CN1345113A - 步进电机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种步进电机,包括:由N极和S极周向交替磁化的永久磁铁构成的转子,具有相对该转子外周配置的极齿(11)、(12)、(13)、(14)的定子芯(4a)、(4b)、(4c)、(4d),以及通过树脂成形与该定子芯(4a)、(4b)、(4c)、(4d)一体化并卷绕有线圈的线卷骨架(3);在线卷骨架(3)上设有从其外壁(3a)通向极齿(11)、(12)、(13)、(14)外周面的孔(30)。利用孔(30)在树脂成形时使金属模与极齿(11)、(12)、(13)、(14)的外周面抵接,从而可防止极齿(11)、(12)、(13)、(14)向半径方向外侧倾倒,确保线卷骨架(3)的刚性,不会产生短路。

Description

步进电机及其制造方法

技术领域

本发明涉及在制造时不会发生定子芯的极齿倾倒的步进电机及其制造方法。

背景技术

迄今为至，有关将N极和S极沿周向交替磁化的圆筒形的永久磁铁作为转子、在该转子的外周面配置用树脂一体固定具有极齿的定子芯的线卷骨架上卷绕线圈的步进电机已有多种提案。这种结构的步进电机在将定子芯与线卷骨架一体地树脂成形时，存在着因极齿的树脂成形压引起向外侧弯曲的问题。一旦极齿向外侧弯曲，则极齿与转子的间隙过于增大，会对电机特性造成重大影响。因此，以往对调节上述的成形压必须慎重，以不使极齿向外侧弯曲，这是造成制造成本上升的原因之一。

日本专利特开平6-165467号公报记载的步进电机具有防止上述极齿向外侧弯曲的结构，这种步进电机为双相式，如图5所示，以分别具有极齿的2个定子芯41a、41b为1组的芯组重叠成2相(41c、41d表示构成另1个芯组的各定子芯)。并构成在各芯组中仅对极齿间分别用合成树脂81一体成形，极齿的半径方向外侧部分周围不插入合成树脂81。因此，合成树脂81的成形压不会对极齿产生半径方向的影响，不会向外侧弯曲。并且，这种结构的步进电机是将包有绝缘覆膜的线圈(未图示)直接卷绕在上述极齿的外周面上。

然而，如上所述，在日本专利特开平6-165467号公报记载的步进电机中，构成为仅在极齿间充填合成树脂81进行加固的状态下与各组的定子芯41a、41b、41c、41d一体连接的结构。因此，存在对各定子芯41a、41b、41c、41d一体保持的保持力即成形后的线卷骨架刚性小的问题。又，如上所述，由于线圈是在直接与极齿外周面接触的状态下卷绕线圈的，虽为绝缘，但该绝缘性有问题。即，线圈形成有绝缘覆膜，但线圈的表面在卷绕时处理过程中往往会产生损伤，故还存在着线圈的通电部(铜线部)露出的危险性。而一旦该露出的线圈的通电部与极齿接触，即产生短路等问题。为解决这一问题，若使极齿侧形成绝缘覆膜，则要增加制造工序，造成制造成本上升。

本发明内容

为实现上述目的，本发明的步进电机的特征在于，包括：由N极和S极沿周向交替磁化的永久磁铁构成的转子、具有相对该转子外周配置的极齿的定子芯以及通过树脂成形与该定子芯一体并卷绕有线圈的线卷骨架，在线卷骨架上设有从其外壁通向极齿外周面的孔。

由此，在树脂成形时，利用从线卷骨架的外壁通向极齿外周面的孔，可防止定子芯的极齿向半径方向外侧倾倒。即，在树脂成形时，在成型用的金属模中设有配置在上述孔的内侧的凸部，使该金属模的凸部前端与极齿外周面抵接并充填树脂，由此可防止定子芯向半径方向外侧倾倒。又，线卷骨架虽然在极齿上设有通孔，但该孔不会使刚性下降。并且，线圈不直接与极齿外周面接触，而采用卷绕在由树脂形成的线卷骨架外周面上的结构，故即使线圈的绝缘覆膜被剥落，也不用担心会与极齿接触而短路。

