CN1848603A - 驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种低成本和高输出功率的驱动装置，其尺寸紧凑且轴向长度较小。在作为驱动装置的步进马达中，定子具有板部分和从板部分轴向延伸的第一和第二外磁极部分。都由软磁性材料制成的转动轴和磁心形成的转子被布置在第一和第二外磁极部分之间。转子的一个轴向端部被可转动地支撑在板部分中。磁体被刚性地安装在转子的外周上，并且被磁化为不同的磁极沿着周边方向交替。顶板被刚性地固定在第一和第二外磁极部分的相应最前端并且可转动地支撑转子的另一个轴向端部。磁极部分被接合在具有覆盖磁体外周表面的罩部分的绕线架中。第一和第二线圈通过绕线架在磁体和板部分之间轴向地缠绕在第一和第二外磁极部分的周围。

Description

驱动装置

技术领域

本发明涉及一种被应用在步进马达上的驱动装置。

背景技术

传统上已经提出多种类型的步进马达作为各种装置的驱动源。根据第一现有技术的步进马达减小了距离其转动轴中心的直径，并且同时提高了输出功率(参见日本专利公布(Kokai)No.H09-331666)。

图10为根据第一现有技术的步进马达的分解透视图，图11为示出在图10所示的步进马达的内部结构处于装配状态下的纵向剖视图。

如图10和11所示，根据第一现有技术的步进马达包括转子201、第一线圈202、第二线圈203、第一定子204、第二定子205、输出轴206和连接环207。

第一定子204和第二定子205都由软磁性材料制成。两个定子204和205被以沿着步进马达的轴向其间有预定间隙的方式彼此相对地布置。连接环207由非磁性材料制成，并以在两个定子204和205之间有预定间隙的方式保持第一定子204和第二定子205。输出轴206被第一定子204的轴承204E和第二定子205的轴承205E可转动地支撑。转子201被刚性地固定在输出轴206上，并由沿着圆周方向被分成四个部分的磁体(永磁体)形成，这些部分被这样磁化，即，它们具有交替的不同极性。

如图11所示，第一定子204具有为梳齿形的最前端，并包括第一外磁极部分204A和204B和第一内磁极部分204C和204D，该第一外磁极部分204A和204B以在第一外磁极部分204A和204B与转子201的外周表面之间具有间隙的方式与转子201的外周表面相对，该第一内磁极部分204C和204D以在第一内磁极部分204C和204D与转子201的内周表面之间具有间隙的方式与转子201的内周表面相对。第二定子205包括第二外磁极部分205A和205B以及第二内磁极部分205C和205D，该第二外磁极部分205A和205B以在第二外磁极部分205A和205B与转子201的外周表面之间具有间隙的方式与转子201的外周表面相对，该第二内磁极部分205C和205D以在第二内磁极部分205C和205D与转子201的内周表面之间具有间隙的方式与定子201的内周表面相对。

用于磁化第一定子204的第一线圈202被沿着马达的轴向以与转子201相邻的方式缠绕在第一内磁极部分204C和204D的周围。用于磁化第二定子205的第二线圈203被沿着马达的轴向以与转子201相邻的方式缠绕在第二内磁极部分205C和205D的周围。

由以下方式引起步进马达的转子201的转动，即，第一线圈202的激励方向和第二线圈203的激励方向被切换，以由此切换第一外磁极部分204A和204B、第一内磁极部分204C和204D、第二外磁极部分205A和205B、以及第二内磁极部分205C和205D的极性。这样使转子201保持转动。

在如上述构造的步进马达中，由第一线圈202和第二线圈203的激励而产生的磁通量从外磁极部分流到与其径向相对的内磁极部分，或者做为选择地从内磁极部分流到与其径向相对的外磁极部分，由此磁通量有效地作用在转子201(磁体)上，该转子201位于外磁极部分和分别相关的内磁极部分之间。另外，在每个外磁极部分和相关的内磁极部分之间的距离可被设定为大约等于中空圆筒形的转子201的厚度的数值，因此可以减小由外磁极部分和内磁极部分形成的磁路的阻力。这使之可以利用较小的电流量产生较大的磁通量，从而提高了步进马达的输出功率。

根据第二现有技术的另一个步进马达为PM步进马达(参见例如，日本专利No.3327406和日本实用新型公报(Kokai)No.H05-091191)。在这个步进马达中，定子部分、绕线架部分、以及具有用于将一个轴承保持在对应于定子部分的一个端面上的位置的孔的罩部分由合成树脂一体地形成。

定子部分包括同轴布置的两对定子轭，从而每对定子轭的内周表面形成圆柱形表面。绕线架部分在两对定子轭的每一对的套环之间形成一个空间，用于在其中保持定子线圈。穿过所述罩部分形成了轴承装配孔用于保持转动轴和在对应于定子部分的一个端面的一个位置处支撑转动轴的一个轴承。定子单元具有沿着与转动轴延伸方向相同的方向从罩部分伸出的多个端销。转子被布置在定子单元的中空圆筒形部分中，并由转动轴和磁体形成。外部轭包括其上刚性地固定有其它轴承的凸缘和安装在定子单元的外周上的壳体。根据该步进马达，可以使在定子轭的内周和这些轴承的内周之间的同轴偏差最小。

然而，根据第一现有技术的步进马达必须在转子(磁体)的内周表面和与其相对的内磁极部分的外周表面之间设置预定间隙。为了控制步进马达的制造，从而形成预定间隙导致制造成本的增加。另外，即使定子被要求具有一体形成中空圆筒形的内磁极部分和外磁极部分的形状，但是很难一体形成内磁极部分和外磁极部分。

另外，在这样的情况下，即，内磁极部分和外磁极部分被单独形成，然后装配在一起成为一件构件，这样构成部件数量增大，导致了制造成本的增加。另外，由于步进马达的轴向尺寸由两个线圈的轴向长度、磁体的轴向长度和定子的厚度确定，步进马达必然轴向尺寸较大，以便保持其预定的输出功率。另一方面，如果线圈或磁体的轴向长度被减小，则步进马达的输出功率被明显地减小。

