CN1108015A - 直线-旋转复合式步进电动机 - Google Patents

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里见博文
岩佐孝夫
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Abstract

一种直线-旋转复合式步进电动机，其定子是设 有多个凸极的定子铁心，该定子铁心设有在其内周面 上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，以及沿周向 形成多个第2定子小齿的凸极，其动子有支承在该定 子内、沿轴向自由移动、且能自由转动的动子铁心，该 动子铁心在其外周面上面对第1、第2定子小齿、沿 轴及周向等间距形成多个动子小齿。定子铁心是以 规定的角度将定子钢片进行旋转叠放，在特定的凸极 的内周面上沿轴向形成第1定子小齿而形成的。

Description

本发明涉及直线-旋转复合式步进电动机。
作为与本发明相关的范围内的这种电动机，有美国专利第5093596号公报（发明的名称：直线-旋转复合式直接驱动式步进电动机（COMBINED  LINEAR-ROTARY  DIRECT  DRIVE  STEP  MOTOR））中发表的电动机，它是将圆筒状的3相VR型（Variable  reluctance  type-可变磁阻式）直线脉冲电动机部分和混合式3相旋转步进电动机部分或VR型3相旋转步进电动机部分沿轴向并列配置，各电动机公用一个输出轴（Shaft），且它们被装在一个外壳中。
但它们存在下述问题。
（1）由于将上述直线电动机部分和旋转式电动机部分沿轴向并列配置，所以轴向的长度变长。
（2）上述直线电动机部分的定子是将定子钢片和间隔钢片交替迭放构成的，所以在制作定子铁心时，必须将两种钢片交替迭放，另外，还必须对上述定子钢片的各凸极的前端部分间隔（每隔一个极）进行弯曲加工，所以定子铁心不容易制作。
（3）作为钢片的种类，必须使用上述旋转式电动机部分的定子钢片、直线电动机部分的定子钢片及间隔钢片等三种。
（4）需要有直线电动机部分的定子和旋转式电动机部分的定子等2个定子，分别进行绕组接线作业后，必须将上述2个定子沿轴向组合，所以电动机整体的组装作业复杂。
（5）在动子（mover）侧装有永磁铁的情况下，动子铁心也必须有两种，且配置在同一个轴上，所以结构复杂，组装加工难。
本发明就是为了解决上述问题而进行研制的，其目的是提供这样一种直线-旋转两用步进电动机，该电动机能消除上述问题，不使轴（Shaft）向的长度变长，而且能使直线电动机部分和旋转电动机部分的定子铁心与动子铁心通用，使电动机整体的组装作业变得简单。
为了达到上述目的，本发明的直线-旋转两用步进电动机备有含定子铁心的定子和含动子铁心的动子。在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极（Salient  pole），该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿（Stator  teeth）的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子小齿的凸极。该动子铁心被支承在上述定子内，它能沿轴向自由移动，且能沿旋转方向自由转动，同时在其外周面上形成与上述第1、第2定子小齿相对的且分别沿轴向及周向等间距的多个动子小齿（mover  teeth）。进一步说明如下：
（1）上述电动机的特征为：为了在上述凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，根据由相数、凸极数、以及对形成该小齿的齿端部分（teeth  top）的凸极部分和形成齿根部分（teeth  bottom）的凸极部分所规定的配置方法决定的规定角度，对定子钢片进行旋转迭放，形成定子铁心。
（2）上述电动机的特征为：为了在上述凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，一边利用冲压控制装置（punch  controller），对安装在冲裁金属模内、且可伸缩于各凸极部分的可动冲头（movable  punch）进行选择伸缩控制，一边利用该冲裁金属模具，按每次冲裁钢片的规定周期，对形成上述铁心的钢片进行冲裁，以便使各凸极部分的前端形成第1定子小齿的齿端部分或齿根部分，顺序进行迭放，形成定子铁心。
（3）在上述（1）或（2）中，其结构的特征为：备有定子铁心，动子铁心和永磁铁。设m为直线电动机、旋转电动机各自的相数、k为1以上的整数时，在该定子铁心内侧、以等间距角度配置2km个凸极，该凸极有沿轴向形成第1定子小齿的凸极和沿周向形成第2定子小齿的凸极两种，两者交替配置;该动子铁心有沿周向形成的Zr个动子小齿;该永磁铁夹在定子铁心之间或动子铁心之间，且沿轴向磁化。同时，动子上沿圆周方向的动子小齿的个数Zr满足如下关系：
Zr＝k（mb+a），式中b是1以上的整数，当m为偶数时，a为满足1≤a＜2m的奇数，当m为奇数时，a为满足1≤a＜m或m＜a＜2m的整数。
