CN100407560C

CN100407560C - 步进电动机及其制造方法

Info

Publication number: CN100407560C
Application number: CN2004101006209A
Authority: CN
Inventors: 保科哲夫; 桑泽隆文; 水嵜康史
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: CN1625027A

Abstract

一种步进电动机及其制造方法，步进电动机(1)的定子铁心(8)，其内周边竖立形成数根极齿(8a)，并且表面全体由绝缘层(11)包覆。线圈(4)直接卷绕于极齿(8a)周围。将表面全体由绝缘层包覆的壳体(9)内周与该定子铁心(8)的外周边相接而重合。使该定子铁心(8)的外周边与壳体(9)的内周的相接部(10)处的绝缘层(11)形成的膜厚变薄，减少由定子铁心(8)与壳体9构成的磁路的磁阻。采用本发明，可对定子铁心与壳体形成的磁路进行改善，并可进一步提高输出转矩。

Description

步进电动机及其制造方法

技术领域

本发明涉及步进电动机及其制造方法。

背景技术

以往的小型步进电动机100，如图8所示，主要由转子101、与该转子101相对置的定子铁心102、相对该定子铁心102在轴线方向上重叠的壳体103、在定子铁心102与壳体103的内周边上竖立而形成的数根极齿102a、103a的周围设置的圆环状的线圈骨架104、以及卷绕于线圈骨架104的躯干部的线圈105构成。另外，在线圈骨架104上一体化地形成有对数根端子柱106进行固定的端子部，线圈105的末端卷绕于端子柱106上。

上述的定子铁心102形成为大致呈圆环状的形状，中央的内周边上竖立而形成数根极齿102a，表面全体被绝缘层包覆。另外，上述壳体103形成为大致呈杯状的形状，底面的内周边上竖立而形成数根极齿103a。当相对定子铁心102在轴线方向上重叠时，极齿102a、103a被装配成相互交错。该壳体103的表面全体也被绝缘层包覆。另外，该状态时，定子铁心102的外周边与壳体103的开口端内周相接。

在如此构成的步进电动机100中，线圈105卷绕于合成树脂制的线圈骨架104的躯干部上。在该线圈骨架104上，定子铁心102通过嵌插成形而一体化地形成于其上，为此，线圈骨架104具有可使定子铁心102一体成形所需的比较厚的规定壁厚。然而，为实现近年来对步进电动机100的小型化及高转矩化的要求，必须增大绕线空间，由于如上所述线圈骨架104具有一体成形所需的规定壁厚，因而，线圈骨架104的占有率随小型化而增高。结果，存在用于线圈105绕线的绕线空间减少的问题。

为此，在日本专利实开昭62-132679号(特许文献1)中，有人提出废除线圈骨架104、对定子铁心102及壳体103的全面以绝缘层包覆并且在该绝缘层上直接卷绕线圈105的方案。通过如此构成，可增大绕线空间，因而，与以往的步进电动机比较可获得更高的转矩。然而，由于期望步进电动机进一步实现小型化及高转矩化的要求的水平高，存在现有状况下的转矩无法确保满足所需水平的问题。

[特许文献1]实开昭62-132679号

发明内容

鉴于上述的现存的问题点，本发明的课题在于，提供对由定子铁心与壳体形成的磁路进行改善而获得更高输出转矩的步进电动机及其制造方法。

为解决上述课题，本发明的步进电动机，具有：由永久磁铁磁化磁极的转子；紧邻于上述转子周围沿轴方向设置的定子；以及配设于上述定子的线圈，上述定子具有：内周边有数根极齿竖立并呈圆环状的定子铁心；以及内周与上述定子铁心的外周边相接、由相对上述定子铁心沿轴线方向重叠的磁性体构成的壳体，上述线圈通过上述极齿上施加的绝缘层卷绕于该极齿周围，且内设于上述壳体中，其特征在于，上述定子铁心及上述壳体，在上述定子铁心的外周边与上述壳体的内周的相接部处，至少一方的金属原材质露出，并且，上述相接部以外的所有部位都由绝缘层包覆。

