CN1135678C - 步进电动机 - Google Patents

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Abstract

一种步进电动机，通过抑制半径方向的振动激励力所引起的定子的振动而可靠、有效地降低噪音或振动。具有分别配设在定子101轴向两端部、且具有内嵌于该定子101端部内周面上的第一嵌合部102的一对内嵌部件103a、103b，通过第一嵌合部102和分别设置在一对托架106a、106b上、且外嵌于定子101轴向端部外周面上的第二嵌合部117从径向夹持住定子101，托架106a、106b相对于内嵌部件103a、103b的径向位置关系不受约束。

Description

步进电动机
本发明涉及一种步进电动机，特别是关于喷墨打印机或扫描仪等所使用的混合型步进电动机。
现有的这种混合型步进电动机已是公知技术，例如图7所示的例子。
这种步进电动机具有三相六极定子6；分别外嵌在该定子6轴向两端部上的一对托架7a、7b；插入定子6内周一侧、通过轴承8a、8b可转动地支承在该托架7a、7b上的转子9。
转子9由旋转轴10、固定在该旋转轴10上的圆盘状永久磁铁11及固定在该永久磁铁11的轴向两端部上的齿轮状转子铁芯12a、12b构成。
转子铁芯12a相对于转子铁芯12b在圆周方向上错开半个节距，因而，转子铁芯12b的齿顶(图中未示出)位于转子铁芯12a彼此相邻的齿顶(图中未示出)之间。另外图中的符号15是用于把托架7a、7b固定在定子6上的螺栓。
但是，众所周知，上述的混合型步进电动机是一种噪音大、易振动的电动机，实际情况是在这种电动机中还没有涉及到有效地降低这种噪音或振动的技术。
因此，本发者等通过分析这种混合型步进电动机振动或噪音的原因，结果发现，在标准的空气隙为50μm的混合型步进电动机中，对于发生扭矩为1来说，定子6与转子9之间的半径方向上的引力或斥力(振动激励力)超过了10，轴向的力(定子钢板之间的磁性斥力)为0.1的程度，通过抑制该半径方向的振动激励力所引起的定子径向的振动，显然可以有效地降低噪音和振动。
鉴于此，本发明的目的是提供一种通过抑制定子与转子之间的半径方向上的振动激励力所引起的定子径向的振动，可有效且可靠地降低噪音与振动的步进电动机。
为了达到上述目的，技术方案1的步进电动机包括：定子，该定子具有把支柱与小齿部组成的数个磁极按照规定间隔沿圆周方向设置在内周部上的定子铁芯以及卷绕在上述磁极上的线圈；
插入该定子的内周侧，并通过轴承可转动地支撑着的转子；
分别嵌合在上述定子轴向两端部上的一对托架，其特征是，
具备一对内嵌部件，该一对内嵌部件具有分别配设在上述定子轴向两端部上、且内嵌于该定子端部内周面上的第一嵌合部，通过该内嵌部件的上述第一嵌合部和分别设置在上述一对托架上、且外嵌于上述定子轴向端部外周面上的第二嵌合部从径向夹持住上述定子，并且，上述内嵌部件与上述托架单独地形成，使该托架相对于上述内嵌部件的径向位置关系不受约束。
根据这种结构，可从定子的内径一侧及外径一侧的两个方向抑制轴向力的100倍程度的径向振动激励力所引起的定子沿径向的振动，因而，可有效地降低噪音与振动。
此外，托架相对于定子外径的定位以及内嵌部件相对于定子内径的定位可分别独立地进行，因而，定子与内嵌部件或定子与托架的各个夹持可在高精度下进行，能可靠地从内周面与外周面两方进行定子的径向夹持。
技术方案2的步进电动机的特征是：在技术方案1中，上述托架与上述内嵌部件的轴向接触面上设置有降低两者之间摩擦的摩擦降低机构。
根据这种结构，在组装托架时，托架可相对于内嵌部件滑动，因此，可避免内嵌部件对托架的约束，托架的组装易于进行，可保持定子从内侧与外侧夹持定位的独立性。
技术方案3的步进电动机的特征是：在技术方案1或2中，上述托架与上述内嵌部件的轴向接触面之间装有振动吸收部件。
根据这种结构，内嵌部件一侧的振动与托架一侧的振动不会相互干涉，可有效地降低噪音或振动。
技术方案4的步进电动机的特征是：在技术方案1～3中任一项中，在上述定子磁极的支柱径向延长线上，上述托架对由螺栓固定在该定子上。
根据这种结构，在固定螺栓的固定安装位置可抑制从支柱传递的径向振动，因而，可进一步提高噪音、振动的降低效果。
技术方案5的步进电动机的特征是：在技术方案1～4中任一项中，上述轴承安装在上述内嵌部件上。
根据这种结构，与轴承由托架保持的情况相比较，可以提高定子的内径与转子的同轴度，因而，可使转子与定子之间的空气隙均匀化。
技术方案6的步进电动机的特征是：在技术方案1～5中任一项中，在上述托架对上设置有用于加强上述第二嵌合部的肋。
根据这种结构，可增加托架的第二嵌合部的刚性，能可靠地由该第二嵌合部与内嵌部件的第一嵌合部从径向夹持住定子。
图1是用于说明本发明实施例一例的混合型步进电动机的说明立体图。
图2是这种混合型步进电动机的剖视图。
图3是表示从轴向观察定子铁芯时的俯视图。
图4是表示从轴向观察定子铁芯变形例时的俯视图。
图5是表示托架变形例的俯视图。
图6是表示托架另一变形例的俯视图。
图7是现有的混合型步进电动机的剖视图。
以下，参照附图说明本发明的实施例。
图1是用于说明本发明实施例一例的混合型步进电动机的说明立体图，图2是这种混合型步进电动机的剖视图，图3是表示从轴向观察定子铁芯时的俯视图，图4是表示从轴向观察定子铁芯变形例时的俯视图，图5及图6是表示托架变形例的俯视图。
参照图1～图3，该混合型步进电动机100具有三相六极定子101；分别配设在该定子101轴向两端部上的一对内嵌部件103a、103b；插入该定子101内周一侧、通过轴承104a、104b可转动地支承在该内嵌部件103a、103b上的转子105；分别嵌合在该定子101轴向两端部上的一对托架106a、106b。
定子101具有断面大致为正方形的定子铁芯107，在定子铁芯107的内周部沿圆周方向等间隔地设有由支柱108和小齿部109构成的6个磁极A1、B1、C1、A2、B2、C2。小齿部109由数个小齿109a构成，小齿部109中圆周方向的中央部上配置有支柱108，该支柱108上卷绕着线圈110。
另外，在定子铁芯107外周部四角的角部上分别形成有圆弧状倒角部107a，在该倒角部107a的附近形成有沿着定子101的轴向延伸的螺栓插孔107b。