（4）在上述（2）中，其特征为：设m为直线电动机部分的相数、n为旋转电动机部分的相数时，在定子铁心内侧配置2（m+n）个凸极，该凸极由m组沿轴向形成第1定子小齿的相邻的2个凸极构成的凸极对和n组沿周向形成第2定子小齿的相邻的2个凸极构成的凸极对构成。
本发明的作用是：由于具有上述结构的直线-旋转复合式步进电动机在其一个定子内并列设置直线电动机部分的凸极和旋转电动机部分的凸极，所以不用加长轴向的长度，就能构成复合式步进电动机。另外，由于用1个定子就能解决问题，所以绕组及接线作业可一次完成，电动机整体组装作业性好。该定子铁心的制作也容易，因为可按规定的顺序使冲头动作或不动作，这样对安装在冲裁金属模具中的各凸极部分的活动冲头一边进行伸缩控制，一边进行定子钢片的旋转冲裁迭放作业，所以不需要准备许多定子钢片冲裁金属模具，就能容易地制作定子铁心。另外，由于直线及旋转式动子铁心也已通用化，因此没有必要设置直线电动机用的动子部分和旋转电动机用的动子部分这样两种动子部分。
但是，具有上述结构的直线-旋转复合式步进电动机存在下述问题：
（1）为了在动子铁心的外周面上沿轴向及周向分别等间距地形成与第1、第2定子小齿相对的若干个动子小齿，除了两种动子钢片的迭放方法以外，很难采用其它方法例如用切削加工等机械加工法制作上述动子铁心。
（2）将直线电动机部分和旋转电动机部分分开考虑动子铁心的轴向长度时，由于动子小齿是沿轴向及周向均匀设置的，所以设定的长度大致相同。也就是说，直线电动机部分的动子和旋转电动机部分的动子的比率不能任意设定。
鉴于本发明中的这个问题，本发明的另一目的就是要消除上述这个问题，提供一种能使定子钢片通用化、同时使直线电动机部分的动子和旋转电动机部分的动子的比率可任意设定、且电动机整体组装作业性好的直线-旋转复合式步进电动机。
为了达到上述目的，本发明的直线-旋转复合式步进电动机设有带定子铁心的定子和用轴支承在该定子内、能沿轴向自由移动、且能沿旋转方向自由转动，同时带有沿轴向配置的多个动子铁心的动子。在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子小齿的凸极。该动子铁心有两种，一种是在其外周面上与上述第1定子小齿相对且沿轴向等间距形成多个第1动子小齿的第1动子铁心，另一种是与第2定子小齿相对沿周向等间距形成多个第2动子小齿的第2动子铁心。进一步说明如下：
（1）上述电动机的特征为：其定子铁心是这样构成的，即设直线电动机部分的相数为m时，且以平面坐标轴为基准观察时，构成该定子铁心的定子钢片通过将凸极前端部分的形状不同的cm类的钢片交替进行迭放，沿轴向形成齿距为cmt0的第1定子小齿，同时，在形成第1定子小齿ckm个定子凸极之间，以某个凸极的第1定子小齿为基准时，其它凸极的第1定子小齿以沿动子的移动方向产生（d/2m）cmt0偏移的cm个凸极为1组，共形成k组这样的凸极组。
在上面的关系中，当m为奇数时，c＝1，当m为偶数时，c＝2，t0为钢片的厚度，k为1以上的整数，d为满足1≤d≤2m-1的（cm-1）个互不相同的整数。
（2）上述电动机的特征为：其定子铁心是这样构成的，即根据由相数、凸极数及所规定的配置方法决定的规定角度，对按规定方法配置形成小齿的齿端部分的凸极部分和形成齿根部分的凸极部分的定子钢片进行旋转迭放，以便在凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，从而形成定子铁心，同时第2定子小齿也是按上述规定的角度进行旋转迭放，使其齿端部分和齿根部分分别定位迭放。
（3）上述电动机的特征为：为了在凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，一边利用冲头控制装置，对安装在冲裁金属模内的且可出没于各凸极部分的可动冲头进行有选择地伸缩控制，一边利用该冲裁金属模，按每次冲裁钢片的规定周期，对形成上述铁心的钢片进行冲裁，以便使各凸极部分的前端形成第1定子小齿的齿端部分或齿根部分，顺序进行迭放，形成定子铁心。
（4）在上述（1）或（2）或（3）中，其结构的特征为：设m为线性电动机和旋转电动机各自的相数、k为1以上的整数时，备有带朝向内侧、以等间距角度配置的2km个凸极、且该凸极由沿轴向形成第1定子小齿的凸极和沿周向形成第2定子小齿的凸极交替迭放形成的定子铁心;沿轴向以与第1定子小齿的齿距对应的齿距形成第1动子小齿的第1动子铁心;沿圆周方向形成Zr个第2动子小齿的第2动子铁心;以及夹在上述第1、第2一对动子铁心中间、沿轴向磁化的永磁铁。由该永磁铁磁化成N极和S极的第1及第2动子铁心各自的数量相同，同时第2动子小齿的齿数Zr满足如下关系：
Zr＝k（mb+a），式中b是1以上的整数，当m为偶数时，a是满足1≤a＜2m的奇数，当m为奇数时，a为满足1≤a＜m或m＜a＜2m的整数。
（5）在上述（1）或（2）或（3）中，其结构的特征为：上述动子是将作直线电动机用的一个第1动子铁心和作旋转电动机用的第2动子铁心形成一个整体的2组动子铁心构成一对作为动子铁心，将该一对动子铁心对称（参见附图）设置在上述轴上，同时在该一对动子铁心之间设置沿轴向磁化的永磁铁。
（6）在上述（1）或（2）或（3）中，其结构的特征为：作为直线电动机用的动子铁心备有2个第1动子铁心和夹在该第1动子铁心之间的沿轴向磁化的永磁铁，作为旋转电动机用的动子铁心备有2个第2动子铁心和夹在该第2动子铁心之间的沿轴向磁化的永磁铁，同时它们都设置在上述轴上。