作为上述步进电动机的制造方法，具有下列工序：对内周边形成有数根极齿的构成上述定子铁心的上述金属板表面全体以绝缘层进行包覆的包覆工段；通过对上述定子铁心的外形进行冲压成形、使外周边露出金属板原材质的外形冲压工段；以及使从底面竖立形成有数根极齿的杯状的上述壳体的内周与上述定子铁心的外周边相接而重合的相接工段，经上述包覆工段后进行外形冲压工段，其后进行上述相接工段，以上述定子铁心的极齿进入上述壳体的极齿之间的形态沿轴线方向进行重叠，该制造方法还具有在上述极齿周围卷绕上述线圈的绕线工段，该绕线工段中，在上述极齿周围直接卷绕由自我融着卷线构成的上述线圈。

另外，上述绕线工段，以在上述包覆工段之后进行为宜。

如此构成，可使线圈直接卷绕于由绝缘层包覆的极齿周围，可在获得线圈与极齿间绝缘效果的同时提高绕线作业的效率。另外，通过使线圈自我融着，可防止线圈发生散卷、松懈。

另外，作为上述步进电动机的制造方法，具有下列工序：对内周边形成有数根极齿的构成上述定子铁心的上述金属板表面全体以绝缘层进行包覆的包覆工段；通过对上述定子铁心的外形进行冲压成形、使外周边露出金属板原材质的外形冲压工段；以及使从底面竖立形成有数根极齿的杯状的上述壳体的内周与上述定子铁心的外周边相接而重合的相接工段，经上述包覆工段后进行外形冲压工段，其后进行上述相接工段，以上述定子铁心的极齿进入上述壳体的极齿之间的形态沿轴线方向进行重叠，该制造方法还具有将由自我融着卷线卷绕的空心线圈构成的上述线圈嵌合于上述极齿周围的嵌合工段。

另外，上述嵌合工段，以在上述包覆工段之后进行为宜。

如此构成，可在获得线圈与极齿间绝缘效果的同时，可通过将由自我融着卷线卷绕的空心线圈嵌合于极齿的周围而形成线圈，因而，不再需要绕线工段，可使工段简略化。另外，通过使线圈自我融着，可防止线圈发生散卷、松懈。

本发明通过将线圈直接设置于由绝缘层包覆的极齿的周围，与卷绕于线圈骨架时比较，可增大绕线空间，即使在对步进电动机实施小型化的情况下，也可增高其输出转矩。除此之外，由于以往的定子铁心及壳体的全面由绝缘层包覆，其相接部的皮膜厚度成为定子铁心的绝缘层的厚度与壳体的绝缘层的厚度之和，而本发明使定子铁心的外周边与壳体的内周中至少其中一方的金属原材质露出状态下相接，因而可减小相接部处的皮膜厚度。由此，可减少由绝缘层产生的磁阻，可进一步提高输出转矩。另外，通过在金属板表面施以包覆，其后对定子铁心外形进行冲压成形，可容易地制造外周边露出金属板原材质的定子铁心。

附图说明

图1为表示本发明实施例的步进电动机的截面图。

图2为表示图1所示的定子铁心的制造方法的说明图。

图3为表示图1所示的定子铁心上卷绕线圈后的状态的截面图。

图4为用于说明本发明的另一实施例的、将线圈嵌合于定子铁心的状态的说明图。

图5为对图1所示的步进电动机的定子从斜上方观察的斜视图。

图6为用于说明图1所示的步进电动机与以往的步进电动机的牵引力输入转矩特性的特性图。

图7为用于说明图1所示的步进电动机与以往的步进电动机的牵引力输出转矩特性的特性图。

图8为表示以往的步进电动机截面图。

具体实施方式

以下，依据附图对实施本发明的较佳实施例进行说明。

图1为表示本发明实施例的步进电动机的截面图。

如图1所示，本实施例的步进电动机1，构成为永磁型(PM型)，具有：由永久磁铁磁化磁极的转子2；紧邻于转子2周围沿轴方向设置的一对定子3；以及配设于该对定子3处、表面形成有自我融着层薄层的卷绕成螺圈的线圈4，一对定子3的上端面与下端面分别固定有侧板5。各侧板5上，安装有旋转自如地对转子2的转轴6进行支承的轴承7。

