CN1848629B - 步进电机 - Google Patents

Abstract

一种步进电机，包括；多个极齿在内周缘竖起的圆环状的定子铁芯(31)、以及嵌合在所述极齿周围的空芯线圈(33)，在所述空芯线圈(33)的表面形成有绝缘膜(50)，且在所述空芯线圈(33)的轴线方向的端面(33h)和所述定子铁芯(31)之间夹设有绝缘性薄板(40)。因此，不会引起空芯线圈的绝缘不良。

Description

步进电机

(1)技术领域

本发明涉及一种步进电机。更详细地说，本发明涉及线圈和定子铁芯的绝缘技术。

(2)背景技术

一般地，步进电机大体包括：具有固定在旋转轴上的磁体的转子部；与该转子部相对的定子部；圆环状的线圈绕线筒；卷绕在线圈绕线筒的筒体部上的线圈绕组。

在这种步进电机中，为了实现其小型化，例如若电动机尺寸在直径为10mm左右的话，则在构成定子部的内侧定子铁芯上通过镶嵌成形一体形成线圈绕线筒，以减小绕线筒尺寸。

另外，在电动机尺寸的直径减小为5mm左右时，若在内侧定子铁芯上一体形成线圈绕线筒的话则会导致线圈绕线筒所占比例变大。因此，不能确保所要求的卷线空间，存在不能得到必要的电动机转矩的问题。

因此，开发出一种步进电机，在定子铁芯表面上形成绝缘膜，在该表面上直接卷绕线圈绕组，省略线圈绕线筒使得线圈绕线筒所占比例消失，增大线圈的卷线空间(例如，参照专利文献1)。在这种步进电机中，为了得到良好的电动机特性，而需要在内侧定子铁芯和外侧定子铁芯之间进行磁阻小的磁结合。因此，在专利文献1所示的步进电机中，当在内侧定子铁芯和外侧定子铁芯上形成绝缘膜时，为了确保良好的磁结合，在内侧定子铁芯和外侧定子铁芯的结合部上不形成绝缘膜而进行掩蔽处理。

专利文献1：日本专利特开2004-112985号公报

但是，在上述步进电机中，因为在定子铁芯表面上形成绝缘膜，故在内侧定子铁芯和外侧定子铁芯的结合部上必须进行掩蔽处理，导致组装工序复杂。另外，若掩蔽偏离而在结合部上形成绝缘膜的话，则有可能产生磁阻增大引起的电动机特性恶化、电动机间的特性不均衡。

而且，定子铁芯的形状是多个极齿在内周缘竖起的圆环状这样的复杂形状，故存在绝缘膜很难均匀地形成的问题。在绝缘膜较薄时，存在毛刺引起的导通、耐电压不良的问题，而加厚绝缘膜则会存在阻碍小型化的问题。

另外，相对卷绕在绕线筒上的带绕线筒的线圈来说，空芯线圈仅是卷线薄的绝缘膜，故在电动机组装工序中，有可能与其他金属部件或组装工具接触而导致绝缘膜破坏。因此，在组装卷绕有线圈绕组的内侧定子铁芯时，为了不与其他部件相碰产生断线而必须慎重地进行作业，也存在处理时间延长的问题。

(3)发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种不会引起线圈绕组的绝缘不良的步进电机。

为达到上述目的，技术方案1的步进电机，其特征在于，包括：多个极齿在内周缘竖起的圆环状的定子铁芯、以及嵌合在所述极齿周围的空芯线圈，在所述空芯线圈的表面形成有绝缘膜，且在所述空芯线圈的轴线方向的端面和所述定子铁芯之间夹设有绝缘性薄板。

根据本发明，因为嵌合在定子铁芯的极齿周围的空芯线圈在其表面形成有绝缘膜，故可在空芯线圈的整个表面上以规定的膜厚形成绝缘膜，减少切断和绝缘不良等的产生。

另外，在形成有绝缘膜的空芯线圈的轴线方向的端面和所述定子铁芯之间夹设有绝缘性薄板。该绝缘性薄板与所述绝缘膜相比具有韧性，故即使与所述定子铁芯上形成的毛刺接触也会将毛刺覆盖，在空芯线圈可确实地确保绝缘膜的厚度较薄的角部的绝缘。