（7）在上述（1）或（3）中，其结构的特征为：设m为直线电动机部分的相数、n为旋转电动机部分的相数时，在其定子铁心内侧设有2（m+n）个凸极，该凸极由m组凸极对和另外的n组凸极对构成，该m组凸极对由沿轴向形成第1定子小齿的相邻的2个凸极构成，该n组凸极对由沿圆周方向形成第2定子小齿的相邻的2个凸极构成。
本发明具有下述作用，即由于具有如上结构的直线-旋转复合式步进电动机有在外周面上沿轴向等间距形成多个第1动子小齿的第1动子铁心和沿周向等间距形成多个第2动子小齿的第2动子铁心这样两种，或者将在一个动子铁心上沿轴向等间距形成多个第1动子小齿的部分和沿周向等间距形成多个第2动子小齿的部分沿轴向设置，所以进行切削加工等机械加工制作时容易，同时，上述两种动子铁心的长度或上述两种部分的长度可以任意设定。换句话说，直线电动机部分和旋转电动机部分的动子的比率可以任意设定。
图1是本发明的线性-旋转复合式步进电动机的第1个实施例的横断面图。
图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线的纵断面图。
图3是从定子一侧看到的在动子的外周面上形成的动子小齿的展开图。
图4是本发明的线性-旋转复合式步进电动机的第2个实施例的纵断面图。
图5是沿图4中的Ⅴ-Ⅴ线的横断面图。
图6是沿图4中的Ⅵ-Ⅵ线的横断面图。
图7是从定子一侧看到的在动子的外周面上形成的第1、第2动子小齿的展开图。
图8是表示动子铁心形状的斜视图。
图9是表示动子铁心形状的纵断面图。
图10表示本发明的第3个实施例，是形成本发明的线性-旋转复合式步进电动机的定子铁心的定子钢片的图，图10（a）是其平面图，图10（b）是图10（a）中的A部的放大图。
图11是当将图10中的定子钢片旋转144度重叠后、或者将图13中的定子钢片按照图15所示的迭放顺序依次迭放后，从动子一侧看到的第1、第2定子小齿的展开图。
图12是图11中的5相线性-旋转复合式步进电动机的定子绕组的接线图。
图13是形成定子铁心的各定子钢片的平面图，图13（a）、（b）、（c）、（d）和（e）是表示在各凸极部分的前端形成定子小齿的齿端部分或形成齿根部分的例图。
图14是控制安装在定子钢片的冲裁金属模内的可动冲头的电路结构图。
图15是表示实施例14中的控制时使用的定子钢片的冲裁迭放顺序和各可动冲头的控制状态之间的关系图表。
图16是安装在冲裁金属模内的可动冲头的控制状态的说明图，图16（a）是其动作状态图，图16（b）是其不动作状态图。
图17表示本实施例的另一个例子。是形成定子铁心的定子钢片的平面图。
图18是利用内部装有可动冲头的冲裁金属模，一边控制可动冲头的进出，一边按照规定的顺序对图17中的定子钢片的各凸极部分进行冲裁、迭放后，从动子一侧看到的所形成的第1、第2定子小齿的展开图。
图19是图18中的2相直线-旋转复合式步进电动机的定子绕组的接线图。
下面根据附图详细地举例说明符合本发明的实施例。
实施例1：
图1是本发明的直线-旋转复合式步进电动机的第1个实施例的横断面图，图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线的纵断面图。
本实施例中的步进电动机的相数m、整数k、b、a各数值分别为m＝5、k＝1、b＝14、a＝2，因此凸极数为10，动子上沿周向的小齿数Zr＝72。
在图1及图2中，在定子1的定子铁心10内侧设有呈辐射状配置的10个凸极11、12、13、14、15、16、17、18、19及20，其中在凸极11、13、15、17、19的内周面上沿轴向等间距形成多个第1定子小齿24（齿端部分为24a、齿根部分为24b），在凸极12、14、16、18、20的内周面上沿周向等间距形成多个第2定子小齿25（齿端部分为25a、齿根部分为25b），在各凸极11、12、13、……20上分别缠绕定子绕组W1、W2、W3……W10。
定子1支承在尾架3和4上，并用图中未示出的螺钉等固定。
另一方面，定子1内侧的动子2通过轴承5、6支承在尾架3和4上，能沿轴向自由移动，且能沿旋转方向自由转动。而且在该动子2上沿轴21配置着磁极铁心22a和22b，以及夹在磁极铁心22a、22b之间、沿轴向磁化的环状永磁铁23。
在磁极铁心22a、22b的外周面上，面对第1定子小齿24、且沿轴向以相同的等间距形成多个动子小齿26，而且面对第2定子小齿25且沿周向以相同的等间距形成多个动子小齿26（齿端部分为26a、与第1定子小齿24相对应的齿根部分26b、与第2定子小齿25相对应的齿根部分为26c）。
图3是从定子1一侧看到的在磁极铁心22a、22b的外周面上形成的动子小齿26的样子（形状），有阴影线的部分表示齿端部分26a、无阴影线的部分26b表示沿轴向的齿根部分，26c表示沿周向的齿根部分。动子小齿26沿周向的齿距为τ，τ＝（360/Zr）度，并且沿周向以彼此错开τ/2的方式错落配置在磁极铁心22a和22b之间。
由图2可知，在设定动子2上所装永磁铁23的轴向长度时，要使配置在磁极铁心22a上的动子小齿26和配置在磁极铁心22b上的动子小齿26彼此沿轴向错开齿距τ0的1/2。即当配置在磁极铁心22a上的动子小齿26的齿端部分26a面对定子小齿24的齿端部分24a时，配置在磁极铁心22b上的动子小齿26的齿端部分26a正好与定子小齿24的齿根部分24b相对应。
实施例2：