本发明的又一特征在于，在上述的步进电机中，孔的周向宽度小于与极齿孔对应位置的周向宽度。因此，可进一步提高线卷骨架的刚性，并可防止卷绕在线卷骨架上的线圈松弛时存在的与配置在孔内的极齿接触的危险。

本发明的又一特征在于，在上述的步进电机中，孔设有多个，所有孔的各自周向一侧的内壁相对于包括步进电机中心部在内的预定假想面呈垂直状。因此，可将该步进电机的线卷骨架树脂成形的金属模以上述预定的假想面为界限沿垂直方向对半分割，由此可简化金属模结构，降低制造成本。

本发明的又一特征在于，在上述的步进电机中，该步进电机的外径为φ20mm以下。通常，即使在可称为小型的外径为φ20mm以下的步进电机中，外径为φ20mm以下的极小的步进电机因定子芯的板厚非常薄，故容易发生由树脂成形时的成形压引起的极齿倾倒。又由于线圈的卷绕空间小，线圈卷绕数比大型步进电机少，因此，会因极齿倾倒大大影响特性，但在本发明中，因不会发生极齿的倾倒，故无此类问题。

又，本发明的步进电机的制造方法是一种步进电机的制造方法，该步进电机包括由N极和S极沿周向交替磁化的永久磁铁构成的转子、具有相对该定子外周配置的极齿的定子芯以及通过树脂成形与该定子芯一体并卷绕有线圈的线卷骨架，其特征在于，在极齿的内周侧配置圆柱状的芯构件，在极齿的外周侧至少配置2个以上的、具有向芯构件伸出的凸部的外侧金属模，使凸部与极齿的外周面抵接，以防止极齿向外侧倾倒，同时将树脂充填在芯构件与外侧金属模之间形成的间隙内，由此使该树脂与定子芯一体化而形成线卷骨架。

因此，在树脂成形时，通过使外侧金属模的凸部与定子芯的极齿外周面抵接并充填树脂，可防止因成形压引起的极齿向半径方向外侧倾倒。在如此成形的线卷骨架上，虽然由于上述凸部的起模形成了从外周面通向极齿外周面的孔，但该孔不会降低刚性。并采用了线圈不直接与极齿外周面接触卷绕在由树脂形成的线卷骨架外周面上的结构，故即使线圈的绝缘覆膜剥落，也不用担心会与极齿接触而短路。

本发明的又一特征在于，在上述的步进电机的制造方法中，凸部的宽度小于与极齿的凸部抵接部位的周向宽度。因此，由凸部形成的孔的周向宽度变窄，可进一步提高用树脂成形将定子芯一体化的线卷骨架的刚性，并可防止卷绕在线卷骨架上的线圈松弛时存在的与配置在孔内的极齿接触的危险。

综上所述，本发明是在线卷骨架上设置从其外壁通向极齿外周面的孔。因此，在树脂成形时，利用上述的孔可防止线卷骨架向极齿的半径方向外侧倾倒，同时可确保某种程度的线卷骨架刚性。并且，由于不采用线圈与极齿外周面直接接触的结构，而是卷绕在由树脂形成的线卷骨架的外周面上，因此，即使线圈的绝缘覆膜剥落，也不用担心会与极齿接触而短路。

又，本发明步进电机的制造方法是在极齿的内周侧配置圆柱状的芯构件，在极齿的外周侧上至少配置2个以上的具有向芯构件伸出的凸部的外侧金属模，通过将树脂充填在芯构件与外侧金属模之间形成的间隙内，使该树脂与定子芯一体化而形成线卷骨架，并使凸部与极齿外周面抵接，以防止极齿向外侧倾倒。在线卷骨架上形成有从其外壁通向极齿外周面的孔。

