CN101099287B - 步进马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不会牺牲磁铁相对于定子的磁性能而获得所希望的驱动转矩，并且能够减少磁铁材料的使用量，降低转子的惯性质量，从而能够实现包括控制响应性在内的驱动性能的提高的步进马达。本发明的步进马达，在马达轴(31)的轴线方向上装设有卷绕了线圈(21)的多个定子(20A、20B)，在这些定子的内周侧隔开间隔旋转自如地设有转子(30)，上述马达轴装设在该转子的中心上，并且上述转子具备装设在上述马达轴的外周的转子主体(33)，和一体地设置在该转子主体的外周上、在周向上多极磁化的圆筒状的磁铁(32)，圆筒状的磁铁是至少其内周面向径向内侧鼓出而成，构成与各个线圈的上述轴线方向中央部相对应的部分的壁厚比其他部分厚。

Description

步进马达

技术领域

本发明涉及一种PM(永久磁铁)型的步进马达，在马达轴的轴线方向上具有多个定子，在这些定子的内侧旋转自如地设有具备磁铁的转子。

背景技术

作为步进马达的一种，公知的有PM型的步进马达。这种PM型的步进马达是在转子的外周装设在周向上具有磁极的磁铁(永久磁铁)，在其周围配置具备驱动线圈的定子，通常，定子在马达轴向上排列而配置成两相。

图3表示下述专利文献中所看到的现有的这种PM型步进马达。

这种步进马达大致包括：圆筒形的转子5，在中心一体地设有马达轴51；定子单元53，经由规定的间隙装设在转子52的外周，以及马达壳体56，经由轴承54、55支撑马达轴51和转子52，使其旋转自如，并且在内部收放转子52和定子单元53。

在此，转子52在外周部具备在周向上被磁化的多级磁铁。而且，定子单元53具备A相和B相这两相的定子53A、53B，各定子53A、53B由具有与磁铁的磁极数量对应的极点数的一对轭架61，控制后的电流流过的线圈62A、62B，以及树脂制的骨架63构成。而且，通过切换在各相的线圈62A、62B中流动的电流的方向使极点的极性变化，从而使具备磁铁的转子52同步旋转。

但是，在这种步进马达中，通常采用图4所示的转子70。这种转子70是在马达轴75的外周一体成形出由合成树脂构成的转子主体71，然后在转子主体71的外周一体成形出成为磁铁72的部分后，通过实施规定的磁化而作为磁铁72的，这种磁铁72形成为整体具有均匀的厚度的圆筒状。采用这种结构的主要理由是减少由于比重大、并且昂贵的磁铁材料的使用，实现转子70的整体重量减轻以及制品成本的降低的缘故。

但是，在上述现有的步进马达中，若如上所述由相同的壁厚构成磁铁72整体时，则减小壁厚及实现了轻量化，但存在磁力减小，无法获得所希望的驱动转矩的问题，相反，若增大壁厚，则磁铁72的重量增加，其结果因转子70的惯性质量的增加而存在驱动响应性变差的问题。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的在于提供一种步进马达，不会牺牲磁铁相对于定子的磁性能而获得所希望的驱动转矩，并且能够减少磁铁材料的使用量，降低转子的惯性质量，从而能够实现包括控制响应性在内的驱动性能的提高。

本发明的步进马达，在马达轴的轴线方向上装设有卷绕了线圈的多个定子，在这些定子的内周侧隔开间隔旋转自如地设有转子，上述马达轴装设在该转子的中心上，并且上述转子具备装设在上述马达轴的外周的转子主体，和一体地设置在该转子主体的外周上、在周向上多极磁化的圆筒状的磁铁，其中，上述圆筒状的磁铁是至少其内周面向径向内侧鼓出而成，构成与各个上述线圈的上述轴线方向中央部相对应的部分的壁厚比其他部分厚。