图4是本发明的直线-旋转复合式步进电动机的第2个实施例的纵断面图，图5及图6分别是沿图4中的Ⅴ-Ⅴ线及Ⅵ-Ⅵ线的横断面图。
本实施例中的步进电动机的相数m、整数k、b、a各自的数值分别为m＝5、k＝1、b＝14、a＝2，所以凸极数2km＝10，动子沿周向的小齿数Zr＝k（mb+a）＝72。
在图4至图6中，在定子101的定子铁心110内侧设有呈辐射状配置的10个凸极111、112、113、114、115、116、117、118、119、120。其中在凸极111、113、115、117、119的内周面上沿轴向等间距形成多个第1定子小齿124（齿端部分为124a，齿根部分为124b）。在凸极112、114、116、118、120的内周面上沿周向等间距形成多个第2定子小齿125（齿端部分为125a，齿根部分为125b）。另外，在凸极111、112、113、……120上分别缠绕着定子绕组W101、W102、W103、……W110。
定子101支承在尾架103和104上，并用图中未示出的螺钉等固定。
另一方面，定子101内的动子102通过轴承105、106支承在尾架103和104上，且能沿轴向自由移动，还能沿旋转方向自由转动。而且该动子102在轴121上配置着沿轴向等间距形成的多个第1动子小齿127（齿端部分为127a、齿根部为127b）的直线电动机用的第1动子铁心122a，以及沿周向等间距形成的Zr个第2动子小齿128（齿端部分为128a，齿根部分为128b）的旋转电动机用的第2动子铁心122c，这两个铁心形成一个整体;同样，该铁心与前面所述的、由第1、第2动子铁心122b和122d形成一体的铁心构成一对，这一对铁心对称配置、固定，同时在这一对铁心的中间夹装沿轴向磁化的环状永磁铁123，该永磁铁也被固定。
即，在第1动子铁心122a、122b的外周面、面对第1定子小齿124、沿轴向等间距形成多个第1动子小齿127（齿端部分为127a，齿根部分为127b），在第2动子铁心122c、122d的外周面、面对第2定子小齿125、沿周向等间距形成Zr个第2动子小齿128（齿端部分为128a，齿根部分为128b）。
因此，第1、第2动子铁心122a、122c或第1、第2动子铁心122b、122d即可以分别形成一个动子铁心，也可以用粘接等方法将单独形成的铁心连成一体。
图7是从定子101一侧看到的在动子铁心的第1、第2动子铁心122a、122b和122c、122d的外周面上形成的第1、第2动子小齿127和128的样子（形状）的展开图，有阴影线的部分表示齿端部分127a和128a，没有阴影线的部分表示齿根部分127b和128b。第2动子小齿128沿周向的齿距角τ＝（360/Zr）度，在两个第2动子铁心122c和122d之间装有前述的永磁铁123，两个铁心沿周向以互相错开τ/2的方式错落配置。
由图4可知在设定配置在动子102上的永磁铁123的轴向长度时，要使配置在第1动子铁心122a上的第1动子小齿127和配置在另一个第1动子铁心122b上的第1动子小齿127彼此沿轴向错开齿距τ0的1/2的距离。就是说，当配置在第1动子铁心122a上的第1动子小齿127的齿端部分127a面对定子小齿124的齿端部分124a相对时，配置在另一个第1动子铁心122b上的第1动子小齿127的齿端部分127a正好与定子小齿124的齿根部分124b相对应。
图8是表示动子102的铁心形状的斜视图。就是说，沿周向形成第2动子小齿128的第2动子铁心122c、122d和沿轴向形成第1动子小齿127的第1动子铁心122a、122b是沿轴向装配的。
图9是表示动子102的铁心的另一示例的纵断面图。图9中，由分别沿轴向形成多个第1动子小齿127的两个第1动子铁心122a、122b和夹在上述两个第1动子铁心122a、122b之间、沿轴向磁化的永磁铁123a构成直线电动机用的动子部分，同时，由分别沿周向形成多个第2动子小齿128的两个第2动子铁心122c、122d和夹在上述两个第2动子铁心122c、122d之间、沿轴向磁化的永磁铁123b构成旋转电动机用的动子部分。在轴121上除了固定装配直线电动机用的动子部分和旋转电动机用的动子部分之外，在两者之间还夹装由非磁性材料制成的隔板129，一并配置在轴121上。
实施例3：
图10（a）及图10（b）是表示形成定子铁心10的定子钢片30的一个示例图，图10（b）是图10（a）中的A点放大图。在图10（a）中，定子钢片30的凸极部分P5和P9是曲率半径尺寸小的凸极部分，也就是形成沿轴向的第1定子小齿24的齿端部分24a的凸极部分。另外，凸极部分P1、P3和P7是曲率半径尺寸大的凸极部分，也就是形成沿轴向的第1定子小齿24的齿根部分24b的凸极部分。凸极部分P2、P4、P6、P8、P10是形成沿周向的第2定子小齿25的凸极部分。该各凸极部分P2、P4、P6、P8、P10的中心线以（360/km）度，即72度的等间距沿周向配置，而且在该各凸极部分上分别相对于各凸极部分的中心线对称配置6个第2定子小齿25。
图11是从动子2一侧看到的凸极11、12、13、……20上的第1及第2定子小齿24、25的样子（形状）的展开图，上述各凸极11、12、13、……20是将每一块定子钢片30以各凸极部分P2、P4、P6、P8、P10的等间距角度（72度）的2倍、即144度一边旋转一边进行迭放形成的。有阴影线的部分表示齿端部分24a及25a，无阴影线的部分表示齿根部分24b、25b。