技术方案2的发明是在技术方案1所述的步进电机中，所述绝缘性薄板使用粘接剂固定在所述定子铁芯及所述空芯线圈的轴线方向的端面上。

根据本发明，因为所述绝缘性薄板使用粘接剂固定在所述定子铁芯及所述空芯线圈的轴线方向的端面上，故所述空芯线圈被定位在所述定子铁芯上，可维持良好的电动机特性。

即使在动作时，也可防止空芯线圈在轴线方向或径向上移动而与构成电动机的构件接触，减少切断和绝缘不良等的产生。

技术方案3的发明是在技术方案1或2所述的步进电机中，所述绝缘性薄板的材质是聚对苯二甲酸乙酯。由此，可廉价地构成绝缘性薄板。

技术方案4的发明是在技术方案1或2所述的步进电机中，所述绝缘性薄板及所述绝缘膜的材质是聚酰亚胺树脂。根据本发明，因为所述绝缘性薄板及所述绝缘膜的材质是聚酰亚胺树脂，故可构成耐热性较佳的步进电机。

技术方案5的发明是在技术方案1至4中任一项所述的步进电机中，相对所述定子铁芯，多个极齿在内周缘竖起的圆环状的另一定子铁芯在轴线方向上重叠，所述另一定子铁芯和与该另一定子铁芯的轴线方向的端面相对的所述空芯线圈的端面为非接触状态。

根据本发明，所述另一定子铁芯和与该另一定子铁芯的轴线方向的端面相对的所述空芯线圈的端面因气隙而为非接触状态，故没有夹设绝缘性部件，可廉价地保持绝缘性。

本发明的步进电机，其特征在于，包括：多个极齿在内周缘竖起的圆环状的第一定子铁芯、以及嵌合在所述极齿周围的空芯线圈，在所述空芯线圈的表面形成有绝缘膜，且在所述空芯线圈的轴线方向的端面和所述定子铁芯之间夹设有绝缘性薄板。

根据本发明，因为嵌合在定子铁芯的极齿周围的空芯线圈在其表面形成有绝缘膜，故可在空芯线圈的整个表面上以规定的膜厚形成绝缘膜，减少切断和绝缘不良等的产生。

另外，在形成有绝缘膜的空芯线圈的轴线方向的端面和所述定子铁芯之间夹设有绝缘性薄板。该绝缘性薄板与所述绝缘膜相比具有韧性，故即使与所述定子铁芯上形成的毛刺接触也会将毛刺覆盖，在空芯线圈可确实地确保绝缘膜的厚度较薄的角部的绝缘。

(4)附图说明

图1是表示本实施形态的步进电机的侧向剖视图。

图2是表示本发明的空芯线圈和绝缘性薄板的分解组装图。

图3是表示端子台和定子的关系的主视图。

图4是表示端子台和定子的关系的俯视图。

图5是表示端子台的图，(a)为(b)中的I-I线剖视图，(b)为俯视图，(c)为(b)中的II-II线剖视图，(d)为仰视图。

图6是表示台阶部的详细结构的侧视图。

图7是表示电动机的图，(a)为侧视图，(b)为仰视图。

图8是表示电动机壳体和安装用板的焊接的仰视图。

图9是表示其他例的电动机壳体和安装用板的焊接的图，(a)为侧视图，(b)为仰视图。

图10是表示其他例的电动机壳体的图，(a)为主视图，(b)为侧视图。

(符号说明)

1           步进电机

2           转子部

3           定子部

31、32      定子铁芯

33、34      空芯线圈

33h、33f    端面

40          绝缘性薄板

50          绝缘膜

(5)具体实施方式

(步进电机的结构)

图1为适用本发明的PM(永磁体)型步进电机的主要部分的剖视图。图2为表示图1所示的步进电机1的定子部3的结构的说明图。

(电动机的构成)

图1所示的本实施形态的步进电机1，包括：具有旋转轴21和转子磁体(永磁体)22的转子部2、以及与该转子磁体22留有间隙地相对配置的定子部3。旋转轴21由轴承4旋转自如地支撑，且由与旋转轴21的一端抵接的弹簧构件5向轴线方向弹性施力。旋转轴21的另一端侧的支撑由未图示的、轴承4以外的轴承旋转自如地支撑。该另一轴承例如设置在第一定子铁芯31的出口端开口或者安装用板内侧的开口附近，或者通过未图示的外壳设置在旋转轴21的前端部分。

