CN1505241A

CN1505241A - 步进电机

Info

Publication number: CN1505241A
Application number: CNA200310124865A
Authority: CN
Inventors: 大利章
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: HK1066335A1; US20040140728A1; DE60317752D1; EP1414133A1; ATE379870T1; US6949850B2; EP1414133B1; JP2004147383A; DE60317752T2; CN100338854C; JP3987413B2

Abstract

后壳体(内壳体)50安装进前壳体(外壳体)40，其中定子20保持在这些壳体40和50之间。前壳体40和壳体[SIC]50通过铆接、粘接或焊接彼此刚性地连接。而且，弹性部分46在定子20上向位于前壳体40的台阶部分43的后壳体50提供弹性力，其中定子20被压配合，且弹性片46的恢复力牢固地保持定子20。

Description

步进电机

发明领域

本发明涉及电机，如步进电机，以及将定子紧固到壳体上的结构。

发明背景

混合型步进电机，例如，通常构成这样的结构，其中具有围绕环形定子叠片缠绕的线圈的定子位于围绕转子的小的气隙中，其中磁铁连接于转子叠片，该定子叠片由薄铁板压制的叠片，相似的，转子叠片也是由薄铁板压制的叠片。在这种类型的步进电机中，当对线圈提供电流时，转子的磁极连接于定子的磁极，导致转子保持在特定的位置，在此处通过改变提供给线圈的电流的相位，转子逐步地旋转。

通常电机，包括上述的步进电机，具有容纳转子和定子的保护壳体，其中用作输出轴且连接于转子中心的轴通过轴承，如滚珠轴承，由壳体保持，以便自由旋转。众所周知，壳体结构包括具有通过接合进单独的单元壳体段而形成的单独壳体的结构，其中壳体沿轴的轴向分开，和其中定子的定子叠片插入不同的壳体段之间使得当壳体段由螺栓栓在一起时，定子被固定在壳体中的结构。(见，例如，专利对比文件1和专利对比文件2)

在以上所列出版物中所公开的上述的电机在连接操作方面是复杂的，其中连接操作是指两个壳体段由螺栓栓在一起，同时定子保持于定子插入两个壳体段之间的状态，且同时这样的电机趋向于部件数目增多。而且，因为需要制造用于将各个壳体段用螺栓栓在一起的螺栓孔和螺纹孔的步骤，所以就有了大量的制造步骤的问题。而且，当通过转动螺栓而紧固单元时所产生的金属微粒能进入转子和开关之间的小的气隙，导致在旋转中出现问题。这些问题往往会降低生产效率，由此需要发展能够解决这些问题的技术。而且，在用螺栓将各部分紧固在一起的结构中，具有经过长期操作螺栓变松，趋向于导致嘎嘎的声音且在定子被保持的位置摆动的危险。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种电机，其能够减少制造步骤和部件的数量同时使壳体[段]彼此紧固更加容易，且能够防止随着各部分被固定到一起由金属微粒的产生而导致的旋转方面的故障，由此提供的电机不仅能够提高生产效率，而且能够确保定子被固定的长期稳定性。

根据本发明的电机具有在电机的旋转轴方向上隔离开的圆筒形的内壳体和外壳体，由位于这些壳体上的轴承支撑的轴使其能够自由旋转，转子与所述轴结合为一个独立单元，和面对所述转子装配且由线圈缠绕的环形定子，其中不仅所述内壳体安装且固定在所述外壳体中，且所述定子被插入所述壳体之间，其中所述电机的特征在于：所述外壳体和内壳体通过铆接，粘接或焊接彼此固定在一起，且为了通过所述壳体增加所述定子的保持力，所述外壳体和/或所述内壳体提供一施力部分。

根据本发明的电机的壳体构造成，外壳体，安装到所述外壳体中的内壳体，其中，在这些壳体之间保持有定子，壳体通过铆接，粘接或焊接固定在一起。因此，不用螺栓将壳体紧固到一起，且上述的传统的螺栓连接产生的各种问题得到解决。换句话说，涉及将壳体紧固到一起的工作被简化，且不仅因为螺栓被省略需要的零件的数量减少了，而且执行用螺栓将壳体栓到一起的操作也被省略了，由此使得能够减少制造过程中的工作量。而且因为没有在螺栓节点旋转螺栓时产生的金属微粒，由于金属微粒而产生的旋转故障(如卡住)可以消除。由于上述的原因，提高了生产效率。