在上述的步进马达中，通过磁铁的外周面由直径一定的圆筒面构成，并且在内周面上设有沿着上述轴线方向的凹凸，从而赋予上述轴线方向的壁厚分布。

而且，上述磁铁在上述转子主体的外周一体地形成，并且在该转子主体的大直径部分的外周上，多个凸部在周向上隔开间隔地形成有多个突起。

另外，上述转子在上述马达轴的外周一体地形成，上述磁铁在该转子主体的外周一体地形成并且在上述转子主体和/或上述磁铁的上述轴线方向的端面的内周部上，沿着上述轴线方向形成有凹入的空场。

根据本发明，由于在与各定子的线圈的中央部相对应的位置上增大磁铁的壁厚，所以在磁特性上最有效果的上述线圈的中央部获得磁铁的强磁力。其结果，能够确保所希望的驱动转矩。而且，由于使其两侧的壁厚比与上述中央部相对应的部分薄，所以能够降低转子的惯性质量，发挥高的响应性。除此之外，通过转子的惯性质量的降低，能够减少轴承部的磨损，从而也能够实现耐久性和可靠性的提高。

而且，由于至少在内侧面上形成有与上述线圈的上述轴线方向中央部相对应的部分比其他部分壁厚的、朝向径向内侧的鼓出部，所以转子主体的大直径部夹在该鼓出部之间，其结果，能够提高转子主体和磁铁的一体性(特别是相对于马达轴向的外力的一体性)。

这样一来，要使磁铁的壁厚为在与线圈的中央部相对应的部分比其他部分厚，可采用使该线圈的内周面和外周面均在与线圈的中央部相对应的部分向径向内侧或外侧鼓出的形态，或者采用通过将该磁铁的外周面形成为一定直径，仅在内周面一侧设置沿着上述轴线方向的凹凸，从而赋予上述轴线方向的壁厚分布的形态。

而且，根据本发明，由于磁铁的外周面是直径一定的圆筒面，所以使磁铁具有壁厚分布，但关于维持与定子之间的间隙，也能够与以往同样地正确进行。

而且，根据本发明，通过形成在转子主体的外周上的突起，能够确实地防止上述磁铁朝向周向的空转。

另外，根据本发明，由于在由成形体构成的磁铁的两端内周部和/或由相同的成形体构成的转子主体的两端内周部上分别设置空场，所以即使在成形时在与转子主体的边界上或与马达轴的边界上产生毛刺的情况下，该毛刺也不会从磁铁或转子主体的端面向外侧突出。因此，在使轴承嵌合到转子主体或马达轴的外周的情况下，不必考虑毛刺的影响，能够容易地进行组装作业。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式的PM型步进马达的整体结构的剖视图。

图2为将该步进马达的转子取出来表示的结构图，(a)为以剖面表示上半部分的侧视图，(b)为(a)的IIb-IIb向剖视图。

图3为表示现有的步进马达的一例的剖视图。

图4为用于现有的步进马达中的转子的剖视图。

附图标记说明

31马达轴

20定子单元

20A、20B定子

21线圈

30转子

32磁铁

32a环状凸部(鼓出部)

32b锥面

32c端面

32e空场

33转子主体

33a大直径部

33c端面

33d突起

33e空场

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式加以说明。

图1为表示实施方式的PM型步进马达的整体结构的剖视图。图2为将该步进马达的转子取出来表示的结构图，(a)为以剖面表示上半部分的侧视图，(b)为(a)的IIb-IIb向剖视图。

通常，步进马达是将电脉冲信号转换成机械的断续步进动作的器件，在此所示的PM型步进马达构成为通过切换在定子线圈中流动的电流而使在周向上被多级磁化后的转子磁铁同步旋转。

这种步进马达包括：马达壳体10，由磁性金属(例如铁)构成；定子单元20，具备分别由线圈21、骨架22、一对轭架(也称为定子铁心)23、24构成的A相和B相的定子20A、20B；转子30及装设在其中心的马达轴31；树脂制的盖体，在内部具备支撑转子30的后端的轴承部42；模制树脂部50，通过在组装工序的最后模制成形而一体地构成防水连接件51的外壳。

