CN108233558B - 定子芯、步进电机以及直动致动器 - Google Patents

定子芯、步进电机以及直动致动器 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够维持转子直径不变地实现小型化的定子芯、步进电机以及直动致动器。步进电机(1)具有转子(20)以及定子(30)，定子(30)具有：配置成与转子(20)的外周面隔开间隔地对置的A相用磁极部(33)、B相用磁极部(34)；以及虚设磁极部(38)。在虚设磁极部(38)未设置线圈芯部，定子(30)所具有的A相用磁极部(33)以及B相用磁极部(34)配置成：从与转子(20)的轴向(P)正交的宽度方向(X)观察定子(30)时，包含于将转子(20)包围的最小矩形区域(R)内。

Description

定子芯、步进电机以及直动致动器
技术领域
本发明涉及定子芯、步进电机以及直动致动器。
背景技术
专利文献1公开了现有的步进电机。该步进电机具有图25所示的定子芯801。定子芯801通过层叠多个板状的定子芯用铁芯而形成。
定子芯801具有：环状的主体部810，其主视观察时的外形形状大致形成为正方形；以及8个磁极部820，它们设置于主体部810的内周面。8个磁极部820从主体部810的内周面向中心突出，并以与转子的外周面隔开间隔地对置的方式在周向上以等间隔而排列设置。
各磁极部820配置于主体部810的四角部分和各边的中央部分。在主体部810的四角部分设置有贯通孔811，该贯通孔811供用于将定子芯801固定的螺栓穿插。而且，在主体部810以与各贯通孔811的一部分接触的方式设置有在从主体部810的中心离开的方向(径向)上具有均匀宽度的狭缝812，由此，使得主体部810的各边及各四角部分的作为后磁轭而起作用的部分的宽度均匀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－207249号公报
发明内容
但是，对于上述步进电机而言，若为了小型化而在宽度方向(图25的左右方向)或高度方向(图25的上下方向)上减小定子芯801，则转子直径也减小，从而转子的磁铁量也减少，因此扭矩性能有可能大幅降低。另外，若转子直径减小，则转子外周面的转子小齿的形状变得更加微细化，与此相伴，磁极部820前端的定子小齿也变得微细化，因而需要高精度的加工技术，因此，存在制造成本提升的问题。
因此，本发明的目的在于提供能够维持转子直径不变地实现小型化的定子芯、步进电机以及直动致动器。
为了达成上述目的，本发明的定子芯在内部配置有转子，其特征在于，具有主体部，该主体部在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边，所述主体部设置有：磁极部，其具有线圈芯部和多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出；以及虚设磁极部，其具有从所述长边向转子侧突出的多个虚设小齿。
本发明的定子芯具有主体部，该主体部具有短边和长边，设置于长边的虚设磁极部不具有线圈芯部，因此，能够缩短短边的长度。因此，与现有的近似正方形的定子芯相比，能够维持转子直径不变地实现小型化。另外，利用具有虚设小齿的虚设磁极部能够降低在转子产生的负荷。
另外，在本发明的定子芯中，可以使所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔相同。根据该结构，能够提高在转子产生的扭矩。另一方面，可以使所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔不同的间隔。根据该结构，能够降低在转子产生的负荷。
另外，在本发明的定子芯中，优选地，所述主体部在从转子的轴向观察时，在转子的周向上隔开规定的磁极间隔地设置有多个磁极部，在所述虚设磁极部形成有具有与所述磁极间隔相同的间隔的虚设间隔。根据该结构，能够降低在转子产生的负荷。
另外，在本发明的定子芯中，优选地，在所述主体部形成有卷绕于所述线圈芯部的线圈用的线圈凹部，在与所述虚设磁极部相邻的所述线圈凹部，设置有向所述虚设磁极部侧延伸的调整凹部。根据本申请发明人等的实验可知：通过朝向虚设磁极部侧设置调整凹部，能够降低在转子产生的负荷。另外，该调整凹部的形状可以根据定子芯的主体部的形状、虚设小齿的形状等而适当地设定。
本发明的步进电机具有在内部配置有转子的定子芯，其特征在于，所述定子芯具有主体部，该主体部在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边，所述主体部具有多个磁极部，这些磁极部具有线圈芯部以及多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出，所述多个磁极部配置成：从与所述转子的轴向正交的一个方向观察所述定子芯时，包含于将所述转子包围的最小矩形区域内。
根据本发明，定子芯所具有的多个磁极部配置成：从与转子的轴向正交的一个方向观察该定子芯时，包含于将该转子包围的最小矩形区域内。在此，磁极部是指具有线圈芯部和多个磁极小齿而不包括不具有线圈芯部的结构的概念，其中，所述线圈芯部供线圈卷绕，所述多个磁极小齿向转子的外周面突出。转子是指在与定子的磁力作用下以轴心为中心而旋转的部件整体。将转子包围的最小矩形区域是指对置的两条边的长度与转子的直径相同、且与这两条边正交的另外两条对置的边的长度与转子的轴向长度相同的矩形区域。