根据第二现有技术的步进马达的制造需要使用一种嵌入式成型机(insert molding machine)，作为一体形成定子部分和绕线架部分的设备。这意味着设备的投资明显增大，从而影响了制造成本。换句话说，如上所述，制造具有一体形成为一件构件的定子部分和绕线架部分的步进马达必然导致在设备上的投资很多，因此仅适用于批量生产。

另外，由于磁体被设置在包括线圈的定子单元的内部，磁体的外部直径必须小于步进马达的外部直径。如果减小步进马达的外部直径，磁体的外部直径必然被减小，这使步进马达的输出功率明显减小。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种低成本且高输出功率的驱动装置，该驱动装置尺寸紧凑并且轴向长度较小。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面提供了一种驱动装置，其包括：定子，其具有底座和从底座轴向延伸的第一和第二外磁极部分；转子，其由软磁性材料形成，转子被布置在第一和第二外磁极部分之间，并具有一个轴向端部被可转动地支撑在底座中；磁体，其被刚性地安装在转子的外周上，并且被磁化为不同的磁极沿着圆周方向交替；盖构件，其被刚性地固定在第一和第二外磁极部分的相应最前端，并可转动地支撑转子的另一个轴向端部；绕线架，其与第一和第二外磁极部分接合，绕线架具有覆盖磁体的外周表面的罩部分；第一线圈，其通过绕线架在磁体和底座之间的轴向位置处缠绕在第一外磁极部分的周围；以及第二线圈，其通过绕线架在磁体和底座之间的轴向位置处缠绕在第二外磁极部分的周围。

在根据本发明第一方面的驱动装置的结构的情况下，由于磁体被刚性地安装在布置于定子的第一和第二外磁极部分之间的转子的外周上，所以可以增大磁体的机械强度并使转子用作内磁极部分。这样不必在磁体和内磁极部分之间设置间隙，并且可以抑止磁阻，由此提高驱动装置的输出功率。

另外，驱动装置的外部直径可由磁体的外部直径和绕线架的罩部分的厚度确定，定子的第一和第二外磁极部分每个都形成有沿着轴向延伸的梳齿形，从而可以使驱动装置的外部直径和轴向长度最小，由此减小该驱动装置的尺寸。

另外，第一和第二线圈都缠绕在绕线架的周围，绕线架还作为覆盖磁体的外周表面的罩。因此，可以减少构成部件的数量和制造成本。

优选地，转子包括中空圆筒形磁心和穿过磁心的孔部分刚性地安装的转动轴。

更为优选地，转子的结构是从由以下结构构成的一组结构中选出，即，其中转动轴与磁心一体形成的结构和其中转动轴和磁心形成为单独构件的结构。

为了实现上述目的，在本发明的第二方面中，提供了一种驱动装置，其包括：定子，其具有底座和从底座轴向延伸的第一和第二外磁极部分；转子，其由软磁性材料制成，转子被布置在第一和第二外磁极部分之间，并且具有一个轴向端部被可转动地支撑在底座中；丝杠轴，其与转子保持一致地转动；磁体，其被刚性地安装在转子的外周上，并且被磁化为不同的磁极沿着圆周方向交替；角形件，其被刚性地固定在第一和第二外磁极部分的相应最前端，并且可转动地支撑丝杠轴的轴向端部；绕线架，其与第一和第二外磁极部分接合，绕线架具有覆盖磁体的外周表面的罩部分；第一线圈，其通过绕线架在磁体和底座之间的轴向位置处缠绕在第一外磁极部分的周围；第二线圈，其通过绕线架在磁体和底座之间的轴向位置处缠绕在第二外磁极部分的周围。

在根据本发明第二方面的驱动装置的结构的情况下，可以得到与本发明第一方面提供的相同的有益效果。

优选地，转子包括中空圆筒形磁心。

更为优选地，丝杠轴和磁心的结构从由以下结构构成的一组中选出，即，其中丝杠轴和磁心一体形成的结构和其中丝杠轴和磁心形成为单独构件的结构。

同样优选地，驱动装置进一步包括与丝杠轴啮合的齿轨，用于根据丝杠轴的转动而轴向运动；支撑构件，其被刚性地固定在角形件上，并可转动地支撑所述齿轨。

参照附图从下面的详细描述中更加清楚地了解本发明的上述以及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的步进马达的分解透视图；

图2为图1所示的步进马达的纵向剖视图，示出了在装配状态下的其内部结构；

图3为图1所示的步进马达在第一激励状态下的俯视图；

图4为图1所示的步进马达在第二激励状态下的俯视图；

图5为图1所示的步进马达在第三激励状态下的俯视图；

图6为图1所示的步进马达在第四激励状态下的俯视图；

图7为根据本发明第二实施例的步进马达的分解透视图；

图8为图7所示的步进马达在装配状态下的外观的透视图；

图9为图7所示的步进马达的纵向剖视图，示出了在装配状态下的其内部结构；

图10为根据第一现有技术的步进马达的分解透视图；以及

图11为图10所示的步进马达的纵向剖视图，示出了在装配状态下的其内部结构。

具体实施方式

下面将参照示出优选实施例的附图详细地描述本发明。

首先，将给出对根据本发明第一实施例的步进马达的描述。

图1为根据第一实施例的步进马达的分解透视图，图2为图1所示的步进马达的纵向剖视图，示出了在装配状态下的内部结构。

如图1和2所示，步进马达包括定子1、第一轴承2、第二轴承11、第一线圈3、第二线圈4、绕线架5、磁体8、磁心9、转动轴10和顶板12。

定子1由软磁性材料制成，并包括第一外磁极部分1a、第二外磁极部分1b、板部分1c、孔1d和突起1e和1f。板部分1c为板的形状，该板在俯视图中为具有张开角度θ(见图3)的大体倒V形，并且其中心部分形成有其中安装第一轴承2的孔1d。第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b每个都具有梳齿形，并且通过从板部分1c的相对端部向上简单弯曲的方式与板部分1c一体形成，从而第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b与构成转子的转动轴10平行地延伸。突起1e被一体地形成在第一外磁极部分1a的最前端，突起1f被一体形成在第二外磁极部分1b的最前端。