定子通过保持在外壳体和内壳体之间被固定，但是装配在至少一个壳体上的弹簧部分的应用将保持定子被牢固的保持在壳体中的状态。这使得定子能够长时间保持稳定性。

用于定子的旋转停止装置可以装配在本发明中。特殊装置包括在定子和外壳体上配合的突出和凹部的装置。例如，在定子上构成凹部部分，且与所述凹部部分配合的突出部分构成在外壳体上。内壳体也可以用作带有匹配定子的凹部和突出的壳体，或两个可以平行使用的内壳体和外壳体。

本发明中的外壳体在开口侧具有大的直径部分，内壳体安装至该开口侧内，且在端表面具有小的直径部分，其中支承定子的轴承表面构成在台阶部分的内表面处，该台阶部分是从大直径部分到小直径部分的过渡，其中至少一部分线圈处于小直径部分的空间中。通过将定子与外部圆筒体的轴承表面接触，定子被牢固地保持在壳体之间，且其被保持在牢固保持的状态。如果上述的弹簧部分构成在轴承表面上或如果轴承表面本身应变成弹簧部分，该弹簧部分是有效的。此外，将至少一部分线圈设置在小的直径部分的空间中使得能够增加壳体中的空间利用率，且由此能够减少单元的尺寸。而且，形成轴承表面的形状使得其与定子的侧表面紧密接触，使得能够既增加散掉线圈所产生的热的散热面积又能够具有弹簧力，通过提高装配来提高对散热部分的热传导性(减小热袋)，具有提高散热效果的整体效果。

本发明包括如此结构，其中用于将所述电机连接到其他部分上的连接部分被紧固到外壳体的小直径部分的端板上，其中连接孔形成在对应于用于连接部分的外壳体的台阶部分的位置。例如，连接部分包括金属板，其中具有用于在连接孔处将所述电机连接到其他材料上的通孔或螺纹孔或类似的部件。在对应于壳体的台阶部分的位置处构成连接孔，提供用于螺杆的间隙空间。如果没有构成在外壳体的端板处的台阶部分，将需要在外壳体的轴向上伸出连接部分之后构成连接孔；但是，在本发明中就不必。因此，可以节省空间。

此外，在本发明中的至少一个轴承包括其固定为在轴向上向外伸出的状态的形式，其中每一个轴承固定在外壳体和内壳体中。该结构中，在不改变轴承间的距离的情况下能够减小电机的高度(如在轴向上除去轴承)，换句话说，即减小固定至所述壳体的轴承的轴承跨度，使得能够产生小的形成因数。相反地，能够增加轴承跨度，由此使得转子的旋转稳定得多。

当轴承以在轴向上向外伸出的形式固定在外壳体中时，如上所述，能够保护带有上述连接部分的轴承。在此种情况下的保护是非常有用的，这是因为其覆盖轴承且减小暴露到外面的部分，所以当轴承从外壳体突出到外面时，防止尘土和其它微粒进入电机，防止力直接施加到轴承上，且防止对其的物理冲击。当覆盖外壳体上的轴承的保护部分也突出时，保护部分可以用作用于排列外部部分的位置的中心定位。

根据本发明的外壳体和内壳体可以由薄板金处理构成，由此种方法是从易于处理且适合于批量生产的的观点考虑的。此外，本发明可以应用于步进电机。

上述的各方面、优点和特征仅仅是代表性的实施例。可以理解，其不能作为由权利要求定义的本发明的限制。本发明附加的结构和优点从下面的描述中、附图中和权利要求中将变得显而易见。

