CN101847924B - 空心步进电机和轴支撑结构 - Google Patents

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Abstract

一种空心步进电机，包括：管状的定子，包括磁轭和线圈；管状的转子，包括柱状磁体；和转子支撑装置，用于相对于所述定子可旋转地支撑转子，其中所述转子支撑装置包括固定到所述转子的套筒、固定到所述定子的保持器和保持在所述套筒和保持器之间的球形件，所述保持器包括沿电机轴向间隔开的第一保持件和第二保持件，所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离。

Description

空心步进电机和轴支撑结构
技术领域
本发明涉及使用中空转子的空心步进电机，更具体地，本发明涉及具有新型的轴支撑结构的空心步进电机。
背景技术
本发明提出一种在空心步进电机中相对于定子可旋转地支撑转子的方法，具体方式是：沿着定子的外周布置轴向延伸的多个轴以及可旋转地装配到所述轴的多个辊，并使所述辊与转子的外表面接触地滚动以支撑转子(参见JP-A-2006-211919，专利文件1)。该方法比采用一般可购得的轴承更经济，并且可使空心步进电机更轻。另外，该方法的优点在于：若轴具有径向弹性，则可吸收跑偏(run-out)并使转子转动更平稳。
发明内容
因此，需要提供一种具有如下优点的设置有轴支撑结构的空心步进电机或类似物：迟滞(轴损失)小、尺寸可自由设定、电机可更薄、与转子的转轴的共轴性可更准确。
根据本发明一个实施例的空心步进电机包括：管状的定子，包括磁轭和线圈；管状的转子，包括柱状磁体；和转子支撑装置，用于相对于所述定子可旋转地支撑转子，所述转子支撑装置包括固定到所述转子的套筒、固定到所述定子的保持器和保持在所述套筒和保持器之间的球形件，所述保持器包括沿电机轴向分开的第一保持件和第二保持件，所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离。
根据本发明的实施例，相当于一般轴承的内环的套筒可形成为转子或其延伸件的一部分，因此，该空心步进电机可比市场上可购得的轴承所能够实现的电机更薄(轴向厚度可更小)，因此可被布置在更小的空间内。虽然市场上可购得的轴承的尺寸一定程度上是确定的，但根据本发明的套筒的尺寸是可根据电机的尺寸来定。另外，空心步进电机比使用制造者定制的特殊尺寸的轴承的电机更便宜。
由于保持件固定于彼此并且套筒装配到第一保持件和第二保持件的内部，所以保持件和套筒可共轴布置。另外，转子支撑装置的组装和该装置与转子的联接可同时进行。
根据本发明的一个实施例，优选地，所述第一保持件和第二保持件的球保持表面是锥面，所述锥面朝向内径侧变宽并彼此面对，并且所述第一保持件和第二保持件通过在转轴方向施加的预负载被固定。
球形件和每个保持件之间的空隙可通过利用转轴方向施加的预负载固定两个保持件来减小或消除。
根据本发明的实施例，所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，在组装后，被固定的第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
当组装后被固定的第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离，所述套筒和所述保持件可通过球形件转动。在这种情况下，所述套筒和所述保持件的共轴性可通过球形件保持。法兰部可用作组装后周向上的脱落防止突起。
根据本发明的特定模式的一种空心步进电机包括：管状的定子，包括磁轭和线圈以及容纳所述磁轭和线圈的壳体；管状的转子，包括布置在所述定子的内周侧的柱状磁体和柱状背磁轭；和转子支撑装置，用于相对于所述定子可旋转地支撑所述转子，其中所述转子支撑装置包括：固定成从所述转子的背磁轭的两个轴向端部沿轴向延伸并设置有向外延伸的法兰部的套筒；固定到所述定子的磁轭的两个轴向端部并具有沿轴向分开的第一保持件和第二保持件的保持器，所述第一保持件和第二保持件的相对表面是朝向内径侧变宽的彼此相对的锥面；和保持在所述套筒和所述保持器的两个锥面之间的球形件，所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离。