然而，只有在满足下述条件下，即在动子2或动子102的第2动子铁心122c、122d沿周向的动子小齿数Zr为Zr＝k（mb+a），且式中b是1以上的整数、当m为偶数时，a是满足1≤a＜2m的奇数;当m为奇数时，a是满足1≤a＜m或m＜a＜2m的整数的条件下，沿周向设有第2定子小齿25的定子钢片30的凸极部分P2、P4、P6、P8、P10才能像上述那样均等配置，从而才能以72度的整数倍的角度旋转迭放。
而且，当凸极12的第2定子小齿25面对周向上的动子小齿26时，凸极14的第2定子小齿25正好与动子小齿26相对，且彼此错开齿距τ的2/5，凸极16的第2定子小齿25错开齿距τ的4/5，凸极18的第2定子小齿25错开齿距τ的6/5，也就是错开1/5，凸极20的第2定子小齿25错开齿距τ的8/5，也就是错开3/5。因此，如图12所示，设定子绕组W2为A相，定子绕组W8为B相，定子绕组W4为C相，定子绕组W10为D相，定子绕组W6为E相，则可构成基本步进角为齿距τ的1/10度即0.5度的旋转5相步进电动机。
另外，设定子钢片30的厚度为t0，当将该钢片30按144度的角度进行旋转迭放，如图11所示，在各定子凸极11、13、15、17、19上形成的轴向齿距为mt0，即5t0，齿端部分24a的厚度为2t0的轴向第1定子小齿24。而且当以凸极11为基准时，凸极13的该第1定子小齿24的偏移量为齿距的2/5，凸极15的该小齿24的偏移量为齿距的4/5，凸极17的该小齿24的偏移量为齿距的6/5，即1/5，凸极19的该小齿24的偏移量为齿距的8/5，即3/5。因此，如图12所示，设定子绕组W1为A相、定子绕组W7为B相、定子绕组W3为C相、定子绕组W9为D相、定子绕组W5为E相，则可构成基本移动量为t0/2的直线5相步进电动机。
因此，能以构成直线-旋转复合式5相步进电动机，且能分别对其进行驱动控制。
另外，采用下述方法代替对定子钢片30进行144度旋转迭放，也能形成定子铁心10。
即图13（a）-图13（e）是表示有沿定子铁心10的轴向形成第1定子小齿24的凸极部分P1、P3、P5、P7、P9的定子钢片30a、30b、30c、30d、30e的示例图。图中，在凸极部分P2、P4、P6、P8、P10上，分别沿周向形成第2定子小齿25。在图13（a）-图13（e）中，定子钢片30a、30b、……30e的各凸极部分P1、P3、P5、P7、P9的前端，利用安装在图中未示出的冲裁金属模具中的、且能在各凸极部分P1、P3、……P9处伸缩的活动冲头，按照周期性的反复顺序，将每一枚钢片冲裁成图13（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（a）、（b）、（c）……所示的形状，于是在各凸极部分P1、P3、……P9的前端形成第1定子小齿24的齿端部分24a或齿根部分24b。
图13（a）所示的定子钢片30a是使与其凸极部分P5、P9相关的活动冲头5、9不动作，而使与其他凸极部分P1、P3、P7相关的活动冲头1、3、7动作进行冲裁时，在凸极部分P5、P9的前端形成齿端部分24a，而在凸极部分P1、P3、P7的前端形成齿根部分24b。
图13（b）所示的定子钢片30b是使与其凸极P1、P5相关的活动冲头1、5不动作，而使与其他凸极部分P3、P7、P9相关的活动冲头3、7、9动作进行冲裁时，在凸极部分P1、P5的前端形成齿端部分24a，而在凸极部分P3、P7、P9的前端形成齿根部分24b。
以下同样，图13（c）、图13（d）、图13（e）所示的定子钢片30c、30d、30e分别有选择地使与各自的凸极部分P1、P3、……P9相关的活动冲头1、3、……9不动作或者动作进行冲裁，分别在各凸极部分P1、P3、……P9的前端形成规定的齿端部分24a或齿根部分24b。
因此，形成定子铁心10时，通过将已经冲裁的定子钢片30a、30b、30c、30d、30e按顺序迭放，就能在各凸极部分P1、P3、……P9的前端形成错开一个齿距的第1定子小齿24。
其次，图14-图16用来说明为了形成定子钢片10，利用冲裁金属模具冲裁定子钢片30a、30b、30c、30d、30e，并按顺序将它们迭放的顺序。
图14是控制冲裁金属模具内的活动冲头的电路结构图。图中，由冲压控制装置32，按图15所示的顺序，选择激励各螺线管，对安装在冲裁金属模具31内、且能在各凸极部分P1、P3、P5、……P9伸缩的可动冲头1、3、5、……9进行伸缩控制，以便在形成定子铁心10的定子钢片30的各凸极部分P1、P2、P5、……P9的前端形成第1定子齿24的齿端部分24a或齿根部分24b。图中的32a是连接电线。
图15是表示各定子钢片30a、30b、30c、30d、30e的冲裁迭放顺序与活动冲头1、3、5、……9的控制状态之间的关系表。表中所用的符号，表示各活动冲头1、3、5、……9在形成齿根部分24b时的冲头动作的状态（外伸），用O符号表示形成齿端部分24a时的冲头不动作的状态（缩回）。
图16是为了便于理解而表示的各活动冲头1、3、5、……9中的一个活动冲头33的控制状态的说明图，图16（a）表示冲头的动作状态（外伸），图16（b）表示冲头的不动作状态（缩回）。