在构成转子部2的旋转轴21上，转子磁体22通过粘接固定在旋转轴21上，转子磁体22由近似圆筒状的永磁体构成。

在转子磁体22的轴向两端面上形成有圆形的凹部，通过形成这些凹部，使转子磁体22本身重量更加轻。这样，由于重量轻而使转子磁体22的惯性矩减小。

旋转轴21的另一端成为为了输出步进电机1的旋转而延长的输出轴。

定子部3通过第一定子铁芯31、以及与第一定子铁芯31背对背地进行固定的第二定子铁芯32，构成为2相结构。

第一和第二定子铁芯31、32构成为分别交替地设有多个极齿(日文：極歯)。这些极齿的外周部和极齿间的齿座(日文：菊座)经过倒角加工。因此，可降低因极齿的毛刺而引起的空芯线圈33、34的绝缘不良。在此，经倒角加工后的毛刺的大小最好为0.03mm以下。

在第一定子铁芯31的各极齿的外周配置有圆环状的空芯线圈33，同样，在第二定子铁芯32的各极齿的外周配置有圆环状的空芯线圈34。

这种圆环状的空芯线圈33、34的全部表面都形成有提高绝缘性用的绝缘膜50。该绝缘膜50例如通过浸渍涂装形成。

在第一定子铁芯31和空芯线圈33之间夹设有绝缘性薄板40，在本实施形态中，绝缘性薄板40用粘接剂固接在第一定子铁芯31和空芯线圈33上。同样，在第二定子铁芯32和空芯线圈34之间使用粘接剂固接有绝缘性薄板40。

该步进电机1包括：定子铁芯31、32；组装在该定子铁芯31、32上的空芯线圈(驱动线圈)33、34；以及端子台35，设置有多个端子脚36，在该端子脚36上卷绕该空芯线圈(驱动线圈)33、34的卷线末端33a、34a。如图3和图4所示，端子台35的嵌合部35a与定子铁芯31、32的嵌合部31b、32b相嵌合，且端子台35和空芯线圈33、34之间设置有间隙41。

端子台35的嵌合部35a为通孔。定子铁芯31、32的嵌合部31b、32b由压入嵌合部35a中的突起构成。由此，使得装配简单，且可防止端子台35倒下。如图5所示，端子脚36由金属制的L字型的脚构成。并且，端子脚36与由液晶聚合物构成的绝缘材料一起镶嵌成形而形成为端子台35。利用液晶聚合物从而可以得到高耐热性。

端子脚36配置为正方形。由此，与现有的以直线状配置的情况相比，可缩短端子台35在电动机圆周方向的长度，故能够实现步进电机1的小型化。

各端子脚36朝向与步进电机1的径向相平行的方向设置。各端子脚36的底部36a朝向步进电机1的轴向设置，并从端子台35稍微突出。这样的话，在底部36a上也可进行配线，因此，例如由于设置空间的关系而不能在端子脚36上配线时，也可在底部36a进行配线。另外，即便是在将步进电机1设置在装置上后，也可利用底部36a确认步进电机1的电气特性。再者，端子脚36是L字型，故其耐脱落的强度极强。

另外，在嵌合在定子铁芯31、32的嵌合部31b、32b内的一侧的端子台35的嵌合部35a的周边上形成有多个突起42。这样的话，如图5(a)所示，防止卷线末端33a、34a与用于从电动机壳体37引出卷线的通孔的边缘抵接，从而能够防止边缘引起的断线。并且，突起42卡在电动机壳体37的边缘上，能够防止端子台35倒下。

另外，在端子台35的端子脚36的周边形成有台阶部43，卷线末端33a、34a在台阶部43上攀爬地卷绕在端子脚36上。由此，如图6和4所示，卷线末端33a在台阶部43中到达端子脚36，故即使以后安装FPC44等也不会对卷线的到达端子脚36之前的部分33b进行干涉。因此，该部分33b不会因FPC44而被切断，能够提高安装步进电机1时的产品合格率。

