CN112350544A - 步进马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使转子外径与由磁性材料构成的轴承的外径的关系为最佳，对轴承施加磁吸引力的步进马达。上述步进马达具备：转子(400)，由永久磁铁构成；定子，具有在转子(400)的外周侧沿轴向延伸的多个极齿(223、243)；轴承(250)，旋转自如地支承转子(400)的轴向一端部；以及轴承(260)，旋转自如地支承转子(400)的轴向另一端部。轴承(260)的导磁率比轴承(250)的导磁率高，转子(400)在外周面沿着转子(400)的周向具有多个磁极，转子的外径D_R、轴承(260)的面对转子(400)的部分的外径D_B、以及定子的内径D_SI被设定为下述式1的关系，D_R＜D_B＜D_SI…(式1)。

Description

步进马达

技术领域

本发明涉及步进马达，特别是涉及具备由永久磁铁构成的转子、和定子的PM(Permanent Magnet：永磁)型步进马达，上述定子具有在上述转子外周侧沿轴向延伸的多个极齿。

背景技术

以往，在上述那样的PM型步进马达中，具备可旋转地支承转子的轴承，在转子与轴承之间沿轴向具有间隙。例如，在两相PM型步进马达中，存在下述现象：由于两个定子的励磁的组合，在步进马达的驱动时转子和定子的磁中心偏移，转子在轴向上位移，因与轴承碰撞而产生异响。

对于这样的现象，公知有设置沿轴向吸引转子的磁吸引力产生部件，将转子吸引到一方的轴承侧来减小因与另一方的轴承碰撞而引起的冲击声的步进马达(例如，参照日本特开2014-3832号公报)。

该步进马达是具备由永久磁铁构成的转子磁铁、和定子的两相PM型步进马达，上述定子具有在上述转子磁铁外周侧沿轴向延伸的多个极齿，作为由磁性材料构成的磁吸引力产生部件，是将磁性垫圈固定于用于固定轴承的壳体金属板的结构。在该步进马达中，磁性垫圈的外径D_M1和转子磁铁的外径D_R被设定为满足D_M1≤D_R的关系(技术方案3)。而且，通过将转子磁铁向磁性垫圈侧吸引，从而实现在使步进马达旋转驱动时产生的冲击声的减小。

然而，在将步进马达用于例如智能手机等移动电话等电子设备的情况下，步进马达的外径为6mm以下，这样的步进马达的转子外径为3mm以下而极小。在这样的极小径马达的情况下，难以确保配置上述文献那样的磁性垫圈的空间。因此，考虑用磁性体形成轴承自身来代替磁性垫圈。

另一方面，在上述文献中，记载了也可以使用由磁性材料构成的沿径向扩大的轴承来代替磁性垫圈和轴承作为磁吸引力产生部件(段落0041)。在该情况下，沿径向扩大的由磁性材料构成的轴承的外径被认为与磁性垫圈的外径D_M1相同，因此被设定为满足D_M1(轴承的外径)≤D_R(转子磁铁的外径)的关系。

然而，在上述文献中，转子磁铁不仅在与励磁定子对置的侧面，而且在与磁性垫圈对置的底面也被磁化。因此，即使在转子磁铁的底面不磁化的情况下，也不清楚是否能够获得上述那样的效果。

发明内容

本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种步进马达，上述步进马达在使用由磁性材料构成的轴承来代替磁性垫圈和轴承作为磁吸引力产生部件的情况下，使转子外径与由磁性材料构成的轴承的外径的关系为最佳。

本发明的步进马达具备：转子，由永久磁铁构成；定子，具有在上述转子的外周侧沿轴向延伸的多个极齿；第一轴承，旋转自如地支承上述转子的轴向一端部；以及第二轴承，旋转自如地支承上述转子的轴向另一端部，上述第二轴承的导磁率比上述第一轴承的导磁率高，上述转子在外周面沿着上述转子的周向具有多个磁极，上述转子的外径D_R、上述第二轴承的面对上述转子的部分的外径D_B、以及上述定子的内径D_SI被设定为下述式1的关系。

D_R＜D_B＜D_SI…(式1)

在本发明中，由于将第二轴承的导磁率设定得比第一轴承的导磁率高，因此与第一轴承相比，转子的磁力(磁通)较大地作用于第二轴承，在第二轴承产生针对转子的磁吸引力。这里，第二轴承的面对转子的部分的外径D_B形成为比转子的外径D_R大，因此除了从转子的端面泄漏的磁力(磁通)之外，形成于转子的外周面的磁极(N极和S极)处的磁力(磁通)的一部分也跨过转子的端面而对第二轴承产生影响，由此作为磁吸引力产生部件发挥作用。因此，转子被第二轴承吸引，由此能够减小在使步进马达旋转驱动时产生的冲击声。