与第一现有技术中的上述定子的不同之处在于，定子1具有与板部分1c一体形成的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b。这减小了在第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b之间的相互位置误差，由此可使装配的步进马达性能的变化最小。

第一轴承2由软磁性材料形成为中空圆筒形。第一轴承2具有在其中心部分中形成的轴孔2a，并包括在一个轴向端部处形成的固定部分2b。转动轴10被安装在轴孔2a中，固定部分2b被安装在定子1的孔1d中，由此第一轴承2支撑转动轴10，使得转动轴10可转动。

第二轴承11被形成为环形，并且具有在其中心部分中形成的轴孔11a。转动轴10被安装在轴孔11a中，由此第二轴承11可转动地支撑转动轴10。

如图2所示，绕线架5包括第一绕线架部分5a、第二绕线架部分5b、罩部分5c和销5d和5e。罩部分5c形成这样的形状，即，第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b可被安装在其中。罩部分5c放布置在定子1的板部分1c的上表面上，以覆盖磁体8的外周表面，并提供了步进马达外观的一部分。

周围缠绕有第一线圈3的第一绕线架部分5a与罩部分5c一体形成。另外，第一绕线架部分5a在其内部形成有切口，第一外磁极部分1a轴向靠近板部分1c的一部分通过该切口被安装。其周围缠绕有第二线圈4的第二绕线架部分5b与罩部分5c一体形成。另外，第二绕线架部分5b在其内部形成有切口，第二外磁极部分1b轴向靠近板部分1c的一部分通过该切口被安装。

两个端部销6(仅示出一个)和两个端部销7从绕线架5的罩部分5c的纵向相对端部向外伸出，第一线圈3的各线圈端子被粘合(连接)在端部销6上，第二线圈4的各线圈端子被粘合(连接)在端部销7上。另外，用于定位顶板12的两个销5d和5e从绕线架5的罩部分5c的上表面向上伸出。

第一线圈3在朝向第一外磁极部分1a的外周一侧、位于磁体8和定子1的板部分1c之间的轴向位置处被缠绕在第一绕线架部分5a的周围。在第一线圈3的相对端部上的线圈端子被粘合在从绕线架5伸出的相应两个端部销6上，由此第一线圈3被做成电连续的。通过这样的布置，当第一线圈3被激励时，定子1的第一外磁极部分1a被磁化。

第二线圈4在朝向第二外磁极部分1b的外周的一侧、位于磁体8和板部分1c之间的轴向位置处被缠绕在第二绕线架部分5b的周围。在第二线圈4的相对端部上的线圈端子被粘合于从绕线架5伸出的相应两个端部销7，由此第二线圈4被做成电连续的。通过这种布置，当第二线圈4被激励时，定子1的第二外磁极部分1b被磁化。

第一线圈3和第二线圈4被布置得邻近于定子1的板部分1c的上表面，转动轴10和第一轴承2被彼此邻接地布置在第一线圈3和第二线圈4之间。与其中两个线圈和磁体被以在各线圈和磁体之间有间隙的方式沿着马达的轴向布置的第一现有技术的结构相比，这种结构可以使步进马达的轴向长度更短。

磁体8被形成为中空圆筒形，该中空圆筒形具有其中可安装磁心9的孔部分8a。磁体8被沿着圆周方向分成n部分(磁化部分的数量：n)(本实施例为6个部分(磁化部分的数量：6))，这些部分被这样地磁化，即，使这些部分交替具有S极和N极(参见图3)。磁体8的内周表面具有比其外周表面弱的磁性分布，或者根本没有被磁化，或者被这样磁化，即，每个磁化部分具有与磁化部分的外周表面的磁极相反的磁极(即，当磁化部分的外周表面被磁化为S极时，该磁化部分的内周表面被磁化为N极)。

由软磁性材料制成的磁心9被形成为中空圆筒形，并具有其中可安装转动轴10的孔9a。通过例如粘合将磁心9固定在磁体8的孔部分8a。磁体8和磁心9沿着轴向具有相同尺寸，并且被彼此刚性地固定在一起，从而这两个构件的轴向端部彼此平齐。

转动轴10由软磁性材料制成。转动轴10被插入并固定在第一轴承2的轴孔2a、磁心9的孔9a和第二轴承11的轴孔11a中，并被第一轴承2和第二轴承11可转动地支撑。另外，可以将传动构件例如变速杆推进器(gear lever screw)(未示出)安装在转动轴10的从由第二轴承11支撑的部分向外轴向伸出的最前端部分上。这样可经由传动构件得到来自转动轴10的转动输出。

磁心9和转动轴10形成转子。形成该转子的磁心9的位置被具有预定间隙的第一轴承2和第二轴承11限定，由此转子被沿着步进马达的轴向定位。

尽管在本实施例中，作为单独构件的磁心9和转动轴10被连接成一个构件，但它们可一体形成为一件构件。在磁心9和转动轴10被单独形成的情况下，可以使用具有高强度和出色的耐磨性的材料例如SUS形成转动轴10，以及使用具有出色的磁效率的软磁性材料例如SUY形成磁心9。另一方面，在磁心9和转动轴10被一体形成的情况下，不仅可以通过减少构成部件的数量来减少制造成本，而且提高了磁心9和转动轴10的同轴定位的精度。

顶板12为扁平板形状，并且形成有突起接收孔12a和12b、定位孔12c和12d以及轴承接收孔12e。从定子1的第一外磁极部分1a的最前端伸出的突起1e和从第二外磁极部分1b的最前端伸出的突起1f分别被插入突起接收孔12a和12b中，并通过激光焊接或敛缝固定在其中。绕线架5的销5d和5e被分别安装在定位孔12c和12d中。由此绕线架5被定位在顶板12上。第二轴承11被插入并固定在轴承接收孔12e中。

