CN1055801C - 步进电机用定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

在加工步进电机用定子的方法中，本发明首先进行切割与弯转处理，以通过切割一框架板的扁平部分来形成梳齿并使该梳齿弯转至一第一角度。其次，在弯转与厚度削减过程中，将梳齿弯转至大于上述第一角度的第二角度并减少该梳齿的厚度以使之均匀化。再次，进行第一冲压处理以冲压框架板的圆柱形部分至少一次。最后，在弯转过程中，使梳齿弯转成直角。因此，会防止产生梳齿的弯曲以及梳齿沿边缘方向的倾斜。而且可以增加梳齿的垂直度。

Description

步进电机用定子的制造方法

本发明涉及到步进电机用定子的制造方法，具体地说，本发明涉及到外部圆柱形部分的直径小于30mm的微型步进电机用定子的制造方法，或者涉及到具有被深度冲压的外部圆柱形部分的小型步进电机用定子的制造方法。

一般来说，如图1所示，步进电机具有一转子1、一轴2以及定子3₁、3₂、4₁和4₂。每个定子3₁、3₂、4₁和4₂上均按固定间隔沿边缘方向形成有多个磁极齿(爪极齿)3a、3b、4a或4b。最好使爪极齿3a、3b、4a和4b有较长的长度以便增加因励磁线圈5a和5b的励磁而产生的有效磁通量。但是，当用惯常的方法通过简单冲切单一平板的中心来形成上述爪极齿时，该齿的长度会小于冲切直径的一半，因此，会在获得较大有效磁通量方面存在局限性。尽管日本专利公报第57-211064号公开了一种解决上述问题的方法，但是，在申请于1994年3月1日的美国专利申请书中，还对生产中的其它问题作了调查研究并且也提出了一种制造方法。

然而，当所说的步进电机是微型电机或该步进电机的外部圆柱形部分被进一步深度冲压时，由于上述外部圆柱形部分具有如图3至图5所示那样被深度冲压的形状，因而几乎不能使用上述方法。日本专利公报第3-53854号中业已提出了这样一种方法，在这种方法中，可对所述的圆柱形部分作深度冲压。

如图12A中的横截面所示，在上述方法中，首先，一平板10经过冲压处理而在扁平部分12的外部边缘上形成一圆柱形部分14，这样，上述扁平部分12的直径就变为D₁。其次，如图12B所示，从扁平部分12上切出多个爪极齿16，这些爪极齿相对扁平部分12成直角地立起，因此，由爪极齿的根部形成的同心圆的内径为d₁，而该爪极齿的末梢端则位于靠近扁平部分12的外部边缘处。再次，如图12C所示，再对圆柱形部分进行冲压处理以使扁平部分12的直径变为D₂。最后，如图12D所示，对圆柱形部分14作最后的冲压处理以使扁平部分12的直径变为D₃，同时使圆柱形部分14的下部弯成直角从而制成一定子。依照这种方法，可以使上述爪极齿的长度等于或大于扁平部分12的直径D₃减去该爪极齿的同心圆内径d₁所得值的一半。

但是，上述方法存在以下问题：

(1)上述切割与抬高处理是这样进行的：在用一模具从下侧支承平板的同时，一冲头下降冲压该板以形成爪极齿，而且，该冲头会进一步下降直至所述爪极齿与模具的边缘表面相接触以便使该爪极齿成直角地抬起。此外，上述冲头的形状能使得它先与扁平部分12靠近圆柱形部分14的那一部分相接触，再逐渐与该扁平部分12的内侧部分相接触。因此，在切割与抬高处理步骤中，施加给爪极齿的力会逐渐从该爪极齿的末梢端转移至该齿的根部。结果，爪极齿会产生变形。此后，在切割与抬高处理之后，会在爪极齿16上产生如图13中虚线所示的弯曲部，这种弯曲部不同于图13中实线所示的理想的垂直形状。弯曲部的出现会使电机效率降低。特别是，当爪极齿的弯曲部有多种形状时，电机的效率会进一步降低。