因此，在树脂成形时，利用外侧金属模的凸部，可防止因树脂成形压引起的极齿向半径方向外侧的倾倒。在起模后，虽然在凸部所在的部分形成了孔，但该孔不会降低刚性，并且，采用卷绕在由树脂形成的线卷骨架外周面上的结构，线圈不直接与极齿外周面接触，故即使线圈的绝缘覆膜剥落，也不用担心会与极齿接触而短路。

附图简单说明

图1为本发明实施形态的步进电机在省略线圈状态下的定子整体结构示图、是以其局部剖面表示的俯视图。

图2为图1的II-II剖面图。

图3为图1的III-III剖面图。

图4为本发明实施形态的步进电机的制造方法的示图、表示将金属模配置在外周面侧状态的剖面图。

图5为传统的步进电机主要部分的定子的外观图、以其剖开状态表示其局部的立体图。

具体实施方式

下面，参照图纸说明本发明实施形态的步进电机及其制造方法。图1为本发明实施形态的步进电机整体俯视图、是以其局部剖面表示的剖视图。图2为图1的II-II剖面图。图3为图1的III-III剖面图。图4为说明本发明实施形态的步进电机的制造方法的图、是模式表示将金属模配置成与定子芯的极齿外周面抵接状态的剖面图。

如图1所示，本发明实施形态的步进电机由N极和S极周向交替磁化的永久磁铁构成的转子(未图示)和相对该转子外周配置的定子构成。本实施形态的步进电机采用了外径为φ20mm(除端子部的凸出部位以外)以下的称之为超小型的结构。

定子1为双相式，具有以分别设有与转子对向配置的极齿11、12的2个定子芯4a、4b为1组的芯组4-1和以分别设有与转子对向配置的极齿13、14的2个定子芯4c、4d为1组的芯组4-2，将这2个芯组4-1、4-2沿轴向双相重合。将该4个定子芯4a、4b、4c、4d与用树脂构成的线卷骨架3一体插入成形。

定子芯4a通过将大致圆板状的磁性金属材料的中心侧切开并弯曲成所定形状，分别将4个极齿11直立配置在大致圆周上，并具有将这些极齿11的根基部分作为最内周的凸缘4a-1。其它定子芯4b、4c、4d的结构也同样。芯组4-1的结构是将定子芯4a的极齿11和定子芯4b的极齿12沿周向交替配置。芯组4-2的结构是将定子芯4c的极齿13和定子芯4d的极齿14沿周向交替配置。

如上所述，线卷骨架3是在覆盖周向交替配置的芯组4-1的极齿11、12和芯组4-2的极齿13、14的外周面的同时，将树脂充填在各极齿间进行加固而形成。即，在其内周部分形成围绕转子2的周围的孔部21，在该孔部21的内周面上露出上述极齿11、12、13、14的金属表面。

在上述各芯组4-1、4-2的各凸缘4a-1、4b-1轴向的对向面侧和各凸缘4c-1、4d-1轴向的对向面侧也分别插入有树脂。通过插入树脂，使2个剖面为コ字形的空间沿轴向重合配置。使该剖面为コ字形的空间成为卷绕线圈(未图示)用的卷绕空间19、20。

并且，在配置于各卷绕空间19、20内侧的外壁3a外周面上卷绕线圈。本发明由于是在由上述的树脂构成的线卷骨架3的外壁3a上卷绕线圈的，因此，即使线圈表面的绝缘覆膜剥落引起导线部分露出，该露出部分也不会与极齿接触，不用担心短路等。分别卷绕在卷绕空间19、20上的线圈的开始卷绕部分和卷绕结束部分被分别捆扎在立设于端子部23的4个端子销23a(图1只表示1个)上。在线卷骨架3上设有从上述外壁3a通向极齿11、12、13、14外周面的多个孔30。