另外，本发明的步进电机的定子芯具有主体部，该主体部具有短边和长边，与现有的近似正方形的定子芯相比，能够维持转子直径不变地实现小型化，因此，能够使步进电机本身也实现小型化。
另外，在本发明的步进电机中，可以设置从所述定子芯的主体部的长边朝向转子侧、且具有多个虚设小齿的虚设磁极部。在该结构中，由于虚设磁极部不具有线圈芯部，因此能够缩短定子芯的短边的长度。
另外，在本发明的步进电机中，可以使所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔相同。根据该结构，能够提高在转子产生的扭矩。另一方面，可以使所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔不同的间隔。根据该结构，能够降低在转子产生的负荷。
另外，在本发明的步进电机中，优选地，在所述定子芯的主体部形成有卷绕于所述线圈芯部的线圈用的线圈凹部，在与所述虚设磁极部相邻的所述线圈凹部设置有朝向所述虚设磁极部侧延伸的调整凹部。利用该调整凹部能够降低在转子产生的负荷。
另外，在本发明的步进电机中，优选地，所述定子芯以将所述转子夹在中间、且在所述一个方向上对置的方式分离配置成2个，所述多个磁极部设置于所述2个定子芯各自的对置面，还具有将所述2个定子芯连结的1个或2个定子芯连结部。由于以该方式将2个定子芯主体部的位置关系固定，因此能够精度良好地进行组装。因具有2个定子芯连结部而能够提高组装精度，因具有1个定子芯连结部而能够同时兼顾组装精度和轻量化。
另外，本发明的步进电机具有：壳体，其对所述定子芯以及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态对所述连接线缆的导出角度进行保持。利用该结构，能够根据设置步进电机的场所周围的状况而将连接线缆保持于合适的位置。另外，在仅将连接线缆导出时，为了将该连接线缆的位置固定而需要利用紧固件(fastener)等固定于其他设备、支撑部件等，但是，在本发明的具有角度变更构造的导出部中则不需要这样的措施。
另外，本发明的直动致动器具有：步进电机，其具有在内部配置有转子的定子芯；螺母部件，其与所述转子的轴心同轴配置，且随着所述转子的旋转而旋转；以及螺纹轴，其与所述螺母部件旋合，并因该螺母部件的旋转而前进或后退，所述直动致动器的特征在于，所述定子芯具有：主体部，其在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边；以及多个磁极部，它们具有线圈芯部和多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出，所述多个磁极部配置成：从与所述转子的轴向正交的一个方向观察所述定子芯时，包含于将所述转子包围的最小矩形区域内。
根据本发明的直动致动器，磁极部配置成：在从与转子的轴向正交的一个方向观察定子芯时，包含于将转子包围的最小矩形区域内，因此，与现有的近似正方形的定子芯相比，能够维持转子直径不变地实现小型化，因此具有该定子芯的直动致动器也能够实现小型化。
另外，在本发明中，可以将直动致动器设为如下带引导件的直动致动器，该带引导件的直动致动器还设置有：滑动件；引导件，其位置相对于所述定子被固定，并以仅允许所述螺纹轴在前进后退方向上移动的方式将所述滑动件支撑为能够滑动移动；以及被连接体，其与所述螺纹轴的前端部连接，且与所述滑动件结合。由此，在螺纹轴前进及后退时，能够以不使该螺纹轴偏离前进后退方向的方式对螺纹轴以及被连接体的移动进行辅助。
另外，在本发明的直动致动器以及带引导件的直动致动器中也具有：壳体，其对所述定子芯以及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态而对所述连接线缆的导出角度进行保持。
本发明的定子芯、步进电机及直动致动器能够维持转子直径不变地实现小型化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的步进电机的立体图。
图2是图1的步进电机的主视图。
图3是图1的步进电机所具有的转子的立体图。
图4是沿着图1中的IV－IV线的剖视图。
图5是沿着图1中的V－V线的剖视图。
图6是将图5的一部分放大后的放大剖视图。
图7是沿着图1中的VII－VII线的剖视图。
图8是表示本发明的第2实施方式所涉及的步进电机的剖视图。
图9是表示图8的步进电机的第1变形例的结构的剖视图。
图10是表示图8的步进电机的第2变形例的结构的剖视图。
图11是表示图8的步进电机的第3变形例的结构的剖视图。
图12是表示图8的步进电机的第4变形例的结构的剖视图。
图13是本发明的第3实施方式所涉及的直动致动器的立体图。
图14是图13的直动致动器的主视图。
图15是图13的直动致动器所具有的转子的立体图。
图16是沿着图13中的XVI－XVI线的剖视图。
图17是表示图13的直动致动器的第1变形例的结构的立体图。
图18是图17的直动致动器的俯视图。
图19是图17的直动致动器的后视图。
图20是表示图13的直动致动器的第2变形例的结构的立体图。
图21是图20的直动致动器的俯视图。
图22是图20的直动致动器的后视图。
图23是表示图17的直动致动器的变形例的结构的立体图。
图24是表示图23的直动致动器的连接线缆的动作的说明图。
图25是现有的步进电机所具有的定子芯的主视图。
符号说明：