定子单元20和盖体40在组装到马达壳体10之前使其一体化。在此，由一体的树脂构成骨架22和盖体40，在将轭架23、24插入模具内的状态下同时成形(插入成形)出骨架22和盖体40。除此之外，通过将线圈21卷绕在骨架22上，构成与盖体40为一体的定子单元20。

步进马达10成具有封闭的前端壁11的圆筒杯状，在前端壁11的中央设有轴孔14，轴承衬套15嵌合固定在轴孔14中，在轴承衬套15的壳体内侧的端面上形成有与马达轴向正交的推力轴承面17。转子30从马达壳体10的后端开口部插入马达壳体10的内部，固定在转子30的中心的马达轴31的前端能够滑动、旋转地贯穿环状的轴承衬套15。而且，定子单元20位于转子30的外周，并插入马达壳体10的内周。

这种PM型步进马达是爪极式步进马达，在马达轴向上相邻地配置有两相的定子20A、20B。各相的定子20A、20B通过将成对的轭架23、24配置在卷绕有环状的线圈21的骨架22的马达轴向的两端面上而构成为圆筒状。在成对的各轭架23、24上一体地形成有位于骨架22的内周面的极齿。各极齿在圆周方向上等间隔设置，成对的轭架23、24的极齿以相互啮合的形式在圆周方向上排列。这样构成的各相的定子20A、20B以背靠背地组装的状态下作为定子单元20而一体化，并且插入马达壳体10内。

而且，这种情况下的转子30由以树脂材料在马达轴31上成形加工出的转子主体33，和先在已成形的转子主体33的外周上成形、然后在周向上实施多级磁化的圆筒形的磁铁32构成。

如图2中放大表示转子30的结构所示，在这种转子30的圆筒形的磁铁32上，在与两相的各定子20A、20B相对应的马达轴的轴线方向上具有壁厚分布。即，各定子20A、20B上与线圈21的轴线方向的中心SA、SB相对于的位置上的壁厚增大，其两侧的壁厚比其小。具体地说，由于磁铁32的外周面由直径一定的圆筒面构成，所以在磁铁32的内周面上通过设置沿着马达轴向的凹凸而制出壁厚分布。而且，在壁厚较大的部分的磁铁32的内周面上形成有环状凸部(鼓出部)32a，环状凸部32a两侧的内周面由随着离开环状凸部32a而直径变大的锥面32b构成。

这样一来，因在磁铁32的内周面上形成凹凸的关系，在先成形的转子主体33的外周面上，预先通过在马达轴31上的成形加工的阶段形成沿着马达轴向的凹凸。在这种情况下，由于磁铁32的内周面的两个环状凸部32a之间成为凹部，所以在转子主体33的外周面上形成有用于形成其凹部的大直径部33a。除此之外，通过在转子主体33的外周成形出磁铁32的原材料，转子主体33的大直径部33a夹在两个环状凸部32a之间。因此，转子主体33和磁铁32的一体性(特别是相对于马达轴向的外力的一体性)增强。

而且，在各环状凸部32a外侧的磁铁32的两端内周部上设有与磁铁32的端面32c的位置相比向内侧凹入的空场32e。这是由于即使在成形时在与转子主体33的边界上产生了毛刺的情况下也不使该毛刺从磁铁32的端面32c向外侧突出的缘故。这样一来，即使在将轴承等嵌合在转子主体33的外周上的情况下，也不必考虑毛刺的影响，能够容易地进行组装作业。根据同样的理由，在转子主体33的两端内周部上也设有与转子主体33的端面33c的位置相比向内侧凹入的空场33e。

另外，在马达轴31的外周设有起到防止与成形在马达轴31上的转子主体33转动的效果的D形切削部31d，在转子主体33的外周上，在周向上等间隔地设有起到防止与成形在转子主体33上的磁铁32转动的效果的多个(在图中为4个)突起33d。