在本发明中，在仅在转子的外周面具有磁极的情况下，能够获得基于上述式1的作用效果。然而，在转子的端面具有磁极的情况下，更大的磁力作用于第二轴承，因此本发明并不排除这样的方式。

在本发明中，优选第二轴承具备小径部和大径部，小径部固定于盖部件，大径部面对转子的端面。由此，能够使第二轴承小型化而降低材料成本，并且能够利用小径部和大径部的阶梯部安装于盖部件。

在本发明中，在转子与第二轴承之间设置有树脂制垫圈，由此能够防止转子和第二轴承的金属接触而防止异响的产生。

根据本发明，能够提供一种在使用由磁性材料构成的轴承来代替磁性垫圈和轴承作为磁吸引力产生部件的情况下，使转子外径和由磁性材料构成的轴承外径的关系为最佳的步进马达。

附图说明

图1是本发明的实施方式的步进马达的局部缺口分解立体图。

图2是本发明的实施方式的步进马达的侧视图。

图3是本发明的实施方式的步进马达的侧剖视图。

附图标记说明

100…步进马达；200…A相定子单元；210…前板；220…外磁轭；223…极齿；230…绕线管；231…线圈；233…凸缘部；234…凸缘部；235…端子台；236…端子销；240…内磁轭；241…圆环部；243…极齿；250…轴承(第一轴承)；251…大径部；252…小径部；260…轴承(第二轴承)；261…大径部；262…小径部；300…B相定子单元；310…端板；320…外磁轭；323…极齿；330…绕线管；331…线圈；340…内磁轭；343…极齿；400…转子；401…轴；402…树脂制垫圈；403…树脂制垫圈；500…定子。

具体实施方式

1.步进马达的整体结构

图1表示实施方式的步进马达100。步进马达100是爪极型的两相PM(PermanentMagnet：永磁)型步进马达。步进马达100具备定子500。定子500具有将A相定子单元200和B相定子单元300沿轴向连接的构造。这里，A相定子单元200和B相定子单元300为相同的构造，通过使一方相对于另一方在轴向上翻转，使其背面彼此接触并连接，由此构成定子500。

在A相定子单元200固定有前板210，在B相定子单元300固定有端板310。定子500具有大致筒形状，在其内侧以转子400旋转自如的状态收容该转子400。

A相定子单元200具有将外磁轭220、绕线管230以及内磁轭240沿轴向连接的构造。外磁轭220是作为形成磁路的磁轭发挥功能的部分，由电磁软铁或轧制钢板等磁性材料构成。外磁轭220为大致杯状，形成中央部开口的形状，具备从开口部的边缘部沿轴向延伸，且沿周向空开间隔地配置多个的大致三角形形状的极齿223。

在绕线管230卷绕有线圈231(仅在图3中示出)。绕线管230是树脂制的，使用注射模塑成形法而形成。在绕线管230的轴向的两端，形成有防止线圈231的卷散的凸缘部233、234。在一方的凸缘部234形成有端子台235。端子台235是从凸缘部234沿轴向和径向突出的矩形形状的块体，与凸缘部234一体成形。在端子台235，通过压入、嵌入成形等方法埋设有多个(在本实施方式中为两个)金属制的端子销236。

由以上的结构构成的绕线管230配置为被外磁轭220和内磁轭240夹持，构成A相定子单元200。另外，B相定子单元300的绕线管330也同样，配置为被外磁轭320和内磁轭340夹持，构成B相定子单元300。

内磁轭240是作为形成磁路的磁轭发挥功能的部分，由电磁软铁或轧制钢板等磁性材料构成。内磁轭240具备板状的圆环部241、和从圆环部241的内周侧的边缘沿轴向延伸，且沿周向空开间隔地配置多个的大致三角形形状的极齿243。内磁轭240的极齿243与外磁轭220的极齿223以在周向上交替啮合的方式组合。

使与A相定子单元200的内磁轭240相同的部件在轴向上翻转而成的部件是B相定子单元300的内磁轭340。通过使内磁轭240和内磁轭340以相同的面相对且接触，来进行A相定子单元200与B相定子单元300的连接。

外磁轭220的与绕线管230对置的一侧的相反的一侧的面与前板210连接。在前板210安装有轴承(第一轴承)250。

B相定子单元300是与A相定子单元200大致相同的构造，将与A相定子单元200大致相同构造的定子单元以在轴向上翻转的状态使用。B相定子单元300具有将外磁轭320、绕线管330、内磁轭340沿轴向组合的构造。这里，外磁轭320是与外磁轭220相同构造的部件，具备大致三角形形状的极齿323。内磁轭340是与内磁轭240相同构造的部件，具备大致三角形形状的极齿343。绕线管330是与绕线管230相同构造的部件。外磁轭320与端板310连接。在端板310安装有轴承(第二轴承)260。