(2)在切割与抬高处理步骤中，当同时对所有的爪极齿作切割与抬高处理时，若存在着模具强度方面的问题，则要作两或三次切割与抬高处理。在这种情况下，在第一次切割与抬高处理之后，会在扁平部分上形成空隙，在这些空隙处切出并抬高了某些爪极齿。此后，在第二次切割和抬高处理步骤中，会产生(沿边缘方向)朝向上述空隙的力，该力会使第二次切割与抬高处理步骤中的爪极齿沿不同于图14实线所示的理想形状的边缘方向变形，如图14虚线所示。也即爪极齿会沿该边缘方向倾斜。当用该产品定子制造电机时，这种沿边缘方向的倾斜会引起步进角度的计算误差，从而降低了定位的精确性。

(3)尽管将经过表面处理的钢板用作平板10的材料，但该经过表面处理的钢板的轧压特性会引起厚度方面的变化。例如，在其宽度与轧压方向上的厚度存在着约4％的最大偏差(图15)。当对这种有厚度偏差的平板进行切割与抬高处理以形成爪极齿时，就会降低切割与抬高的垂直度或直角精确性，从而与爪极齿的弯曲部一道降低了电机的效率。

(4)当在切割与抬高处理之后进行冲压处理时，在该冲压处理步骤中就会有一定的力施加给已抬高了的爪极齿，这就会使该爪极齿沿径向或边缘方向产生变形。

因此，本发明的目的是提供一种步进电机用定子的制造方法，在这种方法中，可以解决切割与抬高处理步骤中出现的上述问题。

为了达到上述与其它目的，本发明的步进电机用定子的制造方法包括：切割与弯转处理步骤，此步骤用于通过切割一平板的扁平部分来形成多个爪极齿并使这些爪极齿弯转至一第一角度，而上述平板则具围绕所说的扁平部分的圆柱形部分；弯转与厚度削减处理步骤，此步骤用于使爪极齿弯转至大于第一角度的一第二角度并减少爪极齿的厚度以使之均匀化；冲压处理步骤，此步骤用于冲压上述圆柱形部分至少一次；以及弯转处理步骤，此步骤使爪极齿弯转成直角。

图1是显示一步进电机的局部分解图；

图2是显示一步进电机的局部分解图，此步进电机是通过深度冲压图1电机的外部圆柱形部分而形成的；

图3是图2中电机的剖面图；

图4是显示一步进电机的局部分解图，此步进电机是通过深度冲压图1电机的外部圆柱形部分并使该电机的线圈整体化而形成的；

图5是图4中电机的剖面图；

图6A至图6G显示了依照本发明一个实施例的步进电机用定子的生产步骤；

图7是用于说明图6B中切割与弯转处理步骤的剖面图；

图8是用于说明图6C中45°弯转与厚度削减处理步骤的剖面图；

图9是用于说明图6D中80°弯转处理步骤的剖面图；

图10是用于说明图6E中第二次冲压处理步骤的剖面图；

图11是用于说明图6F中第三次冲压处理步骤的剖面图；

图12A至图12D显示了用于步进电机的一般定子的加工步骤；

图13是说明图12A至12D的一般方法中问题的剖面图；

图14是用于说明爪极齿沿边缘方向变形的图，该变形出现于图12B的冲压步骤中；以及

图15是显示用作平板材料的经表面处理过的钢板的透视图。

以下将参照附图说明本发明的一个实施例。首先将参照图1至图5说明步进电机的整体结构。

在图1中，步进电机的转子1具有一安装在该电机上的轴2。在转子1的周围安装有上部及下部两个定子3₁、3₂。在定子3₁、3₂的下方围绕转子1还安装有上部及下部两个定子4₁、4₂。定子3₁、3₂在其内侧边缘部分上分别提供有爪极齿3a、3b，爪极齿3a与爪极齿3b相对。定子4₁、4₂也在其内侧边缘部分上分别提供有爪极齿4a、4b，爪极齿4a与爪极齿4b相对。形成爪极齿3a、3b使之沿边缘方向交替地带有南北极。爪极齿4a、4b的结构与爪极齿3a、3b的结构相同。定子3₁、3₂及4₁、4₂的中空部分上设置有线圈架6a、6b，这些线圈架具有各自的缠绕多圈的励磁线圈5a、5b。片盘7a、7b焊接在各个定子3₁、4₁上并分别形成有支承件8a、8b以支承转子1的轴2。

