-43059號(hào)公報(bào)中，揭示了通過使定子極齒的寬度不對(duì)齊，使得不通電時(shí)各相中轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生模型變化來提高制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方案。但是，按照上述技術(shù)的話，各相中轉(zhuǎn)矩的非平衡狀態(tài)無法確認(rèn)，在制造過程中難以確保一定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而得不到所預(yù)期的產(chǎn)品。
本發(fā)明目的在于在這種永磁體型步進(jìn)電機(jī)中使不通電時(shí)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大或適當(dāng)增大，并且使之穩(wěn)定。
在上述目的之下，本發(fā)明是一種中心部具有同圓柱狀轉(zhuǎn)子永磁體相對(duì)的梳齒狀磁極，使這些磁極交替定位的上下定子間設(shè)有線圈構(gòu)成定子繞組，并將該定子繞組沿轉(zhuǎn)子軸方向2個(gè)并排，按規(guī)定相位配置在罩狀殼體內(nèi)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，罩狀殼體底部形成磁極并兼用作定子，由此定子與通過線圈垂疊的定子形成凹側(cè)即罩狀殼體底側(cè)定子繞組，設(shè)定使得該凹側(cè)定子繞組的磁極面積總值與前側(cè)即罩狀殼體開口側(cè)定子繞組的磁極面積總值相異。較佳實(shí)施例中，為增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過使磁極寬度變窄，也就形成為凹側(cè)定子繞組磁極面積總值比前側(cè)定子繞組磁極面積總值要小。
按照上述構(gòu)成，由于各定子繞組與永磁體轉(zhuǎn)子間的轉(zhuǎn)矩曲線變化，在兩轉(zhuǎn)矩合成過程中設(shè)定為使轉(zhuǎn)矩相加的狀態(tài)，因此能夠確保必要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。


圖1是本發(fā)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的垂直截面圖。
圖2是2個(gè)定子繞組磁極配置的展開圖。
圖3是表示根據(jù)轉(zhuǎn)子各旋轉(zhuǎn)相位磁通的產(chǎn)生狀況而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的說明圖。
圖4是表示根據(jù)轉(zhuǎn)子各旋轉(zhuǎn)相位磁通的產(chǎn)生狀況而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的說明圖。
圖5是各自定子繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線的波形圖。
圖6是各自定子繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線的波形圖。
圖7是另一實(shí)施例的磁極展開圖。
圖8是另一實(shí)施例的磁極展開圖。
圖9是另一實(shí)施例的磁極展開圖。
圖10是殼體底部的一部分截面圖。
圖11是殼體底部的一部分截面圖。
圖12是又一實(shí)施例的磁極展開圖。
圖1示出了本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1。該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1由圓柱狀永磁體轉(zhuǎn)子2，包圍該轉(zhuǎn)子2外周的2個(gè)定子繞組3、4構(gòu)成。
上述轉(zhuǎn)子2由對(duì)于軸5兼用作小齒輪6的旋轉(zhuǎn)體7旋轉(zhuǎn)自如地支持。該旋轉(zhuǎn)體7外周結(jié)合著環(huán)狀永磁體8。這里，永磁體8如用7、8所示在外周圓周方向交替地形成N極與S極。
另外，上述軸5固定在罩狀殼體9的底與閉塞該殼體9開口面的蓋殼10之間。而且，上述小齒輪6的旋轉(zhuǎn)經(jīng)減速用齒輪11、未圖示的中間齒輪、齒輪13傳遞給輸出軸14。齒輪11由軸15旋轉(zhuǎn)自如地支持。該軸15由蓋殼10與嵌裝在殼體9內(nèi)部的隔板17支持，而且輸出軸14是由形成在隔板17上的軸承部18與嵌裝在蓋殼10孔上的軸承部19旋轉(zhuǎn)自如地支持。