2.转子及其支承构造的详细内容

轴401以沿轴向贯通的状态固定于转子400的轴中心，轴401的从转子400向图3中左侧突出的端部经由轴承250旋转自如地支承于前板210，轴401的从转子400向右侧突出的端部经由轴承260旋转自如地支承于端板310。

A相定子单元200的轴承250例如由铜系烧结含油轴承构成，如图3所示，形成为具有大径部251和小径部252的两级构造，将小径部252嵌合固定于前板210的开口。

另一方面，B相定子单元300的轴承260由磁性体(例如，铁-铜系烧结含油轴承或铁系烧结含油轴承)形成，是具有大径部261和小径部262的两级构造，将小径部262嵌合固定于端板310的开口。而且，轴承260的导磁率被设定为比轴承250的导磁率高。

在转子400的朝向轴承250侧的端面安装有树脂制垫圈402。另外，在转子400的朝向轴承260侧的端面安装有树脂制垫圈403。轴承260的大径部261的外径D_B和转子400的外径D_R的关系被设定为D_B≤D_R。

转子400由具有大致圆柱状的构造的铁氧体磁铁、稀土类磁铁等永久磁铁构成，该永久磁铁具有在磁极沿周向交替地翻转为NSNS的状态下被磁化的磁极M。

这里，为了使轴承260作为磁吸引力产生部件发挥功能，需要使转子400的磁力(磁通)作用于轴承260。因此，与转子400的端面对置的轴承260的大径部261的外径D_B设定为相对于转子400的外径D_R成为D_R＜D_B的关系。另外，为了防止大径部261与定子300的干扰，大径部261的外径D_B设定为相对于定子200的内径D_SI成为D_B＜D_SI的关系。

轴承260的大径部261的外径D_B被设定为D_R＜D_B的关系，因此除了从转子400的端面泄漏的磁力(磁通)之外，形成于转子400的外周面的磁极(N极和S极)处的磁力(磁通)的一部分也跨过转子400的端面而对轴承260产生影响，由此作为磁吸引力产生部件来发挥作用。因此，转子400被吸引到轴承260侧，转子400的端面与树脂制垫圈403抵接。

若对卷绕于绕线管230、330的线圈231、331施加励磁电流，则被定子500励磁的磁通、和作为永久磁铁的转子400的磁通相互作用，由此转子400进行旋转。由于定子500的励磁方式的组合，在仅对A相定子单元200励磁时(单相励磁)，转子400和定子500的磁中心偏移而产生使转子400欲向轴承250侧移动的力，但通过由磁性体形成的轴承260产生的磁吸引力来抑制转子400的轴向的移动。因此，能够减小在使步进马达100旋转驱动时产生的冲击声。

此外，作用于由磁性体形成的轴承260与转子400之间的磁吸引力设定为比作用于转子400的轴向(轴承250的方向)的磁力大，因此能够阻止转子400的轴向的移动。这样的设定例如能够通过调整配设在轴承260与转子400之间的树脂制垫圈403的厚度尺寸(轴向的尺寸)、或者调整轴承260的导磁率而获得。

特别是，在上述实施方式中，轴承260具备小径部262和大径部261，小径部262固定于端板310，大径部261面对转子400的端面，因此能够使轴承260小型化而降低材料成本，并且能够利用小径部262和大径部261的阶梯部安装于端板310。

在上述实施方式中，由于在转子400与轴承260之间设置有树脂制垫圈403，因此能够防止转子400与轴承260的金属接触而防止异响的产生。

3.变更例

本发明并不限定于上述实施方式那样的爪极型的两相步进马达，也能够应用于其他的多相PM型步进马达。

本发明能够用于步进马达的技术领域。

Claims (5)

1.一种步进马达，其中，具备：

转子，由永久磁铁构成；

定子，具有在所述转子的外周侧沿轴向延伸的多个极齿；

第一轴承，旋转自如地支承所述转子的轴向一端部；以及

第二轴承，旋转自如地支承所述转子的轴向另一端部，

所述第二轴承的导磁率比所述第一轴承的导磁率高，

所述转子在外周面沿着所述转子的周向具有多个磁极，

所述转子的外径D_R、所述第二轴承的面对所述转子的部分的外径D_B、以及所述定子的内径D_SI被设定为下述式1的关系，

D_R＜D_B＜D_SI…(式1)。

2.根据权利要求1所述的步进马达，其中，

仅在所述转子的外周面具有磁极。

3.根据权利要求1所述的步进马达，其中，

所述第二轴承具备小径部和大径部，所述小径部固定于盖部件，所述大径部面对所述转子的端面。

4.根据权利要求2所述的步进马达，其中，

所述第二轴承具备小径部和大径部，所述小径部固定于盖部件，所述大径部面对所述转子的端面。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的步进马达，其中，

在所述转子与所述第二轴承之间设置树脂制垫圈。

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