一对定子3由各自有数根极齿8a竖立形成于内周边的圆环状定子铁心8及相对该定子铁心8沿轴线方向重叠的大致呈杯状的壳体9构成。在壳体9的底面，竖立而形成有从内周边装入定子铁心8的极齿8之间形状的极齿9a(参照图5)。定子铁心8的极齿8a及壳体9的极齿9a各自在转子2的外周隔开一定间隔的间距而相对。另一方面，定子铁心8的外周边，通过嵌合于壳体9的开口端内周而相接，形成相接部10。另外，在上述定子铁心8的外周边上，在圆周方向上，隔开间隔的位置处形成有与该定子铁心8成为一体的2根端子柱8b，各端子柱8b上卷绕着线圈4的末端。

在定子铁心8及壳体9上，通过电极沉积涂覆、喷涂涂覆、静电涂覆等涂覆手段，其表面全体通常包覆有数十微米厚的绝缘层。因而，将线圈4直接卷绕于极齿8a的周围，不使用线圈骨架。另外，形成于定子铁心8的各端子柱8b也由绝缘层包覆，因而线圈4的末端直接卷绕于其上。如此，由于定子铁心8及壳体9的至少与线圈4接触的表面全体由绝缘层包覆，因此，不存在线圈4短路的担虑。另一方面，如下文所述，虽然定子铁心8的外周边未经绝缘层包覆而露出金属原材质，但由于定子铁心8的外周边与壳体9的开口端内周相接而形成相接部10，因而，定子铁心8的外周边的金属原材质未向外部露出，不存在线圈4与之接触发生短路的担虑。

图2为对图1所示的定子铁心的制造方法的说明图。图3为表示图1所示的定子铁心上卷绕了线圈时的状态的截面图。图5表示对图1所示的步进电动机的定子从斜上方观察的斜视图。

在本实施例中，作为定子铁心8的原材料，采用具有所定板厚的环箍状的磁性体金属板20。对该金属板20进行顺序冲压加工(未作图示)，如图2所示，在S-1阶段，内周边上竖立形成数根极齿8a，在外周边上，沿圆周方向、隔开间隔的位置处形成有与定子铁心8成为一体的2根端子柱8b。在该S-1阶段中，在端子柱8b的两侧穿设透孔21，端子柱8b的前端与金属板20连接。

其后，在S-2阶段的包覆工段中，包括数根极齿8a、端子柱8b的金属板20的表里面由电极沉积涂覆等进行绝缘层11的包覆。为增大线圈4的绕线空间，该绝缘层11以形成为80微米以下的薄层为宜。

经绝缘层11包覆的金属板20，在接下的S-3阶段的外形冲压工段中，在对定子铁心8进行冲压成形的同时切断端子柱8b的前端，制成定子铁心8。如此，经外形冲压工段，如图3中圆圈内的放大图所示，定子铁心8的外周边上露出金属原材质22。

对如此制成的定子铁心8，在其后的绕线工段中，如图3所示，在极齿8a周围直接卷绕线圈4。即，将定子铁心8装在未作图示的绕线机上，在极齿8a的周围卷绕自我融着卷线，随后，卷线融着并固化。在该绕线工段中，预先将线圈4的始端直接卷绕于一方的端子柱8b上，在极齿8a周围卷绕线圈4后，将线圈4的终端直接卷绕于另一方的端子柱8b上。