在图16中，活动冲头33装在冲裁金属模具31内，且可沿图中的上下方向移动，同时在冲头的上面形成凸头33a，由于受到螺线管34吸力的作用，向图中右方驱动的凸头35与凸头33a接触。
来自冲压控制装置32的ON（接通）信号输向螺线管34后，该螺线管34被激励，驱动凸头35向右移动。由于凸头35被驱动，该凸头35与活动冲头33上的凸头33a各自的凸块相接触，于是活动冲头33便从冲裁金属模具31中向外伸出，变成图16（a）所示的动作状态。
另外，当来自冲压控制装置的OFF（断开）信号输向螺线管34后，该螺线管34被去碰，凸头35受到图中未绘出的复位机构的作用而返回左方。由于凸头35返回，两个凸头的凸块彼此脱离，于是活动冲头33便被图中未绘出的复位机构拖入冲裁金属模具31内，变成图16（b）所示的不动作状态。
按照图15所示的迭放顺序，将如上冲裁好的各定子钢片30a、30b、30c、30d、30e顺次迭放，就能形成定子铁心10。
其次，在本实施例的直线-旋转复合式步进电动机的另一示例中，形成定子铁心10的定子钢片40的一个示例见图17所示。在图17中，定子钢片40的形成条件是：直线电动机部分的相数m＝2，旋转电动机部分的相数n＝2，2（m+n）＝8个凸极部分P41、P42、P43、……P48按45度的等间距角度配置。
在定子钢片40上，凸极部分P41和P42、P45和P46分别是成对的凸极部分，构成沿周向形成第2定子小齿25的凸极部分，凸极部分P43和P44、P47和P48也分别是成对的凸极部分，是构成沿轴向形成第1定子小齿24的凸极部分。在凸极部分P41和42上形成的第2定子小齿25的中心线构成的角度为46.8度，在凸极部分P42和P45上形成的第2定子小齿25的中心线构成的角度为131.4度。另外，在凸极部分P45和P46上形成的第2定子小齿25的中心线构成的角度为46.8度。另外，图中未示出的动子2或第2动子铁心122c、122d沿周向配置的动子小齿的个数Zr为50。
因此，假设凸极部分P41的第2定子小齿25正好面对动子2的动子小齿26或动子102的第2动子铁心的小齿128，凸极部分P42的小齿25便与动子小齿26或第2动子铁心的小齿128错开一个齿距（7.2度）的2/4，当绕在凸极部分P41和P42上的定子绕组中通电，且通过接线使极性彼此不同时，便可构成一相。另外，凸极部分P45的小齿25与动子小齿26或与第2动子铁心的小齿128错开一个齿距的1/4，凸极部分P46的小齿25与动子小齿26或与第2动子铁心的小齿128错开一个齿距的3/4，凸极部分P45与P46的小齿25之间错开一个齿距的2/4。因此，当凸极部分P45和P46上绕的定子绕组中通电，且通过接线使极性彼此不同时即构成一相。通过使动子具有如图2、图3或图4、图7所示的结构，就能构成基本步进角为1.8度的2相混合式旋转步进电动机。
图18是从动子2一侧看到的凸极41、42、43、……48的第1、第2定子小齿24、25的样子（形状），它们是这样形成的，即利用冲压控制装置32，控制安装在冲裁金属模具内、与各凸极部分P43、P44、P47、P48分别相对应的活动冲头，使其动作或者不动作，以便对定子钢片40的凸极部分P43、P44、P47、P48的前端部分进行冲裁。在对该定子钢片进行冲裁时，便周期性地构成形成齿端部分24a的凸极部分，或者构成形成齿根部分24b的凸极部分，一边冲裁一边迭放而成。
有阴影线的部分分别是齿端部分24a及25a，无阴影线的部分分别是齿根部分24b及25b。设定子钢片40的厚度为t0，通过上述那样迭放后，在各定子凸极43、44、47、48上沿轴向形成齿距为2mt0，即4t0，齿厚为2t0的轴向第1定子小齿24。当以凸极43为基准时，凸极44上的该小齿24的偏移量为一个齿距的2/4，凸极47上的该小齿24的偏移量为一个齿距的1/4，凸极48上的该小齿24的偏移量为一个齿距的3/4。因此，如图16所示，通过连接定子绕组W41、W42、W43、……W48，就能构成基本移动量为t0的2相复合式直线步进电动机。
如上所述，在本实施例中可构成2相直线-旋转复合式步进电动机。而且通过像上述那样分别将相邻的凸极41、42;43、44;45、46;47、48构成一相，就能使各相的磁路独立，同时直线电动机部分和旋转电动机部分的磁路也能互相独立，且能使相线圈之间的结合缩小。
前面的实施例及本实施例都是复合式步进电动机，但本发明同样可实施于VR型步进电动机。另外，本发明的技术不限于上述实施例中的技术，也可以采用具有同样效果的其它形态的机构。另外，本发明的技术可以在上述结构的范围内进行种种变更。
根据以上的第1及第3个实施例的说明可知，本发明的直线-旋转复合式步进电动机，是设有带这样的定子铁心的定子和支承在该定子内、能沿轴向自由移动、且能沿周向自由转动、同时又是带这样的动子铁心的动子，即在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子齿的凸极;该动子铁心在其外周面上面对第1、第2定子小齿分别沿轴向及周向等间距形成多个动子小齿。
而且，上述定子铁心是这样形成的，即按照规定的角度，将定子钢片旋转迭放，以便在上述凸极的内周面上沿轴向形成定子小齿，或者利用冲裁金属模具，按冲裁每块钢片所规定的周期，一边对安装在上述冲裁金属模具内能以在各凸极部分伸缩的活动冲头进行伸缩控制，一边对形成上述铁心的钢片进行冲裁，并按顺序将钢片迭放起来形成定子铁心，因此不会加长定子铁心的轴向长度，而且能使直线电动机部分和旋转电动机部分的定子钢片和动子铁心通用化。