对附图的简要说明

本发明是借助于实施例进行说明的而不是作为限制，且附图的中相同的标记代表相同或相应的部分，其中：

图1是根据本发明的实施例的步进电机的顶视图。

图2是从图1中沿截面II-II的横截面图。

图3是转子的部分横截面图表。

图4(a)是定子的底视图，且图4(b)是定子叠片的顶视图。

图5是示出前壳体的图，其中(a)是沿截面5A-5A的横截面图。

图6是示出弹性件和其在前壳体中的排列的图，其中图6(a)是纵向横截面图，且图6(b)是示出横向横截面的图。

图7是示出前壳体的图，其中图7(a)是顶视图，且图7(b)是沿截面7B-7B的横截面图。

图8是在实施例中邻接部分的扩大的横截面图。

图9(a)是示出弹性材料已被改变的实施例的结构的纵向横截面图，且图9(b)是集成状态的扩大的横截面图。

图10是根据本发明的实施例的不同实施例的纵向横截面图。

对优选实施例的详细说明

下面将参考附图描述应用于步进电机的本发明的实施例。图1是根据本发明的实施例的步进电机的顶视图。图2是从图1中沿截面II-II的横截面图。在图2中，10是转子，20是围绕转子10设置的定子，而30是罩住转子10和定子20的壳体。

如图2所示，壳体30由圆筒形外壳体(以下称为前壳体)40和在图的底部中心处安装在前壳体40的开口侧的内壳体(以下称为后壳体)50结合构成。，从图1中可以看出，正方形前板(连接部分)31利用例如焊接的方式固定到前壳体40的顶部表面。例如，利用在所述前板31的拐角处的钻孔处理形成通孔，且为了将所述台阶旋拧到外部件上，在所述孔内加工螺纹孔31a(用于连接的孔)。前板31利用钻孔处理或类似处理构成，使得小突出31b面对前壳体40侧。例如，前板31和壳体40和50利用模压处理由弹性板材料如镀锌钢板构成，模压处理从易于机器制造和适合于批量生产的角度看是有用的。

一对顶部和底部滚珠轴承(axel轴承)60和61安装到壳体30的中心，在该处组装转子10使得转子能够在位于这些轴承60和61的轴15上自由旋转。如图3所示，转子10通过保持在两个盘形的转子叠片11之间而被固定，且相似地，盘形永久磁铁12插入和保持在其间。轴套13通过转子10的中心伸出且严密的紧固在其中，在此处轴15通过该轴套13且被严密的紧固在其中。多极齿11a围绕每一个转子叠片11的外周以统一的齿距构成，其中每一个转子叠片11利用粘合剂或类似的方式固定到永久磁铁12上，在这种方式中，极齿11a彼此偏移等于齿距一半的量。在转子叠片11和轴套13以及轴套13和轴15之间的严密紧固也用如粘合剂的方式。

如图2所示，严密连接到转子10上的轴15安装进滚珠轴承60和61的内环(未示出)中，其中滚珠轴承60和61分别连接到前壳体40的中心和后壳体50的中心。滚珠轴承60的外环(未示出)压配合到形成在后壳体40的中心的圆筒形轮毂44a上，此处底部滚珠轴承61的外环(未示出)压配合到形成在后壳体50的中心的圆筒形轮毂53a的内侧。在这种情况下，顶部滚珠轴承60的一部分(例如，大约轴向方向上长度的1/3)从前壳体40伸到顶部。覆盖滚珠轴承60的突出部分的盖部分31c形成在所述前板31的中心。这个盖部分31c用作排列外部分的位置的中心定位。

如图2所示，用于在轴向上抵抗顶部和底部滚珠轴承60和61提供压力和用于通过施加向上的压力在轴向上决定轴15和转子10的位置的弹簧70位于底部滚珠轴承61的外环和底部转子叠片11之间。在此种方式中，当转子10组装为转子在壳体30中能够自由旋转的状态时，轴15通过前壳体40和前板31并且伸出一定的距离，而不从壳体50伸出。

如图4(A)所示，定子20装配有环形定子叠片21和缠绕在所述定子叠片21上的线圈25。如图4(b)所示，数个定子极22围绕位于定子叠片21的内部周边上的周边以统一的齿距形成，其中，在每一个定子极22的内周边表面上在外围方向具有数个极齿22a。一对覆盖每一个定子极22的环形绝缘体23(参见图2)从每一边安装进定子叠片21，其中线圈25缠绕在由这些绝缘件23覆盖的每一定子极22上。