并且，在相接工段中，如图5所示，将定子铁心8在轴线方向上重叠，使定子铁心8的极齿8a装入壳体9的极齿9a间，使其外周边与壳体9的开口端内周相接。即，定子铁心8的外周边露出的金属原材质与壳体9的开口端内周相接而形成相接部10。本实施例中，在壳体9的开口端内周，包覆有绝缘层形成的皮膜，但定子铁心8的外周边露出金属原材质，因而，相接部10仅由壳体9的皮膜所隔绝。

于是，从上述转子2的一方的磁极发出的磁通，经由极齿8a、定子铁心8、相接部10、壳体9、极齿9a而返回转子2的另一方的磁极，形成磁回路。减少该磁回路的磁阻，对于步进电动机1而言，是提高输出转矩的重要因素。本实施例中，如上所述，通过使定子铁心8的外周边金属原材质露出，减少了相接部10处的绝缘层皮膜的厚度，从而可大幅减小磁阻。

如上所述地组装成的定子3，由一对定子铁心8彼此背面相接地沿轴线方向重叠。此外，在本实施例中，是在预先组装完定子3后将一对定子3沿轴线方向重叠的，然而，也可先将一对定子铁心8的背面彼此相接后卷绕线圈4，然后从轴线方向的两侧分别嵌入壳体9。另外，也可预先将装配有轴承7的侧板5固定于壳体9上。

(本实施例的主要效果)

如上详述，本实施例的步进电动机1，通过将线圈4直接卷绕于由绝缘层11包覆的极齿8a的周围，与卷绕于线圈骨架的方式比较，可增大绕线空间，即使在步进电动机1实现小型化时也可提高其输出转矩。进而，由于在相接部10处，使定子铁心8的外周边与壳体9的内周的至少一方的金属原材质露出的状态下相接，因而，可减少相接部10的皮膜厚度。由此，可减少因绝缘层产生的磁阻，从而可获得更高的输出转矩。

另外，本实施例中，通过对金属板20的表面以绝缘层11进行包覆、然后对定子铁心8的外形进行冲压成形，因而，可容易地制造外周边露出金属板20原材质的定子铁心8。

此外，本实施例的步进电动机1的制造方法中，由于具有在极齿8a周围直接卷绕由自我融着卷线构成的线圈4的绕线工段，使其在由绝缘层包覆的极齿8a周围直接卷绕线圈4成为可能，不仅提高了绕线作业的效率，而且，通过使线圈4自我融着而可防止线圈4发生散卷、松懈变形。

图6与图7分别为用于说明图1所示的步进电动机与以往的步进电动机的牵引力输入转矩特性的特性图、以及用于说明图1所示的步进电动机与以往的步进电动机的牵引力输出转矩特性的特性图。

图6表示相对驱动频率(PULSE RATE)的牵引力输入转矩(PULL INTORQUE)的特性。由该图表可明了，通过除去定子铁心8的外周边的绝缘层11而减小相接部10处皮膜厚度，从而使起动转矩提高了约0.02mN·m以上。另外，图7表示相对驱动频率(PULSE RATE)的牵引力输出转矩(PULL OUT TORQUE)的特性。通过除去定子铁心8的外周边的绝缘层11而减小相接部10处皮膜厚度，使输出转矩增高。

(其他实施例)

图4为用于说明将本发明的另外的实施例的线圈嵌合于定子铁心的状态的说明图。

作为形成线圈4的形成方法，在上述的实施例中，如图3所示，通过在极齿8a周围直接卷绕线圈4的绕线工段来进行。然而，作为形成线圈4的形成方法，并不必限定于该绕线工段。即，如图4所示，也可采用将预先由自我融着卷线卷绕成空心线圈30的线圈4、在融着后嵌合入定子铁心8的极齿8a周围的嵌合工段来进行。本实施例的空心线圈30的内径设定为可嵌入极齿8a的尺寸。此时，当空心线圈30嵌入极齿8a后产生游隙时，依据需要，也可将空心线圈30粘合固定于极齿8a上。但在对于空心线圈30须轻轻推压以嵌入极齿8a的场合，则不须进行粘合固定。