又，在线卷骨架3的孔部21的边缘形成有向图1中的左侧延伸的未图示的插入框架内的立设圆筒部22。并且，在线卷骨架3轴向的大致中间部分即上述的2个卷绕空间19、20间的部分设有连接邻接的定子芯4b、4c的2个凸缘4b-1、4c-1的连接部3b。在该连接部3b上向半径方向外侧凸出状一体形成有立设有4个端子销23a的端子部23。在线卷骨架3上一体形成有向图1中的右侧延伸的盖帽部25。上述孔部21成为从该盖帽部15沿轴向直线状延伸至立设圆筒部22的圆筒状的孔。

再进一步说明在线卷骨架3的外壁3a上形成的多个孔30。

各孔30从线卷骨架3的外壁3a通向各极齿11、12、13、14的外周面。即、各孔30分别沿周向等间距地配置在各卷绕空间19、20轴向上的中间部分。并且，各孔周向的宽度小于与各极齿11、12、13、14的孔30对应位置上的周向宽度，并从外壁3a的表面向极齿11、12、13、14的里面逐渐变狭。因此，即使卷绕在外壁3a上的线圈松弛，也很少有该松弛的部分进入孔30中直接与极齿接触的危险性。通过减小这些孔30的宽度使其体积减小，可防止因存在孔30而降低刚性，确保一定程度的刚性。

虽然在本实施形态中如此设定了各孔30的周向宽度，但对这一宽度不作限定。即，孔30的宽度也可大于各极齿11、12、13、14的与其孔30对应位置上的周向宽度。并将里侧的宽度设定为小于各极齿11、12、13、14的与其孔30对应位置上的周向宽度，也可将进口侧(外壁3a的表面侧)的宽度设定为大于各极齿11、12、13、14的与其孔30对应位置上的周向宽度。

如图2和图3所示，各孔30分别具有不同的形状，具体地讲，所有孔30的周向一侧的内壁30a形成如图2和图3所示的、相对于包括该步进电机中心部在内的所定的假想面L呈垂直的状态。

下面结合图4对上述结构的步进电机制造方法的代表性工序、具体地讲是对极齿11、12、13、14用插入成形方式与线卷骨架一体形成时的制造方法作出说明。图4为只表示本发明主要部分的模式图，在实际制造时，在盖帽部25的外侧部分也配置后述的外侧金属模36的一部分。

首先，将极齿11、12、13、14保持在所定的夹具(未图示)上，再在各定子芯4a、4b、4c、4d的各极齿11、12、13、14的内周侧配置圆筒状的芯构件35，并使各极齿11、12、13、14的内周面与该芯构件35的外周面抵接。

其次，在各极齿11、12、13、14的外周侧配置具有面向芯构件35伸出的多个凸部36a的外侧金属模36。各凸部36a的前端部分与各极齿11、12、13、14的外周面抵接。凸部36a的周向宽度小于各极齿11、12、13、14抵接部位上的周向宽度。这是为了确保上述一定程度的刚性并防止松弛的线圈进入而将由该凸部36a形成的孔30的宽度缩小的缘故。

并且，通过凸部36a与极齿11、12、13、14抵接在外侧金属模36的与各极齿11、12、13、14侧对向的面36b与各极齿11、12、13、14之间形成间隙S。在无极齿11、12、13、14的部分，在面36b与芯构件35之间仍然形成有间隙(未图示)。另外，在外侧金属模36与各凸缘4a-1、4b-1、4c-1、4d-1之间也形成有所定的间隙S1。这些间隙成为一连串的间隙。

此时是一种构成线卷骨架3的树脂充填前的状态，是已将各定子芯4a、4b、4c、4d配置在上述成品的步进电机的各自所定位置上的状态。在此状态下，将树脂充填在芯构件35与外侧金属模36间形成的间隙S、S1中而成形。此时，树脂的成形压在向各极齿11、12、13、14半径方向外侧倾倒的方向起作用。