如图2和图4(a)所示，端子罩23a形成在底部绝缘件23上，其中端子通道24位于该端子罩23中。端子通道24具有数个端子24a，其中这些端子24a连接于线圈25，且以外面连接于电源和控制导线26。在轴向上伸出的数个槽21a(旋转停止装置)围绕定子叠片21的外周边形成。

如图2所示，定子20保持在前壳体40和后壳体50中，前壳体40和后壳体50在轴向上分成几部分，使得定子保持在与位于壳体30中的转子10的外周共中心的状态。前壳体40和后壳体50将在下面描述。

如图5所示，前壳体40在初级开口侧(底侧)上具有大直径部分41和与大直径部分41共中心的构成在顶部边缘侧的小直径部分42，其中大直径部分41和小直径部分42之间的过渡经过水平环形台阶部分43。形成前壳体40端表面的顶板部分44与小直径部分42邻近构成，其中，前述的轮毂44a形成在所述顶板部分44的中心。

台阶部分43的内表面是用于定子叠片21的轴承表面43a，其中线圈25的顶部位于小直径部分42的内部空间45中。凹口41a形成在大直径部分41中作为用于前述端子罩23a的间隙空间。而且，在大直径部分41的内周边表面上相对于凹口41a成180°的位置有一个突出部分(旋转停止装置)41b。大直径部分41的内直径设置成定子叠片21的外直径加特定的插入公差。

而且，如图6(a)和6(b)所示，数个(在这个壳体中是三个)弹性片(弹簧)46形成为使得其向下突出到台阶部分43，如图1和图5(b)所示，弹性片46围绕台阶部分43的外周边以相等的空间构成。这些弹性片在切线方向形成两个狭缝，且构成使弹性片插入狭缝之间的部分。

另一方面，如图7所示，后壳体50具有底部51和从底部51的周边在向上的方向上延伸的圆筒部分52。足够用于前述的轴15的底部边沿部分从底部滚珠轴承延伸的通孔51b形成在底部51的中心，其中管道孔51b的外围在模压处理中形成外周边槽53。前述的轮毂向着该外周边槽53的内侧形成。凹口51a也形成在后壳体50的圆筒部分52中作为用于端子罩23a的间隙。后壳体50的高度(例如在轴向方向上的高度)或换句话说，圆筒部分42的高度大致是前壳体40的大直径部分41的一半高度，正好与定子叠片21的厚度相同。后壳体的圆筒部分52的外直径设定为一个尺寸使得其正好能够包括公差地安装进前壳体40的大直径部分41的内侧。

在本发明的实施例的步进电机中，如图2所示，后壳体50的圆筒部分52安装进前壳体40的大直径部分41的内侧的底部，使得定子叠片21的外周边部分的顶端表面处于与前壳体40的后表面43a接触的状态，如图8所示，其中台阶部分43的弹性片46被推压得弹性变形，其中轴承表面43a与前壳体40接触，且其底部表面与后壳体50的圆筒部分52的项部表面边沿接触。在这种方式中，定子叠片21被保持在壳体40和50之间，且由此定子20被牢固的保持。而且，线圈25的顶部位于前壳体40的小直径部分42的内部空间中。前壳体40上的突出部分41b与定子叠片21内的一个槽21a配合以防止旋转，且端子罩安装入壳体40和50的凹口41a和51a，且导线26连接到外部。后壳体50最后用铆接、粘接焊接等围绕底部51的外周边被牢固地保持到前壳体40的大直径部分41上。

各个螺纹孔31a和前板31位于前壳体40的台阶部分43上。如上所述，前板31的盖51c的一部分覆盖滚珠轴承60的突出部分。

接下来解释组装该步进电机的步骤。首先被牢固的紧固到轴套13和转子10上的轴15的顶部插入装配在前壳体40上的滚珠轴承60内。紧接着，定子20围绕转子10安装，且端子罩23a安装进凹口41a。通过将端子罩23a安装进凹口41a内，定子叠片的一个槽21a与前壳体40的凸起41b配合。