1～6…步进电机、10…壳体、20…转子、30…定子、31、31A、31B…定子芯、32…定子芯主体部、32a…短边、32b…长边、32P…定子芯用铁芯、33…A相用磁极部(磁极部)、33a…线圈芯部、33b…前端部、33c…定子小齿(磁极小齿)、34…B相用磁极部(磁极部)、34a…线圈芯部、34b…前端部、34c…定子小齿(磁极小齿)、35…A相线圈、36…B相线圈、38…虚设磁极部、38a…虚设小齿、39…第1线圈凹部(线圈凹部)、40…第2线圈凹部(线圈凹部)、40a…调整凹部、42…虚设间隔、D…转子直径、L…转子轴向长度、R…最小矩形区域、P…轴向、Q…周向、X…宽度方向、Y…长度方向、Z…高度方向、101…直动致动器、120…转子、130…定子、140…螺纹轴、201…带线性引导件的直动致动器、210…线性引导件、211…导轨、212…滑动件、213…被连接体、301…带线性衬套的直动致动器、310…线性衬套、311…导向壳体、312…滑动件、313…被连接体、401…带线性引导件的直动致动器、402…导出部、403…旋转支撑部、404…旋转轴部、D…转子直径、L…转子轴向长度、R…最小矩形区域、P…轴向、Q…周向、X…宽度方向、Y…长度方向、Z…高度方向。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照图1～图7对本发明的第1实施方式的两相混合式步进电机进行说明。
如各图所示，两相混合式步进电机(以下，简称为“步进电机1”。)具有壳体10、转子20以及定子30。
如图1、图2所示，壳体10形成为高度方向Z的尺寸小于宽度方向X的尺寸的长方体中空箱状。如图4所示，壳体10具有例如不锈钢等金属制的壳体主体部11、以及由滚珠轴承构成的前轴承16和后轴承17。
如图4、图5所示，壳体主体部11具有：截面呈矩形的四方筒状的周壁部12；矩形板状的正面壁部13，其将周壁部12的正面侧端部封闭；以及矩形板状的背面壁部14，其将周壁部12的背面侧端部封闭。正面壁部13与周壁部12是一体的，背面壁部14相对于周壁部12能够拆装。
在正面壁部13的中央部形成有圆形的正面轴穿插孔13a。在正面壁部13的内表面以与正面轴穿插孔13a同轴的方式安装有前轴承16。同样，在背面壁部14的中央部形成有圆形的背面轴穿插孔14a。在背面壁部14的内表面，以与背面轴穿插孔14a同轴的方式安装有后轴承17。
如图3所示，转子20具有轴21、磁铁22、N极转子芯23、S极转子芯24、以及2个间隔件(spacer)28、28(参照图4)。转子20是指各构成要素一体地被轴支撑为能够旋转、且在后述的定子30的磁力作用下以轴心为中心进行旋转的整体。
轴21是例如不锈钢等金属制的圆柱部件，其正面侧的端部被进行了D形切削加工。轴21穿插于壳体10的前轴承16及后轴承17而被轴支撑为旋转自如。
磁铁22例如由铝镍钴合金磁铁或稀土类磁铁等永久磁铁构成，并形成为内径尺寸与轴21的外径尺寸相同的圆筒状。磁铁22以正面侧端部为N极、且背面侧端部为S极的方式被磁化。对于磁铁22而言，如图4所示，轴21穿插于内侧，该磁铁22在沿着轴21的轴心21a的方向(即，转子20的轴向P、壳体10的长度方向Y)的中央部分固定安装于略靠背面侧的部位。
N极转子芯23通过在轴向P上对薄电磁钢板(铁芯)进行层叠而形成为近似圆筒形状。如图5所示，在N极转子芯23的外周面形成有转子小齿23a，该转子小齿23a沿轴向P延伸、且遍及整周地在周向Q上以等间距(本实施方式中为7.2度)而排列。
在N极转子芯23设置有沿轴向P贯穿的贯通孔23b，该贯通孔23b具有内径与磁铁22的外径相同的大径部分23c、以及内径与轴21的外径相同的小径部分23d。作为磁铁22的N极的正面侧端部插入固定于大径部分23c，从磁铁22的正面侧端面突出的轴21穿插固定于小径部分23d。由此，N极转子芯23被磁化成N极
S极转子芯24与N极转子芯23一样，通过在轴向P上对薄电磁钢板(铁芯)进行层叠而形成近似圆筒形状。在S极转子芯24的外周面形成有转子小齿24a，该转子小齿24a沿轴向P延伸、且遍及整周地在周向Q上以等间距(本实施方式中为7.2度)而排列。
在S极转子芯24设置有沿轴向P贯穿的贯通孔24b，该贯通孔24b具有内径与磁铁22的外径相同的大径部分24c、以及内径与轴21的外径相同的小径部分24d。作为磁铁22的S极的背面侧端部插入固定于大径部分24c，从磁铁22的背面侧端面突出的轴21穿插固定于小径部分24d。由此，S极转子芯被磁化成S极。
N极转子芯23和S极转子芯24以转子小齿23a和转子小齿24a在周向Q上错开半个间距(本实施方式中为3.6度)的方式固定。N极转子芯23以及S极转子芯24的直径为转子20的直径D。2个间隔件28、28形成为圆筒状，并以由轴21穿插的状态而配置于N极转子芯23与前轴承16之间以及S极转子芯24与后轴承17之间。
如图5所示，定子30具有定子芯31、A相线圈35以及B相线圈36。定子芯31通过在轴向P上对薄板状的定子芯用铁芯32P进行层叠而形成，该定子芯31收纳于壳体10内。
如图5及图6所示，定子芯31一体地具有：定子芯主体部32；作为磁极部的A相用磁极部33和B相用磁极部34，它们设置于定子芯主体部32的短边32a；以及一对虚设磁极部38，它们设置于定子芯主体部32的长边32b。
另外，在定子芯31形成有用于供A相线圈35以及B相线圈36卷绕的线圈凹部。该线圈凹部构成为包括：第1线圈凹部39，其设置于A相用磁极部33与B相用磁极部34之间；以及第2线圈凹部40，其设置为与虚设磁极部38相邻。如图5及图6所示，第1线圈凹部39形成为以折线状向定子芯主体部32的外侧突出的形状。第2线圈凹部40具有向虚设磁极部38延伸的调整凹部40a。