在本实施例中，定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b以在第一和第二外磁极部分1a和1b与磁体8的外周表面之间保持预定间隙的方式与磁体8的外周表面相对。磁心9与第一外磁极部分1a相对的部分、转动轴10和第一轴承2形成第一内磁极部分。类似地，磁心9与第二外磁极部分1b相对的部分、转动轴10和第一轴承2形成第二内磁极部分。

在借助这种布置，通过向第一线圈3激励，使第一外磁极部分1a和第一内磁极部分磁化，以具有相反的极性，由此在两个磁极部分之间产生了穿过磁体8的磁通量，以使磁通量有效地作用在磁体8上。类似地，通过向第二线圈4激励，第二外磁极部分1b和第二内磁极部分被磁化，以具有相反的极性，由此在两个磁极部分之间产生了通过磁体8的磁通量，以使该磁通量有效地作用在磁体8上。

另外，在本实施例中，由于不需要在用于在磁体8内部形成内磁极部分的磁心9和磁体8的内周表面之间设置间隙，所以可减小在第一外磁极部分1a和磁心9之间的间隙和在第二外磁极部分1b和磁心9之间的间隙。这使之可以减小由第一线圈3、第一外磁极部分1a、和第一内磁极部分形成的磁路的磁阻和由第二线圈4、第二外磁极部分1b和第二内磁极部分形成的磁路的磁阻，由此提高了步进马达的输出功率。

另外，在本实施例中，由于第一内磁极部分和第二内磁极部分由磁心9、转动轴10和第一轴承2形成，转子也起到内磁极部分的作用，这样有助于减少步进马达的制造成本。另外，由于定子1是通过沿着垂直于板部分1c的方向弯曲第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b而简单形成的，所以可以容易地以较低的制造成本制造定子。

相反，在第一现有技术中，第一定子和第二定子每个都被要求其内磁极部分与外磁极部分形成一体。然而，难以使内磁极部分与外磁极部分形成为同一构件的部分。例如，它们可通过金属注模法形成，但这增加了制造成本。与制造仅形成外磁极部分的构件的情况相比，由于一件构件较小，通过压制加工一体地制造内磁极部分和外磁极部分更加困难。另外，如果内磁极部分和外磁极部分被单独制造，然后通过敛缝、焊接或粘合彼此一体地固定在一起，则制造成本增大。

另外，在本实施例中，由于磁体8被如图2所示刚性地安装在磁心9上，磁体8的机械强度大于在第一现有技术中的磁体的机械强度。另外，磁心9起到所谓的背铁(back metal)的作用，用于减小出现在磁体8的内周上的S极和N极之间的磁阻。因此，磁路的磁导系数被设定为高数值，从而甚至当在高温环境下使用步进马达时，也较少发生由于去磁而使磁性衰减。

在第一现有技术中，不仅需要将步进马达装配成使在磁体的外周和外磁极部分之间的间隙保持高精度，而且还需要以在内磁极部分和磁体之间保持预定间隙的方式定位与磁体的内周相对的内磁极部分。为此，很可能由于部件的尺寸精度的变化和较差的装配精度而不能提供适当的间隙，这导致内磁极部分抵靠着磁体或其它类似的缺陷。

相反，在本实施例中，仅控制在磁体8的外周和外磁极部分之间的间隙就足够了，这样有利于步进马达部件的装配。

另外，根据第一现有技术的步进马达被要求如此地构成，即，内磁极部分没有与连接在磁体和输出轴之间的部分接触，由此步进马达沿着轴向不具有足够的长度，其中内磁极部分和磁体彼此相对。

相反，在本实施例中，由于转子还起到内磁极部分的作用，步进马达沿着轴向可以具有足够长度，其中内磁极部分和磁体8彼此相对。这样可以有效地使用定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b和磁体8，由此增大了步进马达的输出功率。

另外，在本实施例中，定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b每个都具有沿着步进马达的轴向延伸的梳齿形，从而使步进马达的最外部直径(图3中的L1)最小。

如果例如外磁极部分由沿着磁体的径向延伸的定子板形成，需要形成具有平直延伸构造的磁体，并且沿着径向卷绕线圈。为此，即使步进马达能具有减小的轴向长度，其最外部直径被不可避免地增大。

相反，在本实施例中，步进马达的最外部直径(图3中的L1)由磁体8的直径、第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b的厚度、第一线圈3和第二线圈4的绕组宽度确定。在这样的情况下，每个第一线圈3和第二线圈4的绕组的一侧部分(第一轴承侧部分)被定位在基本上与磁体8相同的径向位置处(参见图2)，这使之可以减小步进马达的最外部直径。

另外，在本实施例中，由于定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b每个都被构造为具有沿着步进马达的轴向延伸的梳齿形，第一线圈3、第二线圈4、磁体8、由磁心9和转动轴10形成的转子可被全部从一个方向安装(如图1看到的从顶侧到底侧)，这样确保了容易进行装配。

另外，在本实施例中，绕线架5具有缠绕在其周围的第一线圈3和第二线圈4，并且还作为用于覆盖磁体8的外周表面的罩，从而与其中第一线圈和第二线圈被分别绕在不同的绕线架上的情况或者附加地设置罩的情况相比，可以减小构成部件的数量和制造成本。

在第二现有技术中，定子部分、绕线架部分和罩部分由合成树脂一体地形成，该罩部分具有用于在对应于定子部分的一端表面的位置上保持一个轴承的孔，由此，如本实施例中那样，罩部分与绕线架部分一体形成。然而，需要使用一种嵌入式成型机作为一体形成定子部分、绕线架部分和罩部分的设备，因此明显地增加了在设备方面的投资，这影响了制造成本。简而言之，步进马达的制造方法仅应用于批量生产。

相反，在本实施例中，第一轴承2被刚性地安装在定子1上，从而，不需要形成与具有保持轴承的孔的罩部分一体的定子部分(如在第二现有技术中那样)，来提高将轴承定位在定子部分中的精度。因此，不必使用嵌入式成型机，这导致制造成本减少。