如上所述，由于各极齿11、12、13、14的外周面与外侧金属模36的凸部36a抵接，因此，无论树脂的成形压有多大，也不会使各极齿11、12、13、14倾倒。这是因为凸部36a起着防止极齿倾倒的作用。采用本实施形态的制造方法，就不再需要那么严密的设定树脂成形压，可降低制造成本。

并且，在将充填的树脂固定后，进行外侧金属模36的起模。外侧金属模36由2个构件构成，其分割位置成为上述的假想面L(参照图2和图3中的箭头X方向)。构成外侧销模36的各构件在树脂充填后起模时以假想面L为基准并沿与该假想面L垂直分开方向移动(参照图2和图3中箭头X所示方向)。并且，若进行这种起模，就会形成如上所述的一体组装有定子芯4a、4b、4c、4d的线卷骨架3。

上述充填的树脂不仅在上述的间隙S、S1内、而且也插入在邻接的各极齿间的周围。由此可通过树脂来加固各极齿间。由各极齿形成的圆周的外周侧也在周围插有树脂的状态下得到加固。该部分的外周面部分成为上述线卷骨架3的外壁3a。并且，在起模后上述各凸部36a所在的部分成为从线卷骨架3的外壁3a通向各极齿11、12、13、14外周面的孔30。

上述实施形态是本发明较佳的实施形态例，但不作限定，在不脱离本发明宗旨的范围内可作各种变形实施。例如，上述实施形态是将各孔30一侧的内壁30a相对假想面L(参照图2和图3)形成垂直状，只将外侧金属模36分割为2个方向来进行起模的，但也可将各孔30的两个内壁相对孔的中心线形成平行状，并使其中心线形成为朝向步进电机的中心部。

在此场合，需要有与孔30相同数量的金属模，并且，起模方向被分割为放射状。由此，制造成本就会高于将金属模分割为二的上述实施形态，但可防止极齿11、12、13、14的倾倒，并可获得确保线卷骨架3具有一定程度以上刚性的本发明效果。

又，上述实施形态的步进电机是一种外径为φ20mm以下的超小型电机。这是因为在采用超小型电机时，一旦采用传统的制造方法及其结构，常常会因树脂的成形压引起极齿11、12、13、14的倾倒，但采用本发明的超小型电机时，则可大大提高防止这种危险的效果。极齿的倾倒虽然在采用超小型电机时并不是什么大问题，例如即使在约φ50mm大小的电机中也有可能产生。因此，本发明不限定于上述尺寸，也可用于大规格的电机。

Claims (6)

1、一种步进电机，其特征在于，包括：由N极和S极沿周向交替磁化的永久磁铁构成的转子、具有相对该转子外周配置的极齿的定子芯以及通过树脂成形与该定子芯一体化并卷绕有线圈的线卷骨架，在所述线卷骨架上设有从其外壁通向极齿外周面的孔。

2、如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述孔的周向宽度小于与所述极齿的所述孔对应位置的周向宽度。

3、如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述孔设有多个，所有孔的各自周向一侧的内壁相对于包括该步进电机中心部在内的假想面呈垂直状。

4、如权利要求1所述的步进电机，其特征在于所述步进电机的外径为φ20mm以下。

5、一种步进电机的制造方法，所述步进电机包括有由N极和S极周向交替磁化的永久磁铁构成的转子、具有相对该定子外周配置的极齿的定子芯以及通过树脂成形与该定子芯一体化并卷绕有线圈的线卷骨架，其特征在于，在所述极齿的内周侧配置圆柱状的芯构件，在所述极齿的外周侧至少配置2个以上的、具有向所述芯构件伸出的凸部的外侧金属模，使所述凸部与所术极齿的外周面抵接，以防止所述极齿向外侧倾倒，同时将树脂充填在所述芯构件与所述外侧金属模之间形成的间隙内，由此使该树脂与所述定子芯一体化而形成所述线卷骨架。

6、如权利要求5所述的步进电机，其特征在于，所述凸部的宽度小于与所述极齿的所述凸部抵接部位的周向宽度。

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