根据本发明的一种轴支撑结构件包括：管状的固定部分；管状的转动体，其与所述固定部分共轴布置在所述管状的固定部分的外周或内周，并且相对于所述固定部分可旋转地支撑；套筒，固定到所述转动体；保持器，固定到所述固定部分；保持在所述套筒和保持器之间的球形件，所述保持器包括沿转轴方向分开的第一保持件和第二保持件，所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离。
根据本发明的实施例，相当于一般轴承的内环的套筒可形成为转子的一部分或其延伸件，因此，该空心步进电机可比使用市场上可购得的轴承所能够实现的电机更薄(轴向厚度可更小)，从而提供具有可被布置在更小的空间内的轴支撑结构的电机。另外，套筒和保持器的尺寸可根据使用的电机的尺寸设定。而且，与采用由制造者定制的特殊尺寸的轴承的电机相比，该空心步进电机可以更低的成本制造。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例的空心步进电机的结构的侧面剖视图。
图2是显示安装到转子的固定器的结构的平面图。
图3A和3B是用于解释如何组装转子支撑组件的示图。
具体实施方式
下面参考附图详述本发明。
如图1所示，空心步进电机1包括：管状定子10，布置于定子10内周的管状转子20，以及相对定子10可旋转地支撑转子20的支撑组件(支撑装置)30。
定子10具有轴向对齐并且容纳在壳体15内的A相定子10A和B相定子10B。每个定子10A、10B具有两个爪形杆磁极件11以及线圈12。磁极件11具有平的环部，以及从环部的内周边缘在转轴方向延伸的多个三角形极齿。两个磁极件11布置成它们的极齿彼此面对并且以非接触方式相接，在两个磁极件11之间形成线圈保持凹部。这些磁极件11通过线圈架13固定到一起。线圈架13由树脂模制而成，覆盖每个定子10A、10B的线圈保持凹部的外表面并填充在极齿之间。铜线卷绕以在由线圈架13覆盖的每个线圈保持凹部中形成线圈12。每个线圈12通过线圈架13与各个磁极件11绝缘。
壳体15是具有形成在内表面中心附近且向内延伸的分隔壁部16的柱形件。各个定子10A、10B布置成磁极件11的极齿在周向上偏移1/2节距，并在轴向上夹着分隔壁部16并排安放。
转子20具有与A相定子10A和B相定子10B的内表面相对布置的柱形磁体21，以及用于固定两个磁体21的内表面的柱形背磁轭22。背磁轭22具有轴向上分为两个的一对背磁轭件。两个背磁轭件通过例如粘结剂固定在一起。
接下来将描述相对定子10(壳体15)可旋转地支撑转子20的支撑组件30。
转子支撑组件30具有固定到转子20的套筒40、固定到定子10的保持器50、保持在套筒40和保持器50之间的球形件60以及将球形件60保持在适当的周向位置的固定器70。
套筒40固定成从转子20的背磁轭22的轴向端面轴向延伸。朝向外径侧延伸的法兰部41形成在套筒40的外表面的转子侧的端部处。
保持器50固定到容纳定子10的壳体15的两个轴向端面上。保持器50具有轴向分开的第一保持件51和第二保持件55。第一保持件51被布置在轴向内侧(定子10侧)，而第二保持件55被布置在轴向外侧。
第一保持件51是平环形部件，其内周51a具有等于套筒40的法兰部41的外径的直径。第一保持件51在内周侧具有厚部，在外周侧具有薄部，台阶部52形成于厚部和薄部之间。内表面的轴向上的外角部是锥面53。在本示例中锥角是大约45度。第一保持件51具有与台阶部相对的平面51b。平面51b与壳体15的轴向端面15a接触。第一保持件51通过粘结剂、压配等方式紧固连接到壳体15。
第二保持件55也是平环形部件，其内径等于套筒40的法兰部分41的外径。第二保持件55在内周侧具有薄部，并且在外周侧具有厚部，台阶部56夹在薄部和厚部之间。第一保持件51的薄部的直径长度等于厚部的直径长度。台阶部56的高度(轴向长度)大于第一保持件51的台阶部52的高度。第二保持件55的内表面的轴向上的内角部是锥面57。锥角与第一保持件51的锥面53的锥角相同，本示例中大约是45度。
第二保持件55与第一保持件51相接使得它们的台阶部56、52彼此相接。第一保持件51的薄部的轴向外侧和第二保持件55的厚部的轴向内侧通过粘结剂等固定在一起。在固定时，由于保持件51和55的台阶部52和56之间的高度差，如上所述，第一保持件51的厚部和第二保持件55的薄部之间会存在间隙。
第一保持件51的锥面53面对第二保持件55的锥面，并且在两者之间形成朝向内径侧变宽的空间。