但是，当所述步进电机是微型电机或对该步进电机的外部圆柱形部分作深度冲压时，就有必要使图1中的定子3₁与4₁与图2至图5中的定子9成整体。即便如此，还应通过使图1中的定子整体化来形成图2中的定子9，并且，不仅图4中的定子应整体化，而且图4中的线圈也应整体化。

以下将说明形成定子9的方法，图6A至6G显示了形成步进电机用定子9的步骤，图7至图11说明了用于形成定子9主要步骤中的部件以及该部件的运转情况。

首先，如图6A所示，对平板10进行第一次冲压处理，以形成具有直径D₁的扁平部分12以及围绕该扁平部分12外部边缘的圆柱形部分14。这一处理步骤是以与通常的处理步骤相似的方式进行的。

其次，如图6B所示，进行切割与弯转处理以形成爪极齿16。这时，切割扁平部分12以形成爪极齿16，并仅按预定的小角度(例如10°至40°范围内的角度)使上述爪极齿16弯转，这与通常的切割与抬高处理步骤有所不同(在通常的切割与抬高处理步骤中，切割扁平部分以形成爪极齿并使该爪极齿抬高成直角)。所以，尽管同时使整个爪极齿16弯转，也不会出现涉及到模具强度的问题，更不会使爪极齿16沿边缘方向倾斜，这就与通常的切割与抬高处理步骤有所不同，在通常的切割与抬高处理步骤，由于爪极齿被分成几组并弯转两次或三次，因此爪极齿会沿边缘方向倾斜。

再次，如图6C所示，爪极齿16进一步弯转至如45°。同时，使爪极齿16的厚度减少约10％。在这种45°弯转及爪极齿厚度削减处理步骤中，当使用分别具有线性加工表面的冲头与模具时，能使爪极齿16在如图6B所示的先前切割与弯转步骤中所产生的弯曲部得以矫正，从而校直爪极齿16。而且，可将爪极齿16的厚度做得很均匀。

然后，如图6D所示，爪极齿16从约45°进一步弯转至80°。这种80°的弯转是为了增加用在下述第二次冲压处理步骤中的冲头的上部圆柱形部分的宽度，以防引起上述冲头强度的不足。

此后，如图6E所示，进行第二次冲压处理以使扁平部分12的直径变为D₂。

再后，如图6F所示，进行第三次冲压处理以使扁平部分12的直径变为D₃并将圆柱形部分14的下部相对该圆柱形部分14弯转成直角。

最后，如图6G所示，进行90°弯转处理以将爪极齿16弯转至90°即成一直角，从而使得爪极齿16的同心圆的内径变为d₁。尽管在通常方法的切割与90°抬高处理之后的冲压步骤中会产生弯转角度的变化，但在最后进行上述90°弯转处理时却不会在这一处理步骤中发生这种变化。而且，当在上述45°弯转及爪极齿厚度削减处理步骤中使各个爪极齿16的厚度变得均匀时，在上述90°弯转处理步骤中就会有均匀的力施加给各个爪极齿16。因此，能够减少爪极齿垂直度或直角精确性的偏差。

以下将参照图7至图11说明用在主要处理步骤中的部件以及这些部件的运转情况。图7是显示对应于图6B的切割与弯转处理步骤的剖面图。一切割模具24安置在第一次冲压处理所形成的圆柱形部分14的内侧。此切割模具24与平板10的扁平部分12的外部边缘部分相接触以便支承该扁平部分12。一弯转模具22设置在切割模24的中心以支承扁平部分12的中部。在这种状态下，一切割冲头20下降切割扁平部分12以形成爪极齿16，同时使该爪极齿16弯转成特定的角度(10°至40°的角度)。数码26表示一止动件。

图8是显示对应于图6C的45°弯转与爪极齿厚度削减处理步骤的剖面图。如图8所示，在一支承模具34与一弯转模具32支承平板10的同时，一弯转冲头30下降以进行弯转与爪极齿厚度削减处理。从图8中可以看出，在这一步骤中，使用了具有45°线性表面的弯转模具32以及具有45°线性表面的弯转冲头30。所以，爪极齿16会弯转45°并且是直的。此外，随着相同的力对各个爪极齿16的挤压，可以将爪极齿16的厚度均同样地减少约10％。数码36表示一止动件。

