CN204068640U - 永磁式步进电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁式步进电机，减少凸极式的PM型步进电机在驱动时的噪声。在构成具有将A相的定子与B相的定子结合的结构的PM型步进电机的各定子的内磁轭(111)中，为了进行2个定子的内磁轭彼此的接合而设置的内磁轭(111)的合型销和孔的位置位于以通过用于与外磁轭嵌合的2个突起(111e)之间的中间位置和内磁轭(111)的中心点的中心线为对称轴的线对称的位置，该位置自上述中心线起所成的角度θ在30°＜θ＜90°的范围。

Description

永磁式步进电机

技术领域

本实用新型涉及减少了噪声的永磁式步进电机。

背景技术

凸极式的PM(Permanent Magnet：永磁)型步进电机被广泛应用于OA设备，计算机周边设备，空调设备等。凸极式的永磁式步进电机包含定子和具有圆筒状的永久磁石的转子。转子在定子的内侧以能够旋转的状态被保持。定子具有将2组定子单体接合的构造。其中，定子单体由内磁轭、外磁轭以及配置于它们之间的线圈构成。而且，通过将上述2个定子单体以内磁轭彼此背对的方式沿轴向重叠接合来构成定子。

另外，内磁轭和外磁轭具备多个沿轴向延长的极齿，内磁轭的极齿和外磁轭的极齿为以在交替处具有缝隙的状态啮合的配置。而且，转子以能够旋转的状态经由规定的空隙位于这些极齿的内侧。作为上述构造的永磁式步进电机已知例如专利文献1所述的结构。

图6～8示出专利文献1所公开的永磁式步进电机。在图6～8所示的构造中，定子2具有2组由内磁轭3、外磁轭4以及配置于它们之间的线圈5构成的定子单体沿轴向重叠组合的构造。这里，2组定子单体以内磁轭3彼此背对的状态被接合。外磁轭4是由软磁性材料构成的有底筒状的部件，具有底部41和圆筒状的外周部42，在形成于底部41的中央的开口43的边缘部形成多个极齿44。在外周部42形成用于供在线轴51形成的端子部53插入并向外侧突出的切口45。

内磁轭3是由软磁性材料构成的圆盘状的部件，在形成于基部31的中央的开口33的边缘部形成多个极齿34。在基部31的外周部形成切口35，在线轴51形成的端子部53从切口35向外部突出。另外，在基部31上隔着开口33彼此对置的位置形成有突起部37以及孔38。该突起部37以及孔38与另一方的内磁轭3的突起部37以及孔38嵌合，进行内磁轭3彼此的定位以及接合。

专利文献1：日本特开平10－295070号公报

在驱动专利文献1记载的凸极式的永磁式步进电机1后，切换向线圈5的通电时转子6也沿轴向振动而产生噪声。另外，同时由于在转子6的永久磁石62和极齿34，44之间作用的电磁力，定子2也沿径向振动而产生噪声。

其中，在专利文献1所述的永磁式步进电机1中，利用形成于内磁轭3的突起部37以及孔38来进行内磁轭3彼此的定位，该突起部37以及孔38形成于分别相对于供端子部53插入并向外侧突出的切口35成90度的位置。在该构造中，存在内磁轭3的保持状态容易产生松动，由于驱动时的振动噪声容易变大的问题。

实用新型内容

在这样的背景下，本实用新型的目的是减少凸极式的永磁式步进电机(PM型步进电机)在驱动时的噪声。

技术方案1所述的本实用新型的特征在于，具备：2相结构的定子，其包括1组具备具有多个极齿的外磁轭、具有多个极齿的内磁轭以及卷绕于线轴的线圈的构成1相的第1定子、以及1组具备具有多个极齿的外磁轭、具有多个极齿的内磁轭以及卷绕于线轴的线圈的构成1相的第2定子，并且这2组第1定子以及第2定子沿轴向重叠地构成上述2相结构的定子；在上述2相结构的定子的内侧被支承为能够旋转的转子，在上述第1以及第2定子设置具有相互嵌合的结构的凸部和凹部，通过使形成于上述第1定子的内磁轭的上述凸部和形成于上述第2定子的内磁轭的上述凹部嵌合，使上述第1定子的内磁轭与上述第2定子的内磁轭彼此背对地接合，在上述第1定子的外磁轭和上述第2定子的外磁轭设置用于使与上述线轴形成为一体的端子向外侧突出的切口，上述第1定子的内磁轭以及上述第2定子的内磁轭在外周缘具备用于与上述外磁轭的上述切口嵌合的2个突起，上述第1以及第2定子的上述内磁轭的上述凸部与上述凹部的位置处于以通过上述2个突起之间的中间位置和上述内磁轭的中心点的中心线为对称轴的线对称的位置，该位置自上述中心线起所成的角度θ在30°＜θ＜90°的范围。根据技术方案1所述的实用新型，能够抑制振动时的振动的产生、减少噪声。