因此具有提高上述步进电动机整体组装作业效率的效果。
根据前面的第2及第3个实施例的说明可知，本发明的直线-旋转复合式步进电动机，是按照相数、凸极数及由对形成定子小齿的齿端部分的凸极和形成齿根部分的凸极的配置位置的规定所决定的规定角度，对该定子钢片进行旋转迭放，以便在上述凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，同时，第2定子小齿也按规定角度旋转迭放，使其齿端部分和齿根部分分别排列迭放，从而形成定子铁心，因此上述定子钢片和动子铁心能通用化，同时线性电动机部分的动子与旋转电动机部分的动子的比率可以任意设定。
另外，本发明的直线-旋转复合式步进电动机是：为了在其定子铁心的凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，利用冲压控制装置，对安装在冲裁金属模具内、且能在各凸极部分伸缩的活动冲头一边进行选择伸缩控制，一边进行冲裁，以便使各凸极部分的前端，以对该钢片冲裁所规定的周期，形成第1定子小齿的齿端部分和齿根部分，同时将用冲裁金属模具形成铁心用的钢片按顺序迭放，形成定子铁心，所以上述定子钢片和动子铁心能通用化，同时直线电动机部分的动子和旋转电动机部分的动子的比率可以任意设定。
本发明的定子铁心的制造方法，将cm类的定子钢片按顺序交替迭放，可形成直线电动机部分用的第1定子小齿。在这种情况下，cm类的定子钢片的制造方法没有特别限定，可以利用各种金属模具进行冲裁，再将冲裁好的钢片按顺序迭放即可。
因此能提高上述步进电动机整体的组装作业效率。

Claims (11)

1、直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：它设有带定子铁心的定子和支承在该定子内、能沿轴向自由移动且能沿旋转方向自由转动、并设有动子铁心的动子，在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子小齿的凸极；该动子铁心在其外周面上面对上述第1、第2定子小齿、分别沿轴向和周向等间距形成多个动子小齿，上述定子铁心是这样形成的，即按照相数、凸极数及由对形成定子小齿的齿端部分的凸极部分和形成齿根部分的凸极部分规定的配置位置决定的规定角度，对上述各凸极部分按规定配置好的定子钢片进行旋转迭放，形成上述定子铁心。
2、直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：它设有带定子铁心的定子和支承在该定子内、能沿轴向自由移动、且能沿旋转方向自由转动的、设有动子铁心的动子，在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子小齿的凸极，该动子铁心在其外周面上面对上述第1、第2定子齿、分别沿轴向和周向等间距形成若干个动子小齿，上述定子铁心是这样形成的，即为了在上述凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，利用冲压控制装置，对安装在冲裁金属模具内、且能出在各凸极部分伸缩的活动冲头一边进行选择伸缩控制（参见图14-16），一边用冲裁金属模具对形成铁心用的钢片进行冲裁，以便按冲裁每块钢片所规定的周期，使各凸极部分的前端形成第1定子小齿的齿端部分或齿根部分，同时将该钢片按顺序迭放形成定子铁心。
3、根据权利要求1或2所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：设有这样的定子铁心，动子铁心和永磁铁，即设m为直线电动机和旋转电动机各自的相数，k为1以上的整数时，在该定子铁心内侧、设有以等间距角配置的2km个凸极，该凸极共有两种，一种是沿轴向形成的第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成的第2定子小齿的凸极，两者交替配置;该动子铁心有沿周向形成的Zr个动子小齿;该永磁铁夹在定子铁心之间或动子铁心之间，且沿轴向磁化，同时，动子沿周向的小齿的Zr个数满足如下关系：
Zr＝k（mb+a），式中b为1以上的整数，当m为偶数时，a为满足1≤a＜2m的奇数，当m为奇数时，a为满足1≤a＜m或m＜a＜2m的整数。
4、根据权利要求2所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：设m为直线电动机部分的相数、n为旋转电动机部分的相数时，在定子铁心内侧配置2（m+n）个凸极，该凸极由m组沿轴向形成第1定子小齿的、相邻的两个凸极构成的凸极对和n组沿周向形成第2定子小齿的、相邻的两个凸极构成的凸极对构成。