另外，第一定子铁芯31被另一第一定子铁芯37收纳，同样，第二定子铁芯32被另一第二定子铁芯38收纳。

并且，本实施的形态中，另一第一定子铁芯37也作为电动机壳体的发挥作用，以下称为第一电动机壳体37。同样，另一第二定子铁芯38称为第二电动机壳体38。

如图1所示，第一和第二定子铁芯31、32以及第一电动机壳体37、第二电动机壳体38被与旋转轴21的轴线同芯地设置，通过熔敷加以固接。

在此，如图7和8所示，该步进电机1具有：在侧向设置有开口部46的电动机壳体37、以及安装该电动机壳体37的安装用板45。电动机壳体37的开口部46截面的与安装用板45接触的平面、和安装用板45的平面以激光焊接加以固定。

第一电动机壳体37通过拉深加工形成为有底的圆筒状，圆周侧面的相对的2个面沿轴向剪断，底面37a形成为类似椭圆形。另外，安装用板45比电动机壳体37的底面37a大得多。并且，如图8所示，对电动机壳体37的底面37a和安装用板45的台阶部分从沿着轴向的方向进行激光焊接(图中符号47为焊接部位)。焊接部位47的位置和数量可以适当的设定。

本实施的形态中，如图1和图2所示，由第一定子铁芯31和第一电动机壳体37形成的轴线方向的长度X、空芯线圈33的轴线方向的长度Y、以及绝缘性薄板40的厚度Z之间的关系为：X＞Y+Z。

在第一电动机壳体37的轴线方向的端面、和与该端面相对的空芯线圈33的端面之间为确保绝缘性而形成有间隙S。在第二电动机壳体38和空芯线圈34的轴线方向上同样形成有间隙S。因此，在线圈33、34和电动机壳体37、38之间，通过线圈33、34的绝缘膜50和间隙S这样的双重绝缘性，从而可确保绝缘。

轴承4由具有润滑性的树脂形成，并径向旋转自如地支撑旋转轴21的一端。

在径向支撑的轴承4上形成有：对插入的旋转轴21进行支撑的轴承部、压入固定于第二定子铁芯32的内径内的压入部、外周部的一部分在径向上突出的边缘部。

轴承4的上述轴承部嵌入配置在转子磁体22的凹部中，从而抑制步进电机1整体的轴向尺寸。

上述轴承部的内径与旋转轴21的外径相比，大小为能够形成空隙的程度。

另外，轴承4的上述边缘部载置在第二定子铁芯32上，进行轴线方向的定位。

弹簧构件5由一枚金属板形成，设置有与旋转轴21的一端抵接的弹簧片以及中心孔。另外，弹簧构件5熔敷固定在第二电动机壳体38上。

另外，弹簧构件5的上述弹簧片与旋转轴21的一端抵接，对旋转轴21在轴线方向上弹性施力。

以下，参照图2对构成定子部的空芯线圈和绝缘性薄板加以说明。

本实施形态中，定子部3由2组构成，由于是相同的结构，在此仅对第一定子铁芯31加以说明，第二定子铁芯32的说明省略。

嵌合于第一定子铁芯31的空芯线圈33，在卷绕多匝的线圈绕组的全部表面上涂敷绝缘膜50。

上述线圈绕组的表面上形成有薄的自融层，当加热时自融层熔化并与相邻的线圈绕组相互间固接。另外，在卷绕多匝的线圈绕组的全部表面上形成的绝缘膜50，在本实施形态中是以聚酰亚胺树脂为主的涂料。

该空芯线圈33的制造工序如下。

首先，将上述线圈绕组在作为卷芯的棒材上以能得到规定的电动机转矩的圈数进行卷绕，并使卷绕开始端33a和卷绕结束端33a在卷绕层的表面露出。并且，作为卷芯的棒材的外径与由形成于第一定子铁芯31上的多个极齿构成的外周大致相同。

绕组在卷绕的中途从外部吹入热风，在卷绕的同时使自身熔融，使卷绕在卷芯上的线圈绕组相互间粘接。熔融后，将作为卷芯的棒材抽出，卷绕的线圈绕组形成为空芯线圈33。

另外，卷线的自我熔融可以在卷绕后，在卷绕开始端33a和卷绕结束端33a之间施加规定的电压，使线圈绕组上通过电流，使之发热后，线圈绕组表面的自融层熔融固化，将卷绕在卷芯上的线圈绕组相互间粘接。