在技术方案1所述的实用新型中，技术方案2所述的实用新型的特征在于，所述角度θ在40°＜θ＜85°的范围。根据技术方案2所述的实用新型能够进一步减少驱动时的噪声。

在技术方案2所述的实用新型中，技术方案3所述的实用新型的特征在于，所述角度θ在55°＜θ＜70°的范围。根据技术方案3所述的实用新型能够更进一步减少驱动时的噪声。

根据本实用新型能够减少凸极式的PM型步进电机驱动时的噪声。

附图说明

图1是示出本实用新型的PM型步进电机的剖视图。

图2是图1所示的内磁轭的立体图。

图3是图1所示的外磁轭的立体图。

图4是图2所示的内磁轭的俯视图。

图5是示出形成于内磁轭的合型销和孔与振动的关系的图。

图6是示出现有的PM型步进电机的图。

图7是图6所示的现有的PM型步进电机的剖视图。

图8是示出图7所示的现有的PM型步进电机的内磁轭的图。

附图标记

100…PM型步进电机，101…定子，102…A相的定子，103…B相的定子，104…转子，105…轴承，106…轴承，107…轴，108…套筒，109…永久磁石，110…外磁轭，110a…底板部，110b…圆筒部，110c…开口，110d…极齿，110e…定位孔，110f…突起，110g…阶梯部，110h…切口，111…内磁轭，111a…开口，111b…极齿，111c…合型销，111d…孔，111e…突起，112…线轴，113…线圈。

具体实施方式

(大致的结构)

以下，基于附图说明本实用新型的PM型步进电机的实施方式。图1示出实施方式的PM型步进电机100。PM型步进电机100是凸极式的PM型步进电机。PM型步进电机100具有由沿轴向重叠的A相的定子102和B相的定子103构成的2相(A相，B相)结构的定子101。其中，A相的定子102和B相的定子103具有相同的结构，以使轴向上的朝向反转的状态背对地结合，构成定子101。与图7相同，在定子101的内侧，转子104隔着规定的空隙借助轴承105、106以能够旋转的状态被配置于定子101。

转子104具有轴107、固定于轴107的套筒108、固定于套筒108的外周面的转子磁铁亦即圆筒状的永磁铁109。永磁铁109的外周面被磁化成沿周向SNSN……地交替的极性反转的磁极的结构。

A相的定子102由软磁性材料(例如冷间压延钢板、电磁钢板等)构成的杯状的外磁轭110(参照图3)、软磁性材料(例如冷间压延钢板、电磁钢板等)构成的圆板状的内磁轭111(参照图2)、由绝缘性的树脂成形的线轴112、以及卷绕于线轴112的线圈113构成。

如图3所示，外磁轭110由底板部110a和圆筒部110b构成。在底板部110a的中央形成开口110c，在开口110c的周缘以相等的间隔竖立设置构成为梳齿状的多个极齿110d(图3中为12个极齿)。另外，在底板部110a形成多个定位孔110e以及向轴向外侧突出的多个突起110f。在圆筒部110b的端部的内侧周缘形成阶梯部110g，在外周形成切口110h。

如图2所示，圆板状的内磁轭111在中央形成开口111a。在开口111a的周缘以相等的间隔竖立设置构成为梳齿状的多个极齿111b(图2中为12个极齿)。在内磁轭111形成凸状的部分亦即合型销111c以及供合型销111c嵌合的凹部亦即孔111d，在外周缘的一部分形成切口的同时形成2个的突起111e。合型销111c和孔111d形成为以中心线y为对称轴的线对称的位置关系(参照图4)。