如图4所示，定子芯主体部32形成为全长比壳体主体部11的内部空间在长度方向Y上的长度短、且比从转子20的N极转子芯23的正面侧端面至S极转子芯24的背面侧端面的长度长的柱状。如图5所示，定子芯主体部32的短边32a的长度(高度方向Z的尺寸)形成为与壳体主体部11的内侧空间的高度方向Z的尺寸相同。
A相用磁极部33形成为：从定子芯主体部32的短边32a的内周面向转子20的外周面(即，磁铁22、N极转子芯23以及S极转子芯24的外周面)突出、且沿长度方向Y以与定子芯主体部32相同的长度而延伸。如图6所示，A相用磁极部33具有线圈芯部33a、以及在转子20的周向Q上宽度比线圈芯部33a的宽度大的前端部33b。在前端部33b形成有沿轴向P延伸、且在周向Q上以等间距(本实施方式中为7.5度)而排列的多个突条的定子小齿(磁极小齿)33c。多个定子小齿33c配置成与转子20的外周面隔开间隔地对置。
B相用磁极部34与A相用磁极部33一样，形成为：从定子芯主体部32的短边32a的内周面向转子20的外周面突出、且在长度方向Y上以与定子芯主体部32相同的长度而延伸。如图6所示，B相用磁极部34具有线圈芯部34a、以及在转子20的周向Q上宽度比线圈芯部34a的宽度大的前端部34b。在前端部34b形成有沿轴向P延伸、且在周向Q上以等间距(本实施方式中为7.5度)而排列的多个突条的定子小齿(磁极小齿)34c。多个定子小齿34c配置成与转子20的外周面隔开间隔地对置。
A相用磁极部33与B相用磁极部34以位于以轴21的轴心21a为中心彼此隔开45度的位置的方式在转子20的周向Q上隔开磁极间隔41地配置。另外，在A相用磁极部33与虚设磁极部38之间、以及B相用磁极部34与虚设磁极部38之间也设置有磁极间隔41。
如图5及图6所示，虚设磁极部38具有多个虚设小齿38a，多个虚设小齿38a配置成与转子20的外周面隔开间隔地对置。该虚设小齿38a形成为与定子小齿33c、34c相同的间距。虽然该虚设小齿38a的间距在本实施方式中形成为与定子小齿33c、34c相同的间距，但是，也可以根据定子30的形状而形成为不同的间距。
本申请发明人等发现：通过在虚设磁极部38使虚设小齿38a形成为与定子小齿33c、34c相同的间距，即，将虚设小齿38a的间隔设为与定子小齿33c、34c的间隔相同的间隔，在转子20产生的扭矩得以提高。
另一方面，本申请发明人等发现：通过在虚设磁极部38使虚设小齿38a形成为与定子小齿33c、34c不同的间距，即，将虚设小齿38a的间隔设为与定子小齿33c、34c的间隔不同的间隔，在转子20产生的负荷减小而实现了运转效率的提高。
因此，在意欲提高扭矩的情况下，只要将虚设小齿38a的间距设为与定子小齿33c、34c的间距相同的间距即可，在意欲提高运转效率的情况下，只要将虚设小齿38a的间距设定为与定子小齿33c、34c的间距不同的间距即可。
另外，虚设磁极部38设置成隔开与磁极间隔41相同的虚设间隔42，该磁极间隔41是虚设磁极部38相对于A相用磁极部33的前端部33b以及B相用磁极部34的前端部34b的磁极间隔。该虚设间隔42可以设为与磁极间隔41相同的间隔，也可以设为不同的间隔。
第2线圈凹部40的调整凹部40a进入虚设磁极部38的与定子小齿33c以及定子小齿34c相邻的虚设小齿38a的背面侧，该虚设磁极部38的端部形成为与A相用磁极部33的前端部33b以及B相用磁极部34的前端部34b同样的宽度(转子20的径向长度)。
在本实施方式的步进电机1中，如图4、图5所示，A相用磁极部33以及B相用磁极部34配置成：从宽度方向X(即，与转子20的轴向P正交的方向)观察定子30时，包含于将转子20包围的最小矩形区域R内。将转子20包围的最小矩形区域R是指以下矩形，该矩形在长度方向Y上对置的两条边Ra、Rb的长度与转子20的直径D相同、且与这两条边Ra、Rb正交地在高度方向Z上对置的两条边Rc、Rd的长度与转子20的轴向长度L相同。
另外，在本实施方式的步进电机1中，将A相用磁极部33和B相用磁极部34配置成：当A相用磁极部33的中央的定子小齿33c处于与N极转子芯23的转子小齿23a对置的位置时，B相用磁极部34的中央的定子小齿33c处于在周向Q上与N极转子芯23的转子小齿23a错开的位置(本实施方式中为错开1.8度的位置)。此外，关于例如转子小齿23a、转子小齿24a、定子小齿33c、定子小齿34c的齿数及间距、A相用磁极部33和B相用磁极部34的个数以及从彼此的中心通过的线所成的角度等，只要不违背本发明的目的则是任意的。
A相线圈35构成为1根漆包铜线以集中卷绕的方式卷绕于定子芯31的一方的A相用磁极部33的线圈芯部33a以及另一方的A相用磁极部33的线圈芯部33a。
B相线圈36构成为相对于A相线圈35独立的另1根漆包铜线以集中卷绕的方式卷绕于定子芯31的一方的B相用磁极部34的线圈芯部34a以及另一方的B相用磁极部34的线圈芯部34a。
如上，根据本实施方式，定子30所具有的多个A相用磁极部33以及多个B相用磁极部34配置成：从宽度方向X观察该定子30时，包含于将该转子20包围的最小矩形区域R内。该最小矩形区域R是指在高度方向Z上与转子20的直径相同的尺寸。
另外，在本实施方式中，在定子芯主体部32的长边32b并未如通常的步进电机那样设置磁极部，而是设置未卷绕线圈的虚设磁极部38。由此，能够缩短定子芯主体部32的短边32a的长度，因此能够使步进电机1的整体尺寸小型化。