而且，如图1所示，在转子主体33后端部的外周形成有由平行于马达轴向的圆筒面构成的第1滑动面33s。而且，在转子主体33的前端面上形成有与马达轴向正交的第2滑动面33t。该第2滑动面33t能够滑动地与轴承衬套15的推力轴承面17面对。

上述盖体40嵌合在马达壳体10的后端开口部中，在内表面一侧的中心具有凹部41。在该凹部41的内周面上形成有由平行于马达轴向的圆筒面构成的轴承部42，在将转子30组装在马达壳体10中后，通过将该盖体40嵌合在马达壳体10的后端开口部中，转子主体33的第1滑动面33s滑动自如地嵌合在盖体40的轴承部42上，这样一来，转子30的后端部由盖体40支撑而自由旋转。

而且，在盖体40的凹部41的底面上设有小孔43，在该小孔43的内部收放有推压弹簧45，通过经由钢球44将马达轴31的后端面向前端方向推压，使转子主体33的前端的第2滑动面33t推压在轴承衬套15的推力轴承面17上。

在这种步进马达中，由于增大了与各定子20A、20B的线圈21的轴线方向的中心SA、SB对置位置上的转子30一侧的磁铁32的壁厚，减小了其两侧的壁厚，所以能够在磁特性上最有效果的线圈21的中央部上获得磁铁32的强磁力，因而能够确保所希望的驱动转矩。而且，由于使其两侧的壁厚和与上述中央部对置的部分相比逐渐减小，所以能够降低转子30整体的惯性质量，发挥高的响应性。除此之外，由于转子30的惯性质量的降低，轴承部的磨损的降低也成为可能，从而能够实现耐久性以及可靠性的提高。

特别是，在本实施方式的步进马达中，由于磁铁32的内周面的环状凸部32a、即磁铁32的壁厚最大的部分位于各定子20A、20B的中心SA、SB，所以能够最大限度地输出定子20A、20B之间的磁效率，实现高的响应性。而且，由于通过在环状凸部32a的两侧形成锥面32b，能够使与各定子20A、20B的中心SA、SB相对应的位置上的磁铁32的壁厚为最大，并且能够使其两侧的磁铁32的壁厚向逐渐圆滑地减薄的方向变化，能够在磁铁32上赋予与各定子20A、20B的中心SA、SB相对应的位置为顶点的显著的体积分布，在步进马达的特性提高上作出大的贡献。

工业上的可利用性

根据本发明的步进马达，不会牺牲磁铁相对于定子的磁性能即可获得所希望的驱动转矩，并且能够减小磁铁材料的使用量，降低转子的惯性质量，从而能够实现包括控制响应性在内的驱动性能的提高。

Claims (1)

1.一种步进马达，在马达轴的轴线方向上装设有卷绕了线圈的多个定子，在这些定子的内周侧隔开间隔旋转自如地设有转子，上述马达轴装设在该转子的中心上，并且上述转子具备装设在上述马达轴的外周的转子主体，和一体地设置在该转子主体的外周上、在周向上多极磁化的圆筒状的磁铁，其特征是，

上述转子在上述马达轴的外周一体地形成有上述转子主体，上述磁铁在该转子主体的外周一体地形成，且上述圆筒状的磁铁的外周面由直径一定的圆筒面构成，沿上述轴线方向形成多个鼓出部，该鼓出部是内周面向径向内侧鼓出而成，构成与各个上述线圈的上述轴线方向中央部相对应的部分的壁厚比其他部分厚，并且，上述转子主体的外周面形成有用于形成上述鼓出部间的凹部的大直径部，

上述转子主体在其后端部的外周形成有由轴承部支撑而自由旋转的由圆筒面构成的第1滑动面，在其前端面形成有与上述马达轴向正交、能够滑动地与轴承衬套的推力轴承面面对的第2滑动面，上述后端部的端面和上述前端面上，在与上述马达轴之间分别设有沿上述轴线方向凹入的空场。

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