内嵌部件103a、103b由圆筒状部件构成，该圆筒状部件具有比定子101内径稍大的大径部111和与定子101内径大致相同的小径部(第一嵌合部)102，在小径部102内嵌于定子101端部内周面的状态下，分别同心地配置在该定子101的轴向两端部上。
此外，在内嵌部件103a、103b的内周部，分别通过压入等嵌入可转动地支承转子105的旋转轴112的轴承104a、104b。
转子105由旋转轴112、固定在该旋转轴112上的圆盘状永久磁铁113及固定在该永久磁铁113的轴向两端部上的齿轮状转子铁芯114a、114b构成，永久磁铁113及转子铁芯114a、114b位于内嵌部件103a、103b之间，通过50～100μm程度的很小的空气隙配设在定子101的内周一侧。
转子铁芯114a相对转子铁芯114b在圆周方向上错开半个节距，因而，转子铁芯114b的齿顶(图中未示出)位于转子铁芯114a彼此相邻的齿顶(图中未示出)之间。
托架106a、106b做成外形与定子101大致相同的有底四方筒状，在底壁的中心部上形成转子105的旋转轴112的插孔115。另外，在托架106a、106b的外周部四角的角部上分别形成与定子101的倒角部107a对应的倒角部116a。
在托架106a、106b的倒角部116a上，沿定子101的轴向延伸设置有外嵌到该定子101的倒角部107a上的嵌合凸起(第二嵌合部)117，借助于该嵌合凸起117与上述内嵌部件103a、103b的小径部102，可沿径向夹持住定子101。
此外，在托架106a底壁的四角上形成与定子铁芯107的螺栓插孔107b同心的螺纹孔118，在托架106b底壁的四角上形成与螺栓插孔107b同心的螺纹孔119，通过把插入螺栓插孔119及107b的固定螺栓120拧入螺纹孔118中，可把托架106a、106b固定在定子101上。
在这种固定状态下，内嵌部件103a、103b的大径部111中定子101一侧的端面与定子101的端面接触，同时，内嵌部件103a、103b中远离定子101一侧的端面的周缘部与托架106a、106b的底壁接触，在内嵌部件103a、103b与托架106a、106b的接触面上覆盖有含氟树脂涂层(降低摩擦机构)121等，以降低两者间的摩擦。
从上述说明可以看出，在该实施例中，借助于托架106a、106b的嵌合凸起117和内嵌部件103a、103b的小径部102，可沿径向夹持住定子101，因而，可从定子101的内径侧及外径侧的两个方向抑制轴向力的100倍程度的径向振动激励力所引起的定子101沿径向的振动。结果，可有效地降低噪音与振动。
使用本实施例的步进电动机与图7所示的现有结构的步进电动机，以1020rpm的转速让步进电动机旋转，在离开步进电动机10cm的位置测定由步进电动机发出的噪音，其结果在下述表1中示出。根据表1，通过采用本实施例的结构，不论步进电动机是单体，还是把步进电动机作为打印机送纸用电动机实际安装时，均可大幅度地降低噪音。
表1
  以往型dB(A)  新结构型例1dB(A)   新结构型例2dB(A)
  步进电动机单体     43.5     39.6      39.6
  把步进电动机作为打印机送纸用电动机实际安装的场合     59.7     56.3      56.0
另外，由于托架106a、106b与内嵌部件103a、103b单独形成，托架106a、106b相对于内嵌部件103a、103b的径向位置关系没有受到约束。因此，托架106a、106b相对于定子101外径的定位以及内嵌部件103a、103b相对于定子101内径的定位可分别独立地进行，结果，定子101与内嵌部件103a、103b或定子101与托架106a、106b的各个夹持可在高精度下进行，定子101的径向夹持能可靠地从内周面与外周面两方进行。
再者，由于在内嵌部件103a、103b与托架106a、106b的接触面上覆盖有含氟树脂涂层121等，以降低两者间的摩擦。因而在组装托架106a、106b时，托架106a、106b可相对于内嵌部件103a、103b滑动，结果，可避免内嵌部件103a、103b对托架106a、106b产生约束。托架106a、106b的组装易于进行，可保持定子101从内侧与外侧夹持定位的独立性。
还有，由于支承转子105的旋转轴112的轴承104a、104b由嵌合在定子101内径上的内嵌部件103a、103b直接保持着，所以与轴承104a、104b由托架106a、106b保持的情况相比较，可以提高定子101的内径与转子105的旋转轴112的同轴度，结果，可使转子105与定子101之间的空气隙均匀化。
此外，在上述实施例中，作为降低内嵌部件103a、103b与托架106a、106b接触面摩擦的结构，虽然采用了含氟树脂涂层121，但并不仅限于此，对于表面进行加工、减小该接触面的接触面积，也可以降低摩擦。
也可以在内嵌部件103a、103b与托架106a、106b的接触面之间设置弹性部件或低回弹性橡胶等振动吸收部件(图中未示)以取代降低摩擦机构或两者同时设置。
这样，内嵌部件103a、103b一侧的振动与托架106a、106b一侧的振动不会相互干涉，可有效地降低噪音或振动，而且，振动吸收部件的弹性还具有防止固定螺栓120松弛的功能。
在上述实施例中，采用了备有三相六极定子101的混合型步进电动机，但是，但显然采用图4所示的备有三相八极定子的混合型步进电动机取而代之，也同样也适用于本发明。而且，不论相数、极数如何，混合型步进电动机一般都适用于本发明。
图4所示定子的定子铁芯200由于固定螺栓120的螺栓插孔107b全部都配设在磁极B1、B2、B3、B4的支柱108的径向延长线上而在固定螺栓120的固定安装位置可抑制从支柱108传递的径向振动，结果，可更进一步提高降低噪音、振动的效果。
此外，如图5所示，托架106a、106b四角的嵌合凸起117由肋201对角线状地连接在一起；或者如图6所示，托架106a、106b四角的嵌合凸起117由肋202对角线状地连接在一起，同时，四角的嵌合凸起117还由肋203沿圆周方向连接在一起，由此，可增加各嵌合凸起117的刚性，能可靠地由托架106a、106b的嵌合凸起117与内嵌部件103a、103b的小径部102从径向夹持住定子101。
从上文的说明可知，根据本发明，可以提供一种步进电动机，通过抑制定子与转子之间半径方向的振动激励力所引起的定子径向的振动，可切实、有效地降低噪音或振动。