接下来，在空芯线圈33的表面上利用浸渍涂装形成绝缘膜50。简单说明的话，浸渍涂装是将空芯线圈33浸渍在以聚酰亚胺树脂为主的涂料槽内，提出后用吹风机将涂料吹去，并使其干燥。将上述工序反复实施，直到确保规定的膜厚、例如本实施形态中是30μm程度的膜厚为止。绝缘膜的厚度最好是在嵌合或固接有空芯线圈的定子铁芯的毛刺和缩孔的大小以上。另一方面，若绝缘膜加厚则会导致线圈大型化，故最好在100μm以下。

在空芯线圈33的轴线方向的端面33h上，在与第一定子铁芯31的端面31a之间夹设有绝缘性薄板40。

绝缘性薄板40是环状，且在本实施形态中，其材质为聚对苯二甲酸乙酯。本实施形态中，绝缘性薄板40的厚度是16μm，在其耐压电压在100v以上时能确保良好的绝缘性。绝缘性薄板40与绝缘膜50相比具有韧性。

另外，本实施形态中，绝缘性薄板40的内径与第一定子铁芯31的多个极齿的外周大致相同，其外径比第一定子铁芯31的外径小。

由于比第一定子铁芯31的外径小，当对第一定子铁芯31和第二定子铁芯32进行熔敷时，不会形成妨碍。

空芯线圈33、绝缘性薄板40、第一定子铁芯31使用粘接剂加以固定。通过固定，可以防止空芯线圈33在轴线方向上移动而与轴线方向相对的第一电动机壳体37的端面接触。

另外，浸渍涂装时，与空芯线圈33的外周面33b及内周面33c相比，角部33d～33g不容易挂上涂料，用吹风机时易于被吹走。因此，这些角部33d～33g与外周面33b及内周面33c相比，有时膜厚会变薄。

即，当在第一定子铁芯31的端面31a上残留有毛刺等时，由于第一定子铁芯31的多个极齿的基端部形成为R形状，从而在嵌合空芯线圈33时，推压到这些毛刺和R部上，绝缘膜50剥落，有可能会使线圈绕组与第一定子铁芯31之间短路，或线圈绕组断线。

但是，由于夹设有绝缘性薄板40，绝缘性薄板40比绝缘膜50具有韧性，故即使与第一定子铁芯31上形成的毛刺接触也不会破损，而会将毛刺覆盖。

因此，绝缘性薄板40起到补充空芯线圈33的端面33h(包括角部在内)的绝缘膜50的厚度的作用，从而可确保与第一定子铁芯31的绝缘。

上述步进电机1组装时，如图2所示，在卸下第一电动机壳体37(或第二电动机壳体38)后的第一定子铁芯31(或第二定子铁芯32)上用粘接剂固接绝缘性薄板40。

粘接后，将空芯线圈33(或空芯线圈34)嵌合在第一定子铁芯31(或第二定子铁芯32)的极齿的外周，粘接固定空芯线圈33。并且，将端子台35压入而临时固定于第一及第二定子铁芯31、32的嵌合部31b、32b上。并且，将空芯线圈33、34的末端33a、34a卷绕在端子脚36上。

接着，安装第一电动机壳体37(或第二电动机壳体38)，组装定子部3。如图1所示，该定子部3与转子磁体22留有间隙地相对配置而组装。在此，端子台35被最终粘接固定于第一及第二电动机壳体37、38上。

关于步进电机1的安装因为与现有众所周知的步进电机等的安装相同，在此详细说明从略。

(其他的实施形态)