另外，在第二现有技术中，由于磁体被布置在包括线圈的定子单元的孔部分中，磁体的外部直径必须小于步进马达的外部直径。因此，如果步进马达的外部直径被减小，就不可避免地减小磁体的外部直径，这明显地减小了步进马达的输出功率。

相反，在本实施例中，仅由磁体8的直径和绕线架5的罩部分5c的厚度来确定步进马达的外部直径(图3的L2)，从而磁体8的外部直径与步进马达的外部直径相当接近。这有利于减小步进马达的外部直径。

另外，在本实施例中，由于转子(磁心9和转动轴10)被安装在定子1中的第一轴承2和安装在顶板12中的第二轴承11支撑，该顶板12固定在定子1上，这可以使在两个支撑构件之间的同轴偏差最小。这有助于使在磁体8的外周表面和第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b的内周表面之间的间隙均匀，并且可以使步进马达的转动稳定。

接着，参照图3-6对根据本实施例的步进马达的其它特征和操作进行描述。

首先，将给出对步进马达的其它特征的描述。

图3为在第一激励状态下的步进马达的俯视图。图4为在第二激励状态下的步进马达的俯视图。图5为在第三激励状态下的步进马达的俯视图。图6为在第四激励状态下的步进马达的俯视图。

如图3-6所示，磁体8的外周表面和内周表面沿着圆周方向以相等角度间隔分成多个部分(本实施例中为6个部分)，这些部分被这样地磁化，即，它们具有交替的S极和N极。被磁化为其外周表面为S极的部分在其内周表面上具有N极，而被磁化为其外周表面为N极的部分在其内周表面上具有S极。

另外，如图3所示，定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b被设置在相应位置处，该相应位置围绕磁体8的转动中心具有θ度的相位差。θ度的相位差由(180°-180°/n)(n＝磁化部分的数量)算出。在本实施例中，由于n为6，θ等于150°。通过将θ度设定为(180°-180°/n)可减小图3中的尺寸L2(步进马达的最小外部直径)。

如上所述，定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b被这样地形成，即，它们在与磁体8的轴向垂直的同一平面上在彼此不同的相应角度范围内(即，在具有θ度的相位差的相应位置中)与磁体8的外周表面相对。这使之可以减小磁体8的轴向尺寸，由此有助于减小步进马达的轴向尺寸。

如上述那样构造的步进马达的一个主要特征在于，磁通量被以如下方式作用在磁体8的外周表面的每个部分上，即，根据磁体8的转动，来自由第一线圈3磁化的第一外磁极部分1a的磁通量和来自由第二线圈4磁化的第二外磁极部分1b的磁通量交替地作用在磁体8的部分上。由于第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b使各自的磁通量作用在磁体8的相同部分上，可以在不受例如磁性变化的不利影响的情况下使步进马达的性能稳定。

接着，将给出对步进马达的操作的描述。

在如图3所示的状态下，第一线圈3被沿着法线方向激励，由此第一外磁极部分1a被磁化为N极，第一内磁极部分(与第一外磁极部分1a相对的磁心9的一部分)被磁化为S极。类似地，第二线圈4被沿着法线方向激励，由此第二外磁极部分1b被磁化为N极，第二内磁极部分(与第二外磁极部分1b相对的磁心9的一部分)被磁化为S极(第一激励状态)。

进一步，只有第二线圈4的激励方向被从图3中所示的状态切换到反方向，由此第二外磁极部分1b被磁化为S极，第二内磁极部分被磁化为N极。这使磁体8如图4所示顺时针转动30度(第二激励状态)。

进一步，只有第一线圈3的激励方向被从图4所示的状态切换到反方向，由此第一外磁极部分1a被磁化为S极，第一内磁极部分被磁化为N极。这使磁体8如图5所示进一步顺时针转动30度(第三激励状态)。

进一步，只有第二线圈4的激励方向被从图5所示的状态切换到法线方向，由此第二外磁极部分1b被磁化为N极，第二内磁极部分被磁化为S极。这使磁体8如图6所示进一步顺时针转动30度(第四激励状态)。

然后，与上述的类似，第一线圈3和第二线圈4的激励方向被顺序地切换，由此在相应不同的定时切换第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b的极性。这使磁体8顺序地转动到由激励相位所确定的位置处。

如上所述，根据本实施例，通过沿着法线方向对第一线圈3和第二线圈4激励来设定第一激励状态。通过沿着法线方向对第一线圈3激励以及沿着反方向对第二线圈4激励来设定第二激励状态。通过沿着反方向对第一线圈3和第二线圈4激励来设定第三激励状态。通过沿着反方向对第一线圈3激励以及沿着法线方向对第二线圈4激励来设定第四激励状态。因此，激励状态被以第一激励状态、第二激励状态、第三激励状态和第四激励状态的顺序依次切换，以便保持磁体8转动。

激励状态可以如下方式切换，即，通过沿着法线方向对第一线圈3和第二线圈4两者激励来设定第五激励状态。通过沿着法线方向对第一线圈3激励以及切断对第二线圈4的激励来设定第六激励状态。通过沿着法线方向对第一线圈3激励和沿着反方向对第二线圈4激励来设定第七激励状态。通过切断对第一线圈3的激励以及沿着反方向对第二线圈4激励来设定第八激励状态。由此，激励状态被以第五激励状态、第六激励状态、第七激励状态和第八激励状态的顺序依次切换。这使磁体8顺序地转动到由激励相位决定的位置处。

下面，将描述磁体8、定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b之间的相位关系。

如上所述，当激励状态被以第一激励状态、第二激励状态、第三激励状态和第四激励状态的顺序依次切换时，通过交替地磁化第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b来切换第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b的极性。

当第一外磁极部分1a通过在图3所示的状态下沿着法线方向对第一线圈3激励而被磁化为N极时，如图3所示，在磁体8中产生沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(S极)的中心与第一外磁极部分1a的中心径向对齐。同时，第二线圈4也被沿着法线方向激励，由此第二外磁极部分1b被磁化为N极，如图3所示，在磁体8中产生沿着逆时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(S极)的中心与第二外磁极部分1b的中心径向对齐。