接下来，弹簧70装配到轴14的底部侧，其中其上安装有滚珠轴承61的后壳体50安装入前壳体40内时，轴15的底部安装进后壳体50。此时，端子罩23安装入后壳体50内的凹口51a内。而且，后壳体被推进前壳体40中，其中各个弹性片46反抗轴承表面43a推定子叠片21且导致定子叠片21牢固地保持在壳体40和50之间。接下来，保持这种状态，后壳体50被铆接到前壳体40上。注意除了铆接、点焊、粘接或其他刚性连接的方式可以使用。前板31到前壳体40的紧密连接可以提前完成，或可以在最后完成。而且，粘接材料有时用在定子叠片和前壳体的安装部分。

本发明实施例的步进电机用上述步骤组装。

在本发明的实施例中，后壳体50安装进前壳体40，然后为了不仅使壳体40和50彼此固定，而且将定子20保持在壳体40和50之间以在此将其固定，而执行铆接。因为壳体40和50不用使用传统中用到的螺栓就被彼此牢固地固定到一起，因此更加简化将这些彼此固定的操作。而且，因为螺栓被省略，不仅使得部件的数量减少而且因为不必为了将壳体40和50栓在一起而需要在壳体40和50上执行车床加工，所以能够省略制造步骤。此外，因为没有由转动螺栓而产生的金属微粒，由于这些微粒产生的旋转缺陷(如卡住)可以消除。上述的结果，提高了制造效率。

定子的定子叠片21在后壳体50的方向被形成在前壳体40的台阶部分43上的弹性部分46弹性推压，其中定子保持在前壳体40和后壳体50之间且在此固定。弹性部分46的弹性力补偿由于振动，冲击或热膨胀在前壳体40和后壳体50之间的间隙中发生的尺寸变化，在定子20上一直施加一个强的力，由此将堆[SIC]20牢固地保持在壳体40和50之间。而且，即使后壳体40抵抗堆[SIC]20的力不是均匀的，弹性部分46具有弹性特性，由此能够补偿非均匀性。因此，定子20被高可靠性地牢固地保持在壳体40和50之间，不受如振动、冲击、热膨胀、组装方法或类似情况的影响，并且保持这样的状态，因此能够确保定子20长时间地稳定和安全地固定。

而且，将定子叠片21压配合到前壳体40的轴承表面43a上使得定子20牢固地保持在壳体40和50之间，其保持牢固保持的状态。此外，将线圈25定位在前壳体40的小直径部分42的内部空间中，使其能够提高壳体30中空间的利用率，且减小单元的尺寸。

前板31的螺纹孔31a形成在前壳体40的台阶部分43上，使得台阶部分43具有用于由钻孔引起的小凸起31b的间隙，该钻孔适用于形成螺纹孔31a且为螺杆提供间隙，螺杆未示出，该螺杆被拧入螺纹孔31a中。因此，不必为了确保用于螺杆和小凸起31b的空间而在旋转方向上总是将前板31伸到前壳体40的外面，使得能够节省空间。注意，螺杆的头可以位于台阶部分43上方的空隙中，且螺杆可以旋转，例如用扳手，且由此前板31上的螺纹孔31a可不用钻孔就简单地称为通孔。

装配顶部滚珠轴承60，在前壳体40的.轮毂44a上面突出一定的长度，由此能够不用改变顶部和底部滚珠轴承60和61之间的距离就减小壳体30的高度，或换句话说，不用改变轴承跨度，就能够使单元更薄。相反地，轴承跨度可以延伸，因此使其能够增加转子10旋转的稳定性。从前壳体40向上突出的顶部滚珠轴承60由前板31的盖部31c覆盖来保护，且由此尘土和污染物进入壳体30的机会就减小，且防止在滚珠轴承60上的直接的力和冲击。而且，盖部31c也可以用作与外围部件对齐的位置的中心定位。