5、直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：它设有带定子铁心的定子和用轴支承在该定子内、能沿轴向自由移动且能沿旋转方向自由转动的、并设有动子铁心的动子，在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成若干个第2定子小齿的凸极，该动子铁心是沿轴向配置的多个动子铁心，共有两种，一种是在其外周面上面对第1定子小齿沿轴向等间距形成第1动子小齿的第1动子铁心，另一种是面对第2定子小齿，沿周向等间距形成第2动子小齿的第2动子铁心，上述电动机的特征为：其定子铁心是这样构成的，即设线性电动机部分的相数为m，且以平面坐标轴为基准观察时，构成该定子铁心的定子钢片通过将凸极前端部分的形状不同的cm类的钢片交替进行迭放，沿轴向形成齿距为cmt0的第1定子小齿，同时，在形成第1定子小齿ckm个定子凸极之间，以某个凸极的第1定子小齿为基准时，其它凸极的第1定子小齿以沿动子的移动方向产生（d/2m）cmt。偏移的cm个凸极为1组，共形成k组这样的凸极组。
在上面的关系中，当m为奇数时，c＝1，当m为偶数时，c＝2，t0为钢片的厚度，k为1以上的整数，d为满足1≤d≤2m-1的（cm-1）个互不相同的整数。
6、直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：它备有带定子铁心的定子和用轴支承在该定子内、能沿轴向自由移动且能沿旋转方向自由转动的、并设有动子铁心的动子，在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成多个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成多个第2定子小齿的凸极，该动子铁心是沿轴向配置的多个动子铁心，共有两种，一种是在其外周面上与第1定子小齿相对、沿轴向等间距形成第1动子小齿的第1动子铁心，另一种是与第2定子小齿相对、沿周向等间距形成第2动子小齿的第2动子铁心，
上述定子铁心是这样形成的，即按照相数、凸极数及由对形成定子小齿的齿端部分的凸极部分和形成齿根部分的凸极部分规定的配置位置决定的规定角度，对上述各凸极部分配置好的定子钢片进行旋转迭放，以便在上述凸极的内周面上沿轴向形成第1定子小齿，同时第2定子小齿也按上述规定角度旋转、迭放，使其齿端部分和齿根部分分别排列迭放，构成定子铁心。
7、直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：它备有带定子铁心的定子和用轴支承在该定子内、能沿轴向自由移动且能沿旋转方向自由转动的带动子铁心的动子，在该定子铁心内侧设有呈辐射状配置的多个凸极，该凸极有两种，一种是在其内周面上沿轴向形成若干个第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成若干个第2定子小齿的凸极，该动子铁心是沿轴向配置的多个动子铁心，共有两种，一种是在其外周面上面对第1定子小齿、沿轴向等间距形成第1动子小齿的第1动子铁心，另一种是面对第2定子小齿，沿周向等间距形成第2动子小齿的第2动子铁心，
上述定子铁心是这样形成的，即利用冲压控制装置，对装在冲裁金属模具内、且能在各凸极部分伸缩的活动冲头一边进行选择伸缩控制，一边按冲裁每块钢片所规定的周期，用冲裁金属模具对形成铁心用的钢片进行冲裁，以便在上述凸极的内周面上形成第1定子小齿，同时将该钢片按顺序迭放，形成定子铁心。
8、根据权利要求5或6或7所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：设有这样的定子铁心、动子铁心和永磁铁，即设m为直线电动机和旋转电动机各自的相数，k为1以上的整数时，在该定子铁心内侧设有以等间距角配置的2km个凸极，该凸极有两种，一种是沿轴向形成第1定子小齿的凸极，另一种是沿周向形成第2定子齿的凸极，两者交替配置;该动子铁心也有两种，一种是沿轴向以与第1定子小齿的齿距相对应的齿距形成多个第1动子小齿的第1动子铁心，另一种是沿周向形成Zr个第2动子小齿的第2动子铁心;该永磁铁夹装在一对第1与第2动子铁心中间，且沿轴向被磁化，被上述永磁铁磁化成N极和S极的第1及第2动子铁心的个数相同，同时，第2动子小齿的齿数Zr满足如下关系：
Zr＝k（mb+a），式中b是1以上的整数，当m为偶数时，a为满足1≤a＜2m的奇数，当m为奇数时，a为满足1≤a＜m或m＜a＜2m的整数。
9、根据权利要求5或6或7所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：上述动子是将作直线电动机用的一个第1动子铁心和作旋转电动机用的一个第2动子铁心形成一个整体，再将该形成一个整体后的动子铁心2组作为一对动子铁心，将该一对动子铁心对称地配置在轴上，同时，在该一对动子铁心之间夹装沿轴向磁化的永磁铁。
10、根据权利要求5或6或7所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：上述动子设有作直线电动机用的2个第1动子铁心，以及夹装在该第1动子铁心中间、且沿轴向磁化的永磁铁，还设有作旋转电动机用的两个第2动子铁心，以及夹装在该第2动子铁心中间、且沿轴向磁化的永磁铁，同时，将它们配置在轴上。
11、根据权利要求5或7所述的直线-旋转复合式步进电动机，其特征为：设m为直线电动机部分的相数，n为旋转电动机部分的相数时，定子铁心是这样构成的，即在定子铁心内侧设有2（m+n）个凸极，该凸极是由m组沿轴向形成第1定子小齿的相邻的两个凸极构成的凸极对和n组沿周向形成第2定子小齿的相邻的两个凸极构成的凸极对构成的。
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