在两个线圈的激励期间，磁体8静止地处于这样的状态，即，来自两个线圈的转动力被平衡。图3示出了这样的状态。当供给相应两个线圈的电量相等时，在第一外磁极部分1a的中心和磁体8的相关磁化部分(S极)的中心之间的相位差和在第二外磁极部分1b的中心和磁体8的相关磁化部分(S极)的中心之间的相位差都等于大约15度。

当第二线圈4的激励方向被从图3所示的状态切换到反方向时，第二外磁极部分1b被磁化为S极，如图3所示，在磁体8中产生沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(N极)的中心与第二外磁极部分1b的中心径向对齐。此时，第一线圈3被保持沿着法线方向激励。因此，如图3所示，在磁体8中产生了沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(S极)的中心与第一外磁极部分1a的中心径向对齐。这就使磁体8开始从图3所示的状态顺时针转动。

当磁体8从图3所示的状态顺时针转动大约15度时，第一外磁极部分1a的中心与磁体8的相关磁化部分(S极)的中心彼此径向对齐。这时，第二外磁极部分1b的中心与磁体8的磁化部分(S极和N极)之间的边界径向相对，在这样的状态下，已经产生了用于进一步顺时针转动磁体8的转动力。然后，当磁体8进一步从该状态顺时针转动大约15度时(即，当磁体8从图3所示的状态顺时针转动大约30度时)，磁体8进入这样一个状态，即，来自两个线圈的转动力被平衡，并且磁体8停止在该位置上，图4示出了这样的状态。

当第一线圈3的激励方向被从图4所示的状态切换到反方向时，第一外磁极部分1a被磁化为S极，如从图4中看到的，在磁体8中产生了沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(N极)的中心与第一外磁极部分1a的中心径向对齐。此时，第二线圈4被保持反方向激励。因此，如从图4看到的，在磁体8中产生了沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(N极)的中心与第二外磁极部分1b的中心径向对齐。这使磁体8开始从图4所示的状态顺时针转动。

当磁体8从图4所示的状态顺时针转动大约15度时，第二外磁极部分1b的中心与磁体8的相关磁化部分(N极)的中心彼此径向对齐。这时，第一外磁极部分1a的中心与在磁体8的磁化部分(S极和N极)之间的边界径向相对，并且在这样的状态下，已经产生了用于进一步顺时针转动磁体8的转动力。然后，当磁体8从这样的状态进一步顺时针转动大约15度时(即，当磁体8从图4所示的状态顺时针转动大约30度时)，磁体8进入这样一个状态，即，来自两个线圈的转动力被平衡，并且磁体8停止在该位置上。图5示出了这样的状态。

当第二线圈4的激励方向被从图5所示的状态切换到法线方向时，第二外磁极部分1b被磁化为N极，如图5所示，在磁体8中产生了沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(S极)的中心与第二外磁极部分1b的中心径向对齐。此时，第一线圈3被保持反方向激励。因此，如图5所看到的，在磁体8中产生了沿着顺时针方向作用的转动力，以使磁体8的相关磁化部分(N极)的中心与第一外磁极部分1a的中心径向对齐。这使磁体8开始从图5所示的状态顺时针转动。

当磁体8从图5所示的状态顺时针转动大约15度时，第一外磁极部分1a的中心与磁体8的相关磁化部分(N极)的中心彼此径向对齐。这时，第二外磁极部分1b的中心与在磁体8的磁化部分(S极和N极)之间的边界径向相对，在这样的状态下，已经产生了用于进一步顺时针转动磁体8的转动力。然后，当磁体8从这样的状态进一步顺时针转动大约15度时(即，当磁体8从图5所示的状态顺时针转动大约30度时)，磁体8进入这样一个状态，即，来自两个线圈的转动力被平衡，并且磁体8停止在该位置上，图6示出了这样的状态。

如上所述，根据本实施例，磁体8被以布置在定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b之间的方式刚性地装配在转子(转动轴10和磁心9)上。这种布置使之可以提高磁体8的机械强度，使转子也用作内磁极部分，并且可以不必在磁体8和内磁极部分之间形成间隙。由此，可减小磁阻力，这有助于提高步进马达的输出功率。

另外，在本实施例中，步进马达被如此地构造，即，仅通过磁体8的直径和绕线架5的罩部分5c的厚度来确定其外部直径，定子1的第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b均形成沿着步进马达的轴向延伸的梳齿形。这使之可以使步进马达的外部直径和轴向长度最小，从而减小了它们的尺寸。

另外，由磁心9的与第一外磁极部分1a和第二外磁极部分1b相对的部分、转动轴10、第一轴承2形成的内磁极部分的长度被设定得与磁体8的轴向长度相同，由此能有效地使用第一外磁极部分1a、第二外磁极部分1b以及磁体8。这比其中外磁极部分和内磁极部分被连接或一体形成的情况容易制造出步进马达。

另外，在本实施例中，仅控制在磁体8的外周和外磁极部分之间的间隙就足够了，这使得与其中需要确保在磁体的外周和外磁极部分之间的间隙和在磁体的内周和内磁极部分之间的间隙的现有技术相比，更容易装配构成步进马达的元件。简单结构和容易装配也可以减小碎片缺陷(fraction defective)。

另外，由于绕线架5具有缠绕在其周围的第一线圈3和第二线圈4，并且还作为用于覆盖磁体8的外周表面的罩，所以可以减少构成部件的数量和制造成本。

另外，由于转子被安装在定子1中的第一轴承2和安装在顶板12中的第二轴承11支撑，该顶板12固定在定子1上，可以使在两个支撑构件之间的同轴偏差最小。因此，可使在磁体的外周表面和相应的第一外磁极部分和第二外磁极部分的内周表面之间的间隙均匀，这可以使步进马达的转动稳定。