图9是显示对应于图60的80°弯转处理步骤的剖面图。如图9所示，在一支承模具44与一弯转模具42支承平板10的同时，一弯转冲头40下降以进行80°弯转处理。从图9中可以看出，在这一步骤中，使用了具有80°线性加工表面的弯转模具42以及具有80°线性加工表面的弯转冲头40。数码46表示一止动件。这一处理步骤的目的是提供加大圆柱形部分14与爪极齿16之间距离而将下述冲压步骤中的冲头方便地插到圆柱形部分14内。当诸如进行60°弯转与爪极齿厚度削减处理而不是45°弯转与爪极齿厚度削减处理时，会增大爪极齿16与圆柱形部分14之间的距离，此后，可省略80°弯转处理步骤。

图10是显示对应于图6E的第二次冲压处理步骤的剖面图。如图10所示，在一冲头52支承平板10的同时，一冲压模具50从上方启动去冲压平板10的圆柱形部分14。

图11是显示对应于图6F的第三次冲压处理步骤的剖面图。如图11所示，在一冲头62支承平板10的同时，一冲压模具60从上方启动去冲压平板10的圆柱形部分14并将该圆柱形部分14的下部弯转成直角。

最后，爪极齿16以未显示的方式弯转至90°即直角。在这一90°弯转的处理步骤中，使用了与图9中相类似的弯转模具与弯转冲头。但是，这一弯转模具具有垂直于平板10的扁平部分12的90°加工表面，而这一弯转冲头则具有对应于上述弯转模具加工表面的90°加工表面。

以下将说明检验本发明之加工方法效果的测试结果。(测试结果)

(1)通常方法中爪极齿的弯曲部为0.05mm，而本发明方法中爪极齿的弯曲部基本为零。

(2)由爪极齿形成的同心圆的直径d₁的精确性有所增加。

(3)通常方法中爪极齿沿边缘方向的倾斜程度为±1°(度)，而本发明之方法中爪极齿沿边缘方向的倾斜程度为±10′(分)。

(4)通常方法中圆柱形部分与爪极齿所形成的同心圆的共轴程度为0.1mm，而本发明之方法中圆柱形部分与爪极齿所形成的同心圆的共轴程度为0.03mm。

如上所述，依照本发明，除切割与抬高处理步骤以外，还使用了切割与弯转处理步骤以及45°弯转与爪极齿厚度削减处理步骤，因此，可以减少爪极齿的弯曲以及爪极齿沿边缘方向的倾斜，而且还可以增进爪极齿的垂直度。此外，在冲压处理之后进行90°弯转处理时，可以更好地增进爪极齿的垂直度。

Claims (7)

1.一种步进电机用定子的制造方法，它包括：

一第一冲压处理步骤，此步骤用于冲压一平板以形成一扁平部分以及一围绕该扁平部分外部边缘的圆柱形部分；

一切割与弯转处理步骤，此步骤用于从上述扁平部分上切出多个爪极齿并使该爪极齿弯转；

一厚度削减处理步骤，此步骤用于减少上述各个爪极齿的厚度以便使这些爪极齿的厚度均匀化；

一第二冲压步骤，此步骤用于在上述厚度削减处理步骤之后冲压所说的圆柱形部分，从而使该圆柱形部分的直径变小；以及

一弯转处理步骤，此步骤用于使上述爪极齿弯转成直角。

2.如权利要求1所述之方法，其特征在于，所述厚度削减处理步骤包括一弯转与厚度削减处理步骤，此步骤用于减少上述各个爪极齿的厚度，以便使所述爪极齿的厚度均匀化并使该爪极齿进一步弯转。

3.如权利要求1所述之方法，它还包括一第三冲压处理步骤，此步骤用于在上述第二冲压处理步骤之后冲压所述的圆柱形部分，以使该圆柱形部分的直径变得更小。

4.如权利要求2所述之方法，它还包括一第二弯转处理步骤，此步骤用于在上述弯转与厚度削减处理步骤中使所述爪极齿进一步弯转。

5.如权利要求4所述之方法，其特征在于，所述爪极齿在上述切割与弯转处理步骤中弯转成10°至40°的角度。

6.如权利要求4所述之方法，其特征在于，在上述弯转与厚度削减步骤中，所述爪极齿的厚度减少约10％，而且，该爪极齿会弯转至约45°的角。

7.如权利要求4所述之方法，其特征在于，所述爪极齿在上述第二弯转处理步骤中弯转至约80°的角。

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