另外，在本实施方式中，在定子芯31设置有第1线圈凹部39以及第2线圈凹部40。第1线圈凹部39形成为以折线状向定子芯主体部32的外侧突出的形状、且形成为近似五边形。第2线圈凹部40具有向虚设磁极部38延伸的调整凹部40a，其大致形成为字母“R”的形状或者“R”的倒置形状。这样，通过形成第1线圈凹部39以及第2线圈凹部40，能够降低在转子20产生的负荷。
但是，在转子20产生的负荷因定子芯主体部32的长边32b及短边32a的比率、对定子芯用铁芯32P进行层叠而形成定子芯31时用于供固定螺栓穿插的贯通孔(省略图示)的形状及尺寸等而不同。因此，优选根据定子芯31的形状而适当地设定第1线圈凹部39以及第2线圈凹部40的形状。
(第2实施方式)
接下来，对本发明的第2实施方式的步进电机2进行说明。在第2实施方式中，如图8所示，定子芯31左右分离为2个。2个定子芯31、31分别通过在轴向P上对薄电磁钢板(铁芯)进行层叠而形成，并配置成：在壳体10内以将转子20夹在中间的方式在宽度方向X(即，与转子20的轴向P正交的方向)上彼此对置。2个定子芯31、31分别一体地具有定子芯主体部32、A相用磁极部33以及B相用磁极部34。
与第1实施方式的图4及图7一样，定子芯主体部32形成为全长比壳体主体部11的内部空间在长度方向Y上的长度短、且比从转子20的N极转子芯23的正面侧端面至S极转子芯24的背面侧端面的长度长的柱状。如图8所示，定子芯主体部32的高度方向Z的尺寸形成为与壳体主体部11的内侧空间的高度方向Z的尺寸相同。定子芯主体部32具有朝向另一方的定子芯主体部32的对置面32c。对置面32c形成为沿着以轴21的轴心21a为中心的圆弧的凹曲面状。该对置面32c也可以是平面。
A相用磁极部33形成为：从对置面32c向转子20的外周面突出、且沿长度方向Y以与定子芯主体部32相同的长度而延伸。与第1实施方式一样，A相用磁极部33具有线圈芯部和前端部。另外，在前端部形成有定子小齿。
与A相用磁极部33相同，B相用磁极部34形成为：从对置面32c向转子20的外周面突出、且沿长度方向Y以与定子芯主体部32相同的长度而延伸。B相用磁极部34也具有线圈芯部和前端部。另外，在前端部形成有定子小齿。
A相用磁极部33和B相用磁极部34以处于以轴21的轴心21a为中心而彼此隔开45度的位置的方式在转子20的周向Q上隔开间隔地配置。
在该第2实施方式中，如图8所示，A相用磁极部33以及B相用磁极部34配置成：从宽度方向X观察定子30时，包含于将转子20包围的最小矩形区域R内。
如上，根据本实施方式，例如针对A相用磁极部33以及B相用磁极部34以与转子20的外周面隔开间隔地对置的方式在整个周向Q上以等间隔而排列设置的结构，将从宽度方向X观察时配置于从上述最小矩形区域R在转子20的直径方向上露出的位置的A相用磁极部33以及B相用磁极部34省略。因此，能够维持转子直径不变地使从宽度方向X观察时的定子30的形状在转子20的径向(即，高度方向Z)上减小。
在本实施方式中，定子30具有配置成以将转子20夹在中间的方式在宽度方向X上对置的2个定子芯主体部32、32，A相用磁极部33以及B相用磁极部34设置于2个定子芯主体部32、32各自的对置面32c。由此，能够从宽度方向X的两侧对转子20施加扭矩。
因此，本实施方式的步进电机2能够维持转子直径不变地实现小型化。由此，能够抑制扭矩性能的大幅降低，并且能够抑制制造成本的提升。
在上述实施方式中，定子30是具有在宽度方向X上对置配置的2个定子芯31、31的结构，但是，并不限定于此。例如，如图9所示，可以设为采用仅具有1个定子芯31的定子30A的结构的步进电机3。由此，与具有2个定子芯31、31的结构相比，能够实现小型化、轻量化。
另外，例如，如图10所示，可以设为一方的定子芯31A仅具有1个A相用磁极部33、且另一方的定子芯31B采用仅具有1个B相用磁极部34的定子30B的结构的步进电机4。由此，与1个定子芯31具有多个磁极部的结构相比，能够实现轻量化。
在上述实施方式中，2个定子芯31、31分别为独立的结构，但是，并不限定于此。例如，如图11所示，可以设为采用还具有将各定子芯主体部32、32连结的1个定子芯连结部37的定子30C的结构的步进电机5。或者，如图12所示，可以设为采用还具有2个定子芯连结部37、37的定子30D的结构的步进电机6。
定子芯连结部37形成为平板状，并配置成与转子20的外周面隔开间隔地在高度方向Z(即，与宽度方向X正交的方向)上对置。定子芯连结部37与2个定子芯主体部32、32形成为一体，并将这2个定子芯主体部32、32的高度方向Z上的端部彼此连结起来。
由此，使得2个定子芯31、31(即，2个定子芯主体部32、32)的位置关系固定，因此能够高精度地进行组装。另外，因具有2个定子芯连结部37而能够进一步提高组装精度，因具有1个定子芯连结部37而能够同时兼顾组装精度和轻量化。另外，通过将定子芯连结部37形成为平板状，例如与定子芯连结部37的与转子20对置的面形成为沿着转子20的外周面的截面呈圆弧状的凹曲面的结构相比，能够实现轻量化。
(第3实施方式)
以下参照图13～图16对本发明第3实施方式的直动致动器的结构进行说明。如图13～图16所示，直动致动器(以下，简称为“致动器101”。)具有壳体110、转子120、螺母部件125、定子130以及螺纹轴140。
本实施方式的转子120的基本结构与第1实施方式的步进电机1所使用的转子20相同，不同点在于取代轴21而具有后述的转子轴121。除此之外，有时对相同的结构标注在其符号的基础上加上100之后的符号而省略详细说明。
本实施方式的定子130具有与第1实施方式的步进电机1所使用的定子30一样的结构，因此有时对相同的结构标注在其符号的基础上加上100之后的符号而省略详细的说明。