而且，2個(gè)定子繞組3、4分別是由環(huán)狀定子21、22、23、24，以及裝入定子21、22之間、定子23、24之間的線圈25、26、線圈繞線管36、37裝配。各個(gè)定子22、23、24呈環(huán)狀，為放入殼體9內(nèi)部的大小，與定子21一起在與轉(zhuǎn)子2相對(duì)的內(nèi)周部分分別形成磁極27、28、29、30。這些磁極27、28；磁極29、30是使各自的定子21、22；定子23、24的內(nèi)周部分的一部分彎曲成直角，在同轉(zhuǎn)子2外周的N、S極方向相反的狀態(tài)下交替地相對(duì)。2個(gè)定子繞組3、4在電氣角只偏移π/2的狀態(tài)下配置。這樣殼體9在底部兼用作定子21。
本發(fā)明中如圖2所示，特地使罩狀殼體9內(nèi)部的凹側(cè)即底側(cè)的定子繞組3的定子21、22其磁極27、28面積總值設(shè)定得比殼體9入口側(cè)即開口側(cè)的定子繞組4的定子23、24其磁極29、30面積總值還小。而且反之亦可。即也可以使殼體9底側(cè)定子繞組3的定子21、22其磁極27、28面積總值設(shè)定得比殼體9開口側(cè)定子繞組4的定子23、24其磁極29、30面積總值還大。本實(shí)施例中磁極27、28寬度比磁極29、30寬度小，設(shè)定為約1/2的寬度，因而磁極27、28面積總值比磁極29、30面積總值要小。
接下來，圖3、圖4分別就定子繞組3、4示出不通電時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生狀況。從轉(zhuǎn)子2的N極出來的磁通，隨轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)位置的不同，要么僅通過磁極27、28、29、30中任意一個(gè)返回到S極；或是通過反向磁極28到達(dá)殼體9，再經(jīng)磁極27返回到S極；要么通過反向磁極27到達(dá)殼體9，再經(jīng)磁極28返回到S極；或是通過反向磁極30到達(dá)殼體9，再經(jīng)磁極29返回到S極；要么通過反向磁極29到達(dá)殼體9，再經(jīng)磁極30返回到S極。令只通過磁極27、28、29、30之一的閉合磁通為Φa，通過磁極27、28、29、30的二個(gè)以及殼體9的磁通則由Φb表示，由這種磁通Φa、Φb，轉(zhuǎn)子2上就產(chǎn)生CW(順時(shí)針方向)或CCW(逆時(shí)針方向)的轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于定子繞組4寬度較寬的磁極29、30，如圖3所示，為了使磁通Φa比別的磁通Φb大，轉(zhuǎn)子2停止在圖示位置，此時(shí)轉(zhuǎn)矩方向及其大小如圖5曲線。轉(zhuǎn)矩曲線沿右下方向通過轉(zhuǎn)矩零線的點(diǎn)其電氣角θ＝0、π、2π、3π…。另一方面，對(duì)于定子繞組3寬度較窄的磁極27、28，如圖4所示，為了使磁通Φb比別的磁通Φa大，因而轉(zhuǎn)子2停止在形成該磁通Φb的位置上。因此，如圖6，轉(zhuǎn)矩曲線沿右下方向通過轉(zhuǎn)矩零線的點(diǎn)其電氣角θ＝0、π、2π、3π…。因此，定子繞組3、4的合成轉(zhuǎn)矩即轉(zhuǎn)子2的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過上述2個(gè)轉(zhuǎn)矩曲線相加，變成較大值。另外，圖6中，虛線轉(zhuǎn)矩曲線示出了磁極27、28寬度較寬時(shí)的情況。
這里，為了獲得較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由于殼體9是1罩子型式的，因而凹側(cè)(殼體9底側(cè))定子繞組3其磁極27、28面積必須構(gòu)成為比殼體9前側(cè)(開口側(cè))定子繞組4其磁極29、30面積要小。其理由是，在凹側(cè)定子繞組3中，定子21與殼體9為一體，磁通Φb路徑上有一處接觸部分，因而該路徑的磁阻較小，從而可以得到如圖6所示值的轉(zhuǎn)矩曲線。另一方面，對(duì)于1罩子型式的殼體9入口測的相，若定子繞組4的兩片定子23、24都與外側(cè)殼體9有接觸部分，通過外側(cè)殼體9而使閉合的磁阻較大，使磁極29、30寬度較窄時(shí)，就無法獲得圖6中所示值的轉(zhuǎn)矩曲線，因而難以得到所需的功能。
圖7、圖8、圖9示出了為得到較大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而使凹側(cè)定子繞組3其磁極27、28面積總值形成得比前側(cè)定子繞組4其磁極29、30面積總值小的其他手段。圖7示出的是僅使定子22的磁極28寬度變窄構(gòu)成的例子，還有圖8示出的是僅使定子21的磁極27一部分為較窄寬度而構(gòu)成的例子，還有圖9示出的是使定子21、22、23的磁極27、28、29為相同寬度，僅使另一定子24的磁極30一部分寬度變寬而構(gòu)成的例子。當(dāng)然，這些磁極27、28、29、30不僅是梯形即使是長方形或其他形狀也可以。