简而言之，本实施例使之可以提供一种低成本且高输出功率的步进马达，该马达的尺寸紧凑并具有较小的轴向长度。

下面，描述根据本发明第二实施例的步进马达。

图7为根据第二实施例的步进马达的分解透视图。图8为在装配状态下的步进马达外观的透视图，图9为步进马达的纵向剖视图，示出了在装配状态下的其内部结构。

如图7至9所示，步进马达包括定子1、第一轴承21、第二轴承24、第一线圈3、第二线圈4、绕线架5、磁体8、磁心9、丝杠轴22、角形件23和齿轨27。

本实施例与上述第一实施例的不同之处在于，丝杠轴22作为步进马达的转动轴，设有角形件23和齿轨27。在本实施例中的其它构成部件与第一实施例中的对应构成部件相同(参见图1)，因此通过用相同的附图标记表示这些构成部件来省略对其的描述。下面，仅给出与第一实施例不同之处的说明。

第一轴承21由软磁性材料制成，并被设置在第一线圈3和第二线圈4之间，且通过压力安装、敛缝或激光焊接被刚性固定在定子1的孔1d中。丝杠轴22被第一轴承21可转动地支撑。

丝杠轴22由软磁性材料制成，并且包括第一轴部分22a、第二轴部分22b和外螺纹部分22c。除了最前端之外的第一轴部分22a的部分被安装并固定在磁心9的孔9a中，具有球形表面(球面R)形状的最前端被第一轴承21可转动地支撑。第二轴部分22b具有为球形表面(球面R)形状的最前端，该最前端由第二轴承24可转动地支撑。如在下面详细描述的，外螺纹22c保持与齿轨27的突起27b啮合，以根据丝杠轴22的转动使齿轨27沿着轴向线性运动。

角形件23包括为平板形式的顶板部分23a、臂部分23b和保持部分23c，所有这些部分被一体形成一件构件。顶板部分23a形成有孔23d和23e、定位部分23f和23g以及孔23h、23i。保持部分23c形成有孔23j和23k。

从第一外磁极部分1a的最前端伸出的突起1e和从定子1的第二外磁极部分1b的最前端伸出的突起1f被分别插入顶板部分23a的孔23d和23e中，并且通过激光焊接或敛缝固定在其中。如图7所看到的，臂部分23b被以向上弯曲且从顶板部分23a的端部成直角延伸(与在装配状态下的丝杠轴22平行)的方式与顶板部分23a一体形成。保持部分23c被以弯曲且从臂部分23b的端部成直角延伸(与顶板部分23a平行)的方式与臂部分23b一体形成。

顶板部分23a以将绕线架5夹在定子1和顶板部分23a自身之间的方式刚性地固定在定子1上。绕线架5的销5d和5e被分别安装在顶板部分23a的定位部分23f和23g中，由此绕线架5被定位在顶板部分23a上。孔23h形成在顶板部分23a的大致中心部分，孔23h的直径大于丝杠轴22的外螺纹部分22c的外部直径。

尽管在本实施例中，作为单个构件的丝杠轴22和磁心9被连接成一件，但它们可以一体地形成一件构件。在此情况下，即，丝杠轴22和磁心9被单独形成，可以使用例如具有高强度和出色耐磨性的SUS材料形成丝杠轴22，使用软磁性材料例如具有出色磁效率的SUY形成磁心9。另一方面，在这种情况下，即，丝杠轴22和磁心9被一体形成为一件构件的情况下，不仅可以通过减小构成部件的数量来降低制造成本，而且提高了在丝杠轴22和磁心9之间的同轴定位的精度。

第二轴承24被安装在孔23k中，该孔23k形成在角形件23的保持部分23c中。丝杠轴22的第二轴部分22b被第二轴承24可转动地支撑。

轴加压簧板25被安装在角形件23的保持部分23c上，以如图7至9所示地沿着轴向向下推压丝杠轴22的第二轴部分22b的球面R形最前端，以及作为用于防止齿轨支撑杆26掉出的止挡部分。

齿轨支撑杆26经由形成在顶板部分23a中的孔23i和形成在保持部分23c中的孔23j安装在角形件23中，以便可转动地支撑齿轨27。

齿轨27包括轴孔27a、突起27b、臂部分27c、输出部分27d和弹性钩部分27e。齿轨支撑杆26被插入并安装在轴孔27a中。突起27b与丝杠轴22的外螺纹部分22c啮合。臂部分27c具有弹性，并与突起27b配合将丝杠轴22的外螺纹部分22c夹在突起27b和臂部分27c自身之间。齿轨加压弹簧28的一端28a钩住臂部分27c。输出部分27d将作为驱动力的丝杠轴22的扭矩从步进马达传递到外部装置中。齿轨加压弹簧28的另一端28b钩住弹性钩部分27e。

齿轨加压弹簧28的一端28a钩住支架27的臂部分27c和另一端28b钩住支架27的弹性钩部分27e，以由此相对于丝杠轴22的外螺纹部分22c推压齿轨27的突起27b。

在本实施例中，丝杠轴22的轴向位置由第一轴部分22a的球形表面形状(球面R形状)最前端抵靠第一轴承21的孔21a的底面确定。因此，在丝杠轴22转动期间产生的丝杠轴22的轴向位移受到限制，这导致提高了与丝杠轴22的外螺纹部分22c啮合的齿轨27的轴向运动的精度。轴加压簧板25也用作防止第二轴承24从角形件23的孔23k中掉出的止挡件。

另外，在本实施例中，角形件23不仅支撑丝杠轴22，而且还通过在沿着轴向覆盖磁体8的一端表面的同时以将绕线架5夹在定子1和顶板部分23a之间的方式被固定在定子1上而起到与在第一实施例中的顶板12类似的作用。

如上所述构造出的步进马达提供了比具有这样一种结构的步进马达更有利的效果：在该结构中，角形件被附加地固定在与角形件分开设置的顶板上，即，与第一实施例的步进马达类似的步进马达的分离单元。首先，因为可减小构成部件的数量，所以可以降低制造成本并缩短步进马达的轴向长度。

另外，由于丝杠轴22被定子1和刚性地固定在定子1上的角形件23支撑，可使在两个支撑构件之间的同轴偏差最小。因此，可使在磁体8的外周表面和相应的第一和第二外磁极部分1a和1b的内周表面之间的间隙保持均匀，这使之可以使步进马达稳定地转动。