如此，通过预先将自我融着卷线卷绕成空心线圈30，可使绕线工段简略化。此外，即使在采用如本实施例所示的线圈4、即采用通过嵌合工段嵌合空心线圈30的线圈4来构成步进电动机的场合下，由于具备了除去定子铁心8的外周边绝缘层11而减少相接部10处皮膜厚度的结构，因而，同样地可获得与上述实施例同样的电动机特性。即，如图6及图7所示，与以往相比可提高牵引力输入转矩与牵引力输出转矩。

此外，虽然在图2所示的定子铁心8的制造方法中，作为定子铁心8的原材料，采用了环箍状的磁性体金属板20，然而，也可采用单体的磁性体金属板。在该场合下，对于竖立而形成极齿等的金属板，在包覆工段中形成绝缘层，然后通过外形冲压工段，将定子铁心的外周边从金属板上冲压成形，制造出外周边露出金属原材质的定子铁心。

另外，也可将定子铁心8外周边相接的壳体9的内周上包覆的绝缘层剥离，使金属原材质彼此相接。通过如此构成，可进一步减少磁阻。以上说明的步进电动机仅为本发明的示例，可适当地变更为其他的构成，并且，可在不脱离本发明要旨的范围内进行变形。

Claims

1.一种步进电动机，具有：由永久磁铁磁化磁极的转子；紧邻于上述转子周围沿轴方向设置的定子；以及配设于上述定子的线圈，

上述定子具有：内周边有数根极齿竖立并呈圆环状的定子铁心；以及内周与上述定子铁心的外周边相接、由相对上述定子铁心沿轴线方向重叠的磁性体构成的壳体，

上述线圈通过上述极齿上施加的绝缘层卷绕于该极齿周围，且内设于上述壳体中，

其特征在于，上述定子铁心及上述壳体，在上述定子铁心的外周边与上述壳体的内周的相接部处，至少一方的金属原材质露出，并且，上述相接部以外的所有部位都由绝缘层包覆。

2.一种步进电动机的制造方法，该步进电动机具有：由永久磁铁磁化磁极的转子；紧邻于上述转子周围沿轴方向设置的定子；以及配设于上述定子的线圈，

该制造方法的特征在于，具有下列工序：

对内周边形成有数根极齿的构成上述定子铁心的上述金属板表面全体以绝缘层进行包覆的包覆工段；

通过对上述定子铁心的外形进行冲压成形、使外周边露出金属板原材质的外形冲压工段；以及

使从底面竖立形成有数根极齿的杯状的上述壳体的内周与上述定子铁心的外周边相接而重合的相接工段，

经上述包覆工段后进行外形冲压工段，其后进行上述相接工段，以上述定子铁心的极齿进入上述壳体的极齿之间的形态沿轴线方向进行重叠，

该制造方法还具有在上述极齿周围卷绕上述线圈的绕线工段，该绕线工段中，在上述极齿周围直接卷绕由自我融着卷线构成的上述线圈。

3.根据权利要求2所述的步进电动机的制造方法，其特征在于，上述绕线工段在上述包覆工段之后进行。

4.一种步进电动机的制造方法，该步进电动机具有：由永久磁铁磁化磁极的转子；紧邻于上述转子周围沿轴方向设置的定子；以及配设于上述定子的线圈，

该制造方法的特征在于，具有下列工序：

该制造方法还具有将由自我融着卷线卷绕的空心线圈构成的上述线圈嵌合于上述极齿周围的嵌合工段。

5.根据权利要求4所述的步进电动机的制造方法，其特征在于，上述嵌合工段在上述包覆工段之后进行。