如图14、图16所示，致动器101的壳体110形成为高度方向Z的尺寸小于宽度方向X的尺寸的长方体的中空箱状。如图16所示，壳体110具有：例如不锈钢等金属制的壳体主体部111；以及前轴承116和后轴承117，它们由滚珠轴承构成。关于该壳体110，在其结构与第1实施方式的步进电机1所使用的壳体10一样的情况下，也有时标注在其符号的基础上加上100之后的符号而省略详细的说明。
如图13、图14所示，壳体主体部111具有：截面呈矩形的四棱筒状的周壁部112；矩形板状的正面壁部113，其将周壁部112的正面侧端部封闭；以及矩形板状的背面壁部114，其将周壁部112的背面侧端部封闭。
在正面壁部113的中央部形成有圆形的正面轴穿插孔113a。在正面壁部113的内表面，以与正面轴穿插孔113a同轴的方式固定安装有前轴承116。同样，在背面壁部114的中央部，形成有圆形的背面轴穿插孔114a。在背面壁部114的内表面，以与背面轴穿插孔114a同轴的方式固定安装有后轴承117。
如图16所示，转子120具有转子轴121、磁铁122、N极转子芯123以及S极转子芯124。转子120是指各构成要素一体地被轴支撑为能够旋转、且在后述的定子130的磁力作用下以轴心为中心进行旋转的部件整体。
转子轴121例如以金属、硬质树脂等作为材料而整体形成为圆筒状，如图16所示，构成为：大径部121a、轴主体部121b以及小径部121c从前方朝向后方同轴、且在长度方向Y(即，转子120的轴向P)上按顺序依次相连。
大径部121a形成为外径与前轴承116的内径相同，并在其外周面的靠后方的端部一体地形成有遍及整周地突出的凸缘121d。在大径部121a的内部，设置有后述的螺母部件125。
轴主体部121b形成为其外径比大径部121a的外径小的圆筒状，并在其前侧端部同轴地连接有大径部121a。小径部121c形成为其外径比轴主体部121b的外径小、且与后轴承117的内径相同的圆筒状，并同轴地与轴主体部121b的后侧端部连接。轴主体部121b的内径和小径部121c的内径的尺寸相同、且比后述的螺纹轴140的外径略大。转子轴121以大径部121a穿插于壳体110的前轴承116、且小径部121c穿插于后轴承117的方式被轴支撑为旋转自如。
磁铁122、N极转子芯123以及S极转子芯124具有与上述第1实施方式的步进电机1一样的结构。该转子120的N极转子芯123以及S极转子芯124的直径为转子120的直径D。
螺母部件125例如以四氟乙烯树脂(PTFE)等树脂为材料而形成为筒状。螺母部件125收纳于转子轴121的大径部121a的内部，并以使得该螺母部件125的轴心与转子120的轴心一致的方式而固定。
如图16所示，在螺母部件125设置有沿轴心方向贯穿的贯通孔，在其内周面形成有供螺纹轴140螺合的内螺纹部129。该螺母部件125固定于转子轴121，因此与转子轴121一同旋转。
与第1实施方式的步进电机1一样，定子130设置有虚设磁极部138。在图16中，在转子120的上下侧配置有一对该虚设磁极部138。因此，A相用磁极部133以及B相用磁极部134(省略图示)配置为：从宽度方向X观察定子130时，包含于将转子120包围的最小矩形区域R内。
螺纹轴140例如以不锈钢等金属为材料而形成为截面呈圆形的棒状。如图16所示，螺纹轴140一体地具有轴主体141、以及在轴主体141的前方端部设置的头部145。
轴主体141遍及整个外周面地形成有与设置于螺母部件125的内螺纹部129螺合的外螺纹部141a。螺纹轴140与螺母部件125螺合而将螺母部件125的轴心与螺纹轴140的轴心配置成一致。
头部145形成为球状，并通过收容于在被连接体的内部设置的球状的头部收容空间而对被连接体进行连接(参照后述的实施方式的图18)。螺纹轴140被保持为相对于该被连接体不旋转。因此，当利用转子120使螺母部件125旋转时，由内螺纹部129和外螺纹部141a的螺纹机构使得螺纹轴140前进或后退。
如上，根据本实施方式，定子130所具有的磁极部配置为：从宽度方向X观察该定子130时，包含于将该转子120包围的最小矩形区域R内。另外，在转子120的高度方向(Z方向)上配置有不具有轴线芯部的虚设磁极部138。因此，致动器101能够维持转子直径不变地使从宽度方向X观察时的定子130的形状在转子120的径向(Z方向)上减小。由此，能够抑制扭矩性能的大幅降低，并且能够抑制制造成本的提升。
接下来，利用图17～图19对直动致动器的变形例进行说明。带线性引导件的直动致动器201在上述致动器101的基础上还具有线性引导件210。
线性引导件210具有导轨211、滑动件212以及被连接体213。导轨211形成为沿长度方向Y延伸的轨道状，并安装于直动致动器101的壳体主体部111。即，导轨211的位置相对于定子130固定。
滑动件212具有：外侧部分212a，其形成为导水槽状；以及内侧部分212b，其配置于外侧部分212a的内侧、且以能够滑动移动的方式安装于导轨211。外侧部分212a和内侧部分212b通过未图示的螺栓而结合。
滑动件212被导轨211以仅允许长度方向Y(即，前进后退方向)上的移动的方式支撑为能够滑动移动。被连接体213形成为矩形板状，在背面中央连接有螺纹轴140的头部145、且在背面的端部通过未图示的螺栓而结合有滑动件212的外侧部分212a。
对于带线性引导件的直动致动器201而言，当通过定子130的磁力作用而使得转子120旋转时，螺纹轴140借助其与螺母部件125构成的螺纹机构而在长度方向Y上前进及后退，与螺纹轴140连接的被连接体213也前进及后退。此时，与被连接体213结合的滑动件212也一边被导轨211引导、一边在长度方向Y上前进及后退。