在上述的实施例中，为了将定子20牢固地保持在壳体40和50之间，根据本实施例的弹簧部分的一个实例是弹性部分46，其中，除了弹性部分46，可以使用如图9(a)的结构。换句话说，前壳体40中的台阶部分43可以在组装之前向着顶部前板31提前拉伸，向着面对外周边的顶部对角线的转动一个角度的拉紧状态。如果这样，当组装定子20时，前壳体40围绕后壳体50的周边的通过铆接、粘接、焊接或类似方式固定，在该状态中台阶部分43在向下的方向弹性的变形。图9(b)示出了组装后的状态，其中，在该状态中，台阶部分43不断地尝试向前板31侧恢复，因此，后壳体50受到抵抗前板31侧推压的影响。因此，定子20的周边部分坚固地，牢固地且具有高可靠性地保持在壳体40和50之间，其中弹性力自动地补偿振动、冲击、热膨胀或撞击其它片，由此即使在有振动、冲击、热膨胀或撞击其它片等情况时，也通过弹性力的自补偿式的定子20维持在被牢固的且高可靠性地保持的状态。

图10示出了上述实施例的步进电机的修改的实施例，其中在该情况中的步进电机用有缠绕的弹簧制成的扭转弹簧71而不是前述的弹簧70。而且，转子10被牢固的直接紧固到轴15上，而不用轴套13。虽然该步进电机与上述图2中示出的具有稍微不同的结构，但基本机构是相同的，不仅后壳体50安装进前壳体40而且定子20保持在壳体40和50之间，因此得到的结果是相同的。

如上所述，根据本发明的电机，因为装配是通过铆接、粘接或焊接保持定子的外壳体和内壳体来执行的使得能够简化壳体彼此的连接，同时减少了各部分的数量和制造步骤的数目和防止由彼此装配壳体时产生的金属微粒导致的旋转缺陷(如卡住)，由于上述的原因，提高了生产效率。而且，因为增加了壳体保持定子的力的弹簧部分用在至少一个壳体中，本发明使得能够在整个延伸期间确保稳定装配的特性。

为了方便读者，上述描述是集中在所有可能实施例中一个代表性的实施例上，该实施例是说明本发明的原理且表达了用于实现发明的最佳方式的企图。其它未描述的变化和修正也是可能的。例如，描述的数个实施例，在多种情况下，可以组合不同实施例元件或将这里描述的实施例的元件与其它没有清楚描述的修正和变化结合。许多未描述的变化，修正和变化将包含在下面的权利要求和其它相应的权利要求精确的范围内。

Claims

1.一种电机，其装配有：在电机的旋转轴方向上分开的圆筒形内壳体和外壳体；

由在这些壳体上的轴承支撑的轴，该轴能够自由旋转；

与所述轴结合为一个独立单元的转子；和

面对所述转子装配且缠绕有线圈的环形定子，其中不仅所述内壳体安装进且固定在所述外壳体中，而且所述定子插入各所述壳体之间；

所述电机的特征在于，

所述外壳体和所述内壳体通过铆接、粘接或焊接彼此固定；为了通过各所述壳体增加所述定子的保持力，在所述外壳体和/或所述内壳体中设有弹簧部件。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，设有用于所述定子的旋转停止装置。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述旋转停止装置由所述定子和所述外壳和/或所述内壳之间的凹部和凸起的配合而形成。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述壳体具有用于内壳体安装在其中的开口侧的大直径部分和在端表面侧上的小直径部分，用于容纳所述定子的表面形成在从大直径部分向小直径部分移动的台阶的内表面上；至少一个所述线圈装配在该小直径部分的内部空间中。

5.根据权利要求1所述的电机，其中，用于将所述电机连接到安装部分的连接部分牢固地固定到所述外壳体的所述小直径部分的端表面上，其中连接孔形成在对应于所述连接部分的所述台阶的位置处。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，至少一个固定到所述外壳体和固定到所述内壳体上的轴承固定于向轴向方向突出的状态。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，所述轴承以[所述轴承]在轴向方向向外突出的形式连接到所述外壳体上；所述轴承由所述连接部分保护。

8.根据权利要求1所述的电机，其中，所述外壳体和所述内壳体通过薄板金处理制成。

9.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机是步进电机。