球形件60由钢制成，并保持在形成于第一和第二保持件51和55的内表面上的锥面53和57与套筒40的外表面之间。考虑到转动时的平衡和迟滞(振动(rattling))问题，球形件60至少需要三个。在这个示例中，在周向以相等的中心角度布置六个球形件60。球形件60由固定器70保持使得它不会在周向方向移动。如图2所示，固定器70是薄的环形部件，并且在内表面的预定位置(在本示例中，以相等的中心角度布置于周向的六个位置)中形成有槽口71，用于保持球形件60。固定器70被夹持于第一保持件51的厚部和第二保持件55的薄部之间的间隙中。
当线圈12被通电以转动转子20时，球形件60与套筒40的外表面接触地滚动，以支撑转子20。球形件60被保持在保持件51和55的锥面53和57之间使得其不能在轴向上移动，同时被固定器70保持使得其不能在周向上移动。从上述叙述显见，由于等价于一般轴承的内圈的套筒40形成为转子20的延伸件，因此空心步进电机可比使用一般可购得的轴承所能实现的具有更薄的厚度(轴向厚度可更小)，并且电机可被置于更小的空间中。另外，套筒40和保持器50的尺寸可根据使用的电机的尺寸来设定。
接下来，将描述组装转子支撑组件30的方法的一个示例。
图3A和3B是用于解释如何组装转子支撑组件30的示图。
在组装转子支撑组件30的时候，保持器50和球形件60被联接到单个套筒40(套筒40不固定到转子20)上。
首先，如图3A所示，套筒40被布置在面板T上使得法兰部41面向下。随后，第一保持件51的内周51a被装配到法兰部41的外周。由于法兰部41的外径和第一保持件51的内周51a的直径彼此大致相等，两者紧配合，使得法兰部41和第一保持件51同轴布置。此后，固定器(图3A和3B中未示出)被安装到第一保持件51的厚部上，并且球形件60被布置在固定器的各个槽口处。球形件60被保持在套筒40的外表面和第一保持件51的锥面53之间。
接下来，第二保持件55的台阶部56与第一保持件51的台阶部52相接合。如此，如图3B中放大显示的，球形件60被保持在套筒40的外表面与第一和第二保持件51、55的锥面53、57之间。然后，预负载从上方被施加到第二保持件55上，以附接和固定第一保持件51和第二保持件55。由于第一保持件51和第二保持件55通过以这种方式施加的预负载而固定到一起，所以可消除球形件60在轴向的振动。
现在将描述如何将以上述方式组装的转子支撑组件30联接到定子10和转子20。
如上所述，转子支撑组件30的套筒40的端部被固定到转子20的外磁轭22的端部，使得第一保持件51被固定到壳体15的端面上。此时，如图3A和3B所示，第一保持件51被装配到单个转子支撑组件30中的套筒40的法兰部41上，但是，在组装后，第一保持件51沿套筒40在轴向与法兰部41脱离，从而使得套筒40和保持器50可通过球形件60转动。
应注意，即使实现了脱离，保持器50和套筒40仍保持共轴性，使得转子支撑组件30的轴向中心保持与电机的旋转中心相同。
在组装后，法兰部41用作防止球形件60脱落的防止机构。由于此时保持器50被装配到法兰部41，所以保持器50在球形件60接触法兰部41之前不会接触法兰部41。
在转子20被转子支撑组件30支撑在定子10上的状态下，转子20在推力方向是自由的，转子20的推力方向的位置在电机完成时确定。
虽然上述描述是以具有定子和转子的空心步进电机为例给出的，但是转子支撑组件30不仅可用在电机中，还可用在管状固定部分和在固定部分的外周或内周共轴布置到固定部分的管状转动体的结构中，用作相对于固定部分转动支撑转动体的轴支撑结构。
本发明包含了于2009年3月25日在日本专利局申请的日本优先权专利申请JP2009-074037的主题，其全部内容在此通过引用结合。
本领域技术人员可以理解，在所附权利要求及其等价物的范围内的，根据设计要求和其他各种因素可作出各种修改、组合、子组合和变型。

Claims (6)

1.一种空心步进电机，包括：
管状的定子，包括磁轭和线圈；
管状的转子，包括柱状磁体；和
转子支撑装置，用于相对于所述定子可旋转地支撑转子，
所述转子支撑装置包括固定到所述转子的套筒、固定到所述定子的保持器和保持在所述套筒和保持器之间的球形件，
所述保持器包括沿所述电机的轴向分开的第一保持件和第二保持件，
所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离，
其中所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，
在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，并且