接下来，利用图20～图22对直动致动器的其他变形例进行说明。带线性衬套的直动致动器301在上述直动致动器101的基础上还具有线性衬套310。
线性衬套310构成为包括导向壳体311、以及2个滑动件312、312，被连接体313与2个滑动件312、312连接。导向壳体311形成为长方体状，并形成有沿长度方向Y延伸、且供直动致动器101嵌入的开口部311a。在导向壳体311形成有将开口部311a夹在中间、且沿长度方向Y延伸的圆形的2个导向孔311b、311b。直动致动器101内置于导向壳体311的开口部311a。
2个滑动件312、312分别形成为圆柱状，并插入于导向壳体311的2个导向孔311b、311b。2个滑动件312、312被导向壳体311以仅允许在长度方向Y(即、前进后退方向)上的移动的方式支撑为能够滑动移动。被连接体313一体地具有：被连接体主体部313a，其形成为矩形板状；以及圆柱形状的凸台313b，其立起设置于被连接体主体部313a的背面中央。螺纹轴140的头部145与凸台313b的一端连接、且2个滑动件312、312的一端与被连接体主体部313a的背面的两端部结合。
对于带线性衬套的直动致动器301而言，当通过定子130的磁力作用而使得转子120旋转时，螺纹轴140借助其与螺母部件125构成的螺纹机构而在长度方向Y上前进及后退，与螺纹轴140连接的被连接体313也前进及后退。此时，与被连接体313结合的2个滑动件312也一边被导向壳体311引导、一边在长度方向Y上前进及后退。
这样，当螺纹轴140前进及后退时，带线性引导件的直动致动器201以及带线性衬套的直动致动器301能够以不使该螺纹轴140偏离前进后退方向对螺纹轴140以及各被连接体213、313的移动进行辅助。
接下来，利用图23～图24对直动致动器的变形例进行说明。带线性引导件的直动致动器401在上述带线性引导件的直动致动器201的基础上还具有将连接线缆405导出的导出部402。图23及图24中的符号412是滑动件。
如图23及图24所示，导出部402设置于壳体410的后端面，并具有能够将连接线缆405的角度保持为任意角度的角度变更构造。具体而言，该角度变更构造构成为包括：旋转支撑部403，其固定于壳体410；旋转轴部404，其被上述旋转支撑部403支撑、且能够在水平方向上以约180度的角度而旋转；以及后述的凹凸部406。
旋转轴部404以及旋转支撑部403分别为中空构造，并能够供连接线缆405从它们的内部穿过。该连接线缆405的一方与未图示的电路基板等连接，另一方与未图示的外部电源、其他设备连接。
如图23所示，导出部402在旋转支撑部403与旋转轴部404之间设置有具有多个凹凸的凹凸部406。导出部402能够根据该凹凸部406的每个凹凸间距而对连接线缆405相对于壳体410的角度进行变更。另外，通过该凹凸部406而能够在旋转支撑部403与旋转轴部404之间且在凹凸啮合的任意位置对连接线缆405的角度进行保持。
导出部402具有上述结构，因此，如图24所示，能够从连接线缆405在图中处于左侧的状态(实线状态)起任意地改变角度而使得该连接线缆405朝向与壳体410的长度方向相同的方向，还能够使该连接线缆405朝向从实线位置旋转180度后的位置(虚线状态)。
这样，对于本实施方式的导出部402而言，利用凹凸部406将连接线缆405保持于任意角度，但是，角度变更构造并不局限于上述凹凸，也可以选择其他结构。例如，可以在旋转支撑部403与旋转轴部404之间产生规定的摩擦力，也可以在一方设置具有弹性的突起、且在另一方设置凹凸而使二者啮合。
另外，该导出部402不仅可以应用于直动致动器401，也可以应用于图1至图12所示的步进电机，还可以应用于图20至图22所示的带线性衬套的直动致动器(图24中书写有括号的符号1及301)。另外，如图23及图24所示，该导出部402不仅可以设置于壳体410的后端面，只要不与滑动件412等其他部件发生干扰，也可以设置于壳体410的侧面等任意位置。另外，除了如上述实施方式那样在水平方向上旋转之外，可以使导出部402在垂直方向上旋转，也可以使导出部402以任意的其他角度旋转。
另外，在上述实施方式的直动致动器101、带线性引导件的直动致动器201、401以及带线性衬套的直动致动器301中，可以采用作为第1实施方式的变形例而示出的步进电机亦即图8～图12的结构。
以上虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于这些例子。本领域技术人员对上述各实施方式适当地进行了构成要素的增加、删除、设计变更后的实施方式、适当地将各实施方式的特征组合后的实施方式也包含于本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种定子芯，其在内部配置有转子，
所述定子芯的特征在于，
具有主体部，该主体部在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边，
所述主体部设置有:
磁极部，其具有线圈芯部和多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出；以及
虚设磁极部，其具有从所述长边向转子侧突出的多个虚设小齿。
2.根据权利要求1所述的定子芯，其特征在于，
所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为：与所述多个磁极小齿彼此的间隔相同。