另外，由于丝杠轴22起到步进马达的转动轴的作用，与例如具有作为单独构件的丝杠轴和转动轴的步进马达的不同之处在于，本实施例的步进马达不必连接丝杠轴和转动轴。由此，没有由于相连而产生的中心偏差，因此可以使步进马达的旋转稳定，并明显减少制造成本。

另外，由于步进马达还设置有齿轨27和齿轨支撑杆28，该齿轨27与丝杠轴22啮合，所以磁体8的转动可以经由丝杠轴22被转换成齿轨27的轴向运动。这样在不使用其它机构例如减速齿轮的情况下，可以仅由本发明步进马达的分步控制来驱动镜头等做线性运动。

应该注意的是，在本实施例中的步进马达的转动驱动方法与在第一实施例中的相同，由此省略了其描述。

如上所述，根据本发明，由于支撑丝杠轴22的角形件23覆盖住磁体8的一端，所以不必要设置顶板。另外，与附加地安装有角形件的步进马达相比，可以使步进马达的轴向长度更短，由此可以实现步进马达的制造成本的减少和尺寸的小型化。

另外，由于丝杠轴22由定子1和刚性地固定在定子1上的角形件23支撑，所以使在两个支撑构件之间的同轴偏差最小。因此，在磁体的外周表面和相应的第一外磁极部分和第二外磁极部分的内周表面之间的间隙变得均匀，这样可以使得步进马达的转动稳定。

另外，由于丝杠轴22起到步进马达的转动轴的作用，例如与具有作为单独构件的丝杠轴和转动轴的步进马达的不同之处在于，本实施例的步进马达不必要将丝杠轴和转动轴相连。因此，没有由于连接而产生的中心偏差，因此可以使步进马达的转动稳定，并明显降低了制造成本。

另外，由于步进马达还设有齿轨27和齿轨支撑杆28，磁体8的转动可以经由丝杠轴22转换成齿轨27的轴向运动。这样在不使用其它机构例如减速装置的情况下，可以仅由本实施例的步进马达的分步控制来驱动镜头等做线性运动。

将上述的有益效果总结起来，本实施例提供了一种尺寸和轴向长度减小的具有丝杠的低成本和高输出功率的步进马达。

尽管在上述第一和第二实施例中，通过示例对步进马达和具有丝杠的步进马达进行了描述，但本发明并不局限于这些实施例，而可以根据本发明的主题进行多种修改，这些都应该包括在本发明的范围内，只要可达到在所附的权利要求中提到的功能和由任意一个上述实施例的结构执行的功能。

另外，尽管在第一和第二实施例中，本发明被应用于步进马达的分离单元，但并不局限于此，本发明可被应用于例如这样的情况，即，根据本发明的步进马达被结合在电子装置例如摄像装置中，用于通过分布控制驱动镜头等做线性运动。

本申请要求享有于2005年4月15日提交的日本申请No.2005-118468的优先权，该日本申请的全部内容在此被引入参考。

Claims (7)

1.一种驱动装置，其包括：

定子，所述定子具有底座，和从所述底座轴向延伸的第一和第二外磁极部分；

转子，所述转子由软磁性材料制成，所述转子被布置在所述第一和第二外磁极部分之间，并具有一个轴向端部被可转动地支撑在所述底座中；

磁体，其被刚性地安装在所述转子的外周上，并且被磁化为不同的磁极沿着圆周方向交替；

盖构件，所述盖构件被刚性地固定在所述第一和第二外磁极部分的相应最前端，并可转动地支撑所述转子的另一个轴向端部；

绕线架，所述绕线架与所述第一和第二外磁极部分接合，所述绕线架具有覆盖所述磁体的外周表面的罩部分；

第一线圈，所述第一线圈通过所述绕线架在所述磁体和所述底座之间的轴向位置处缠绕在所述第一外磁极部分的周围；以及

第二线圈，所述第二线圈通过所述绕线架在所述磁体和所述底座之间的轴向位置处缠绕在所述第二外磁极部分的周围。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述转子包括中空圆筒形磁心和通过所述磁心的孔部分被刚性地安装的转动轴。

3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述转子的结构是从由以下结构构成的一组结构中选出的，即，其中所述转动轴与所述磁心一体形成的结构和其中所述转动轴和所述磁心形成为单独构件的结构。

4.一种驱动装置，其包括：

定子，所述定子具有底座和从所述底座轴向延伸的第一和第二外磁极部分；

转子，所述转子由软磁性材料制成，所述转子被布置在所述第一和第二外磁极部分之间，并且具有一个轴向端部被可转动地支撑在所述底座中；

丝杠轴，所述丝杠轴与所述转子保持一致地转动；

磁体，所述磁体被刚性地安装在所述转子的外周上，并且被磁化为不同的磁极沿着圆周方向交替；

角形件，所述角形件被刚性地固定在所述第一和第二外磁极部分的相应最前端，并且可转动地支撑所述丝杠轴的一个轴向端部；

绕线架，所述绕线架与所述第一和第二外磁极部分接合，所述绕线架具有覆盖所述磁体的外周表面的罩部分；

第一线圈，所述第一线圈通过所述绕线架在所述磁体和所述底座之间的轴向位置处缠绕在所述第一外磁极部分的周围；以及

第二线圈，所述第二线圈通过所述绕线架在所述磁体和所述底座之间的轴向位置处缠绕在所述第二外磁极部分的周围。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述转子包括中空圆筒形磁心。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述丝杠轴和所述磁心的结构从由以下结构构成的一组结构中选出，即，其中所述丝杠轴和所述磁心一体形成的结构和其中所述丝杠轴和所述磁心形成为单独构件的结构。

7.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，进一步包括与所述丝杠轴啮合的齿轨，用于根据所述丝杠轴的转动而轴向运动；以及

支撑构件，所述支撑构件被刚性地固定在所述角形件上，并可转动地支撑所述支架。

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