在组装后，被固定的所述第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
2.如权利要求1所述的空心步进电机，其中所述第一保持件和第二保持件的球保持表面是锥面，所述锥面朝向内径侧变宽并彼此面对，并且
所述第一保持件和第二保持件通过在转轴方向施加的预负载被固定。
3.一种空心步进电机，包括
管状的定子，包括磁轭和线圈以及容纳所述磁轭和线圈的壳体；
管状的转子，包括布置在所述定子的内周侧的柱状磁体和柱状背磁轭；和
转子支撑装置，用于相对于所述定子可旋转地支撑所述转子，
所述转子支撑装置包括：
固定成从所述转子的背磁轭的两个轴向端部沿轴向延伸并设置有向外延伸的法兰部的套筒；
固定到所述定子的磁轭的两个轴向端部并具有轴向上分开的第一保持件和第二保持件的保持器，所述第一保持件和第二保持件的相对表面是朝向内径侧变宽的彼此相对的锥面；和
保持在所述套筒和所述保持器的两个锥面之间的球形件，
所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离，
其中所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，
在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，并且
在组装后，被固定的所述第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
4.一种轴支撑结构件，包括：
管状的固定部分；
管状的转动体，与所述固定部分共轴地布置在所述管状的固定部分的外周或内周，并且相对于所述固定部分被可旋转地支撑；
套筒，固定到所述转动体；
保持器，固定到所述固定部分；和
保持在所述套筒和保持器之间的球形件，
所述保持器具有沿转轴方向分开的第一保持件和第二保持件，
所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离，
其中所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，
在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，并且
在组装后，被固定的所述第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
5.一种空心步进电机，包括：
管状的定子，包括磁轭和线圈；
管状的转子，包括柱状磁体；和
转子支撑单元，构造成相对于所述定子可旋转地支撑所述转子，
所述转子支撑单元包括固定到所述转子的套筒、固定到所述定子的保持器、和保持在所述套筒和保持器之间的球形件，
所述保持器具有沿所述电机的转轴方向分开的第一保持件和第二保持件，
所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离，
其中所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，
在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，并且
在组装后，被固定的所述第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
6.一种空心步进电机，包括
管状的定子，包括磁轭和线圈以及容纳所述磁轭和线圈的壳体；
管状的转子，包括布置在所述定子的内周侧的柱状磁体和柱状背磁轭；和
转子支撑单元，构造成相对于所述定子可旋转地支撑所述转子，
所述转子支撑单元包括：
固定成从所述转子的背磁轭的两个轴向端部沿轴向延伸并设置有向外延伸的法兰部的套筒；
固定到所述定子的磁轭的两个轴向端部并具有沿轴向分开的第一保持件和第二保持件的保持器，所述第一保持件和第二保持件的相对表面是朝向内径侧变宽的彼此相对的锥面；和
保持在所述套筒和所述保持器的两个锥面之间的球形件，
所述第一保持件和第二保持件组装成所述第一保持件或第二保持件装配到所述套筒，并且此后使用时所述第一保持件或第二保持件与所述套筒脱离，
其中所述套筒设置有朝向外径延伸的法兰部，
在同轴定位以组装所述第一和第二保持件与所述套筒时，所述法兰部被装配到所述第一保持件或第二保持件，并且
在组装后，被固定的所述第一保持件和第二保持件与所述法兰部沿轴向脱离。
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