3.根据权利要求1所述的定子芯，其特征在于，
所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔不同的间隔。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的定子芯，其特征在于，
所述主体部在从所述转子的轴向观察时，在所述转子的周向上隔开规定的磁极间隔地设置有多个所述磁极部，
在所述虚设磁极部形成有具有与所述磁极间隔相同的间隔的虚设间隔。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的定子芯，其特征在于，
在所述主体部形成有卷绕于所述线圈芯部的线圈用的线圈凹部，
在与所述虚设磁极部相邻的所述线圈凹部设置有向所述虚设磁极部侧延伸的调整凹部。
6.根据权利要求4所述的定子芯，其特征在于，
在所述主体部形成有卷绕于所述线圈芯部的线圈用的线圈凹部，
在与所述虚设磁极部相邻的所述线圈凹部设置有向所述虚设磁极部侧延伸的调整凹部。
7.一种步进电机，其具有在内部配置有转子的定子芯，
所述步进电机的特征在于，
所述定子芯具有主体部，该主体部在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边，
所述主体部具有多个磁极部，这些磁极部均具有线圈芯部和多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出，
所述多个磁极部配置成：从与所述转子的轴向正交的一个方向观察所述定子芯时，包含于将所述转子包围的最小矩形区域内。
8.根据权利要求7所述的步进电机，其特征在于，
设置有虚设磁极部，该虚设磁极部具有从所述定子芯的所述主体部的所述长边向转子侧突出的多个虚设小齿。
9.根据权利要求8所述的步进电机，其特征在于，
所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为：与所述多个磁极小齿彼此的间隔相同。
10.根据权利要求8所述的步进电机，其特征在于，
所述虚设磁极部的所述多个虚设小齿彼此的间隔形成为与所述多个磁极小齿彼此的间隔不同的间隔。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的步进电机，其特征在于，
在所述定子芯的主体部形成有卷绕于所述线圈芯部的线圈用的线圈凹部，
在与所述虚设磁极部相邻的所述线圈凹部设置有向所述虚设磁极部侧延伸的调整凹部。
12.根据权利要求7所述的步进电机，其特征在于，
所述定子芯以将所述转子夹在中间、且在所述一个方向上对置的方式分离配置成2个，
所述多个磁极部设置于2个所述定子芯各自的对置面，
还具有将2个所述定子芯连结的1个或2个定子芯连结部。
13.根据权利要求7～10中任一项所述的步进电机，其特征在于，
具有：
壳体，其对所述定子芯以及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，
所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态而对所述连接线缆的导出角度进行保持。
14.根据权利要求11所述的步进电机，其特征在于，
具有：
壳体，其对所述定子芯以及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，
所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态而对所述连接线缆的导出角度进行保持。
15.根据权利要求12所述的步进电机，其特征在于，
具有：
壳体，其对所述定子芯以及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，
所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态而对所述连接线缆的导出角度进行保持。
16.一种直动致动器，其具有：
步进电机，其具有在内部配置有转子的定子芯，
螺母部件，其与所述转子的轴心同轴配置，且随着所述转子的旋转而旋转；以及
螺纹轴，其与所述螺母部件旋合，并因该螺母部件的旋转而前进或后退，
所述直动制动器的特征在于，
所述定子芯具有：
主体部，其在从所述转子的轴向观察时具有短边和长边；以及
多个磁极部，它们均具有线圈芯部和多个磁极小齿，所述线圈芯部从所述短边向所述转子突出、且供线圈卷绕，所述多个磁极小齿与所述线圈芯部连续、且向所述转子突出，
所述多个磁极部配置成：从与所述转子的轴向正交的一个方向观察所述定子芯时，包含于将所述转子包围的最小矩形区域内。
17.根据权利要求16所述的直动致动器，其特征在于，
具有：壳体，其对所述定子芯及所述转子进行收纳；以及连接线缆，其从所述壳体经由导出部而导出，
所述导出部具有角度变更构造，该角度变更构造以使所述连接线缆的导出角度相对于所述壳体任意地变化的状态而对所述连接线缆的导出角度进行保持。
18.一种带引导件的直动致动器，其具有权利要求16或17所述的直动致动器，
所述带引导件的直动致动器的特征在于，
还设置有：
滑动件；
引导件，其位置相对于所述定子芯被固定，且以仅允许所述螺纹轴在前进后退方向上移动的方式将所述滑动件支撑为能够滑动移动；以及
被连接体，其与所述螺纹轴的前端部连接、且与所述滑动件结合。
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