Claims (7)

1.一种步进电动机，包括：
定子，该定子具有把支柱与小齿部组成的数个磁极按照规定间隔沿圆周方向设置在内周部上的定子铁芯以及卷绕在上述磁极上的线圈；
插入该定子的内周侧，并通过轴承可转动地支承着的转子；
分别嵌合在上述定子轴向两端部上的一对托架，其特征是，
具备一对内嵌部件，该一对内嵌部件具有分别配设在上述定子轴向两端部上、且内嵌于该定子端部内周面上的第一嵌合部，通过该内嵌部件的上述第一嵌合部和分别设置在上述一对托架上、且外嵌于上述定子轴向端部外周面上的第二嵌合部从径向夹持住上述定子，并且，上述内嵌部件与上述托架单独地形成，使该托架相对于上述内嵌部件的径向位置关系不受约束。
2.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征是，上述托架与上述内嵌部件的轴向接触面上设置有降低两者之间摩擦的摩擦降低机构。
3.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征是，上述托架与上述内嵌部件的轴向接触面之间装有振动吸收部件。
4.根据权利要求2所述的步进电动机，其特征是，上述托架与上述内嵌部件的轴向接触面之间装有振动吸收部件。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的步进电动机，其特征是，在上述定子磁极的支柱径向延长线上，上述托架对由螺栓固定在该定子上。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的步进电动机，其特征是，上述轴承安装在上述内嵌部件上。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的步进电动机，其特征是，在上述托架对上设置有用于加强上述第二嵌合部的肋。
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