另外，圖10、11示出了罩狀殼體9的其他構(gòu)造。圖10示出的是簡狀殼體9底的外周部分形成隆起，以另外部件構(gòu)成定子21，靠大面積壓入之類方法使兩者面接觸，比較好地進(jìn)行磁結(jié)合的例子。還有圖11示出的是使接觸部與定子21的外側(cè)面相碰，通過熔接加以固定的例子。這些實(shí)施例中，殼體9與別的部件一起最終形成為罩狀體。
接下來，圖12實(shí)施例是使線圈繞線管25、26之間背靠背配置的2塊定子22、23其一邊的極齒27、28的面積總值與另一邊極齒29、30的面積總值相異的構(gòu)成，具體來說是使3個(gè)極齒27、28、30的面積總值相同，使另一邊的極齒29面積較小。這種構(gòu)造的電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)裝配過程中，相當(dāng)于替換圖7具體例定子22、23的電動(dòng)機(jī)。因而只要單單替換2塊定子22、23的組裝位置，就有可以選擇2個(gè)不同制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的效果，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)用途以適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)。
本發(fā)明中，不通電時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大，停止位置的保持能力增強(qiáng)，因而，即使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的部分受到復(fù)歸方向的力和負(fù)載也不往回轉(zhuǎn)。而且，這種較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩因磁通形成的差異而簡單地獲得，而可獲得特性上沒有紊亂，穩(wěn)定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
具體來說，本發(fā)明利用磁通回路形成方式的差異，使各相轉(zhuǎn)矩相加合成來確保制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而與已有例的電動(dòng)機(jī)比較，可以有效地確保較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，中心部具有同圓柱狀轉(zhuǎn)子永磁體相對(duì)的梳齒狀磁極；使該磁極交替定位的上下定子間設(shè)有線圈的2個(gè)定子繞組沿所述轉(zhuǎn)子軸方向并排，其特征在于罩狀殼體上形成磁極并兼用作定子，由該定子與通過線圈重迭的定子構(gòu)成凹側(cè)定子繞組，并使該凹側(cè)定子繞組的磁極其面積總值與前側(cè)定子繞組的磁極其面積總值相異形成。
2.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其特征在于，使凹側(cè)定子繞組磁極其面積總值形成為比前側(cè)定子繞組磁極其面積總值要小。
3.如權(quán)利要求2所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其特征在于，通過使磁極寬度變窄來減小磁極面積。
全文摘要
本發(fā)明揭示的永磁體型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，增大不通電時(shí)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并使之穩(wěn)定。該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在中心部且有同圓柱狀轉(zhuǎn)子永磁體相對(duì)的梳齒狀磁極，在使這些磁極交替定位的上下定子間設(shè)有線圈構(gòu)成定子繞組，該定子繞組沿轉(zhuǎn)子軸方向2個(gè)并排，按規(guī)定的相位配置在罩狀殼體內(nèi)，其中罩狀殼體形成磁極并兼用作定子，由該定子與通過線圈重迭的定子形成凹側(cè)即罩狀殼體底側(cè)定子繞組，設(shè)定使得該定子繞組磁極其面積總值與前側(cè)即罩狀殼體開口側(cè)定子繞組磁極其面積總值相異。
文檔編號(hào)H02K37/14GK1084682SQ9310813
公開日1994年3月30日 申請(qǐng)日期1993年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月3日
發(fā)明者宮澤寬, 永井敦 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三協(xié)精機(jī)制作所