上述的形态仅是本发明的较佳形态的一例，本发明并不局限于此，在不脱离本发明的宗旨的前提下可以进行各种变形实施。

例如，本实施形态中，绝缘性薄板40的材质为聚对苯二甲酸乙酯，但并不局限于此，也可以是聚酯或聚酰亚胺树脂等。

另外，在绝缘性薄板40用与绝缘膜50相同的聚酰亚胺树脂来形成时，能够构成绝缘性和耐热性都很优良的步进电机。

本实施形态中，绝缘性薄板40是用粘接剂加以固定的，但并不局限于此，也可不粘接而以压入等方式固定。

本实施形态中，绝缘性薄板40是环状的，但并不局限于此，也可是断片地设置等其他的形状。

在本实施形态中，第一电动机壳体37是将有底圆筒形的圆周侧面的相对2个面在轴向上剪断形成的，但并不局限于此，如图10所示，也可利用拉深加工形成为带类似椭圆形底的圆筒形状，并通过冲压加工使其平面状的侧面部开口来形成。此时，仅残留开口部46的底面37a侧的边缘，作为肋37b起作用。由此，可抑制第一电动机壳体37的变形。

(步进电机的动作)

如上构成的步进电机1，向定子部3的空芯线圈33、34通入规定的电流，由于定子部3和转子磁体22之间的磁场相互作用，转子磁体被施力旋转，与其一体的旋转轴21也旋转。

因为步进电机1的动作与现有公知的步进电机等的动作相同，故在此详细说明从略。

步进电机1，其特征在于，包括：多个极齿在内周缘竖起的圆环状的第一定子铁芯31、以及嵌合在上述极齿周围的空芯线圈33，在该空芯线圈33的表面形成有绝缘膜50，且在空芯线圈33的轴线方向的端面33h和第一定子铁芯31之间夹设有绝缘性薄板40。

采用步进电机1的话，则嵌合在第一定子铁芯31的极齿周围的空芯线圈33在其表面形成有绝缘膜50，故可在空芯线圈33的整个表面上以规定的膜厚形成绝缘膜50，减少切断和绝缘不良等的产生。

另外，在形成有绝缘膜50的空芯线圈33的轴线方向的端面33h和第一定子铁芯31之间夹设有绝缘性薄板40。该绝缘性薄板40与绝缘膜50相比具有韧性，故即使与第一定子铁芯31上形成的毛刺接触也会将毛刺覆盖，在空芯线圈33可确实地确保绝缘膜50的厚度较薄的角部的绝缘。

在步进电机1中，绝缘性薄板40使用粘接剂固定在第一定子铁芯31及空芯线圈33的轴线方向的端面上。

由此，因为绝缘性薄板40使用粘接剂固定在第一定子铁芯31及空芯线圈33的轴线方向的端面上，故空芯线圈33被定位在第一定子铁芯31上，可维持良好的电动机特性。

即使在动作时，也可防止空芯线圈33在轴线方向或径向上移动而与构成电动机的构件接触，减少切断和绝缘不良等的产生。

在步进电机1中，绝缘性薄板40的材质是聚对苯二甲酸乙酯，故可廉价地构成绝缘性薄板40。

在步进电机1中，相对第一定子铁芯31，多个极齿在内周缘竖起的圆环状的第一电动机壳体37(另一第一定子铁芯)在轴线方向上重叠，第一电动机壳体37和与该第一电动机壳体37的轴线方向的端面相对的空芯线圈33的端面为非接触状态，故没有夹设绝缘性部件，可廉价地保持绝缘性。

Claims (4)

1.一种不具有绕线筒的步进电机，包括：多个极齿在内周缘竖起的圆环状的定子铁芯，其特征在于，还包括嵌合在所述极齿周围的空芯线圈，在所述空芯线圈的通过卷绕多圈线圈卷成的整个表面形成有绝缘膜，且在所述空芯线圈的轴线方向的端面和所述定子铁芯之间夹设有绝缘性薄板，该绝缘性薄板与所述绝缘膜相比具有韧性，该绝缘性薄板的材质为聚对苯二甲酸乙酯。

2.如权利要求1所述的不具有绕线筒的步进电机，其特征在于，所述绝缘性薄板使用粘接剂与所述定子铁芯和所述空芯线圈的轴线方向的端面固定。

3.如权利要求1所述的不具有绕线筒的步进电机，其特征在于，所述绝缘膜的材质是聚酰亚胺树脂。

4.如权利要求1至3中任一项所述的不具有绕线筒的步进电机，其特征在于，相对所述定子铁芯，多个极齿在内周缘竖起的圆环状的另一定子铁芯在轴线方向上重叠，所述另一定子铁芯和与该另一定子铁芯的轴线方向的端面相对的所述空芯线圈的端面为非接触状态。

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