(组装顺序以及详细的结构)

以下，对PM型步进电机100的组装顺序进行说明，同时对详细的结构进行说明。首先，在如图3所示的外磁轭110的圆筒部110b和极齿110d之间的圆环形状的空间配置卷绕了线圈113的线轴112。而且，使内磁轭111的2个突起111e嵌合于装配有线轴112的外磁轭110的切口110h，并且使内磁轭111的外周缘部嵌合于外磁轭110的阶梯部110g。此时，通过使内磁轭111的突起111e与外磁轭110的切口110h嵌合来进行内磁轭111相对外磁轭110的定位。其中，使内磁轭111与外磁轭110嵌合时，内磁轭111的极齿111b与外磁轭110的极齿110d以规定的间隔在周向交替啮合。另外，卷绕于线轴112的线圈113配置于极齿110d，111b的外侧。而且，与线轴112形成为一体的端子114从外磁轭110的切口110h向外侧突出。

另外，在线轴112的凸缘一体成形地形成沿轴向突出的多个突起112a，通过该突起112a与形成于外磁轭110的底板部110a的定位孔110e嵌合来进行线轴112相对外磁轭110的定位。

B相的定子103也与A相的定子102相同，构成为包含由软磁性材料(例如冷间压延钢板、电磁钢板等)构成的杯状的外磁轭110、由软磁性材料(例如冷间压延钢板、电磁钢板等)构成的圆板状的内磁轭111、由绝缘性的树脂成形的线轴112、以及卷绕于线轴112的线圈113。由于B相的定子103的组装结构也与A相的定子102相同，因此省略其说明。

得到A相的定子102和B相的定子103后，将它们接合。具体而言，使形成于A相的定子102的内磁轭111的合型销111c与形成于B相的定子103的内磁轭111的孔111d嵌合，使形成于B相的定子103的内磁轭111的合型销111c与形成于A相的定子102的内磁轭111的孔111d嵌合。通过该工序，A相的定子102和B相的定子103被背对地接合。此时，A相的定子102和B相的定子103的接合被定位为电气角相差90°相位。定位并接合A相的定子102和B相的定子103后，通过焊接将A相的定子102和B相的定子103彼此固定。

而且，例如，在由铁板(例如冷间压延钢板)构成的圆板状的后板115的中央安装轴承105(例如烧结含油轴承)，将安装了轴承105的后板115固定于B相的定子103的外磁轭110的底板部110a。此外，显然后板115不限定于铁板。

其中，对后板115向底板部110a的固定而言，使在底板部110a形成的突起110f与在后板115形成的孔嵌合，进行定位使得轴承105与B相的定子103的开口110c为规定的同心度，从而将后板115与底板部110a固定。作为固定方式采用例如焊接、粘合、铆接等方式。

接下来将转子104配置于定子101的内侧，将轴107的一方侧插入安装于后板115的轴承105。而且，将轴107的另一方侧插入安装于前板116的轴承106，并将前板116固定于A相的定子102的外磁轭110的底板部110a。对于前板116向A相的定子102的外磁轭110的底板部110a的固定而言，与后板115的固定方法相同，使在外磁轭110的底板部110a形成的突起110f与在前板116形成的孔嵌合，进行定位使得轴承106与A相的定子102的开口110c为规定的同心度，从而将前板116与底板部110a固定。作为固定方式采用例如焊接、粘合、铆接等方式。

(特征)

接下来对PM型步进电机100的特征进行说明。由于A相的定子102与B相的定子103的结构相同，以下着重说明A相的定子102。

如图2所示，在圆板状的内磁轭111分别形成合型销111c和孔111d。在图8所示的现有的PM型步进电机中，作为合型销的突起部37和孔38形成于相对通过切口35的中心线分别成θ＝90°的位置，作为合型销的突起部37和孔38配置于彼此成180°的角度位置。

与此相对，本实用新型的PM型步进电机100的内磁轭111如图4所示，合型销111c和孔111d分别配置于成θ＝62°的位置。

PM型步进电机被驱动时，产生转子和定子的极齿彼此吸引的电磁力，该电磁力使定子变形为多边形。通过该电磁力的变形随时间变化而振动。该振动通过具有每个振动模式所决定的不同值被分类。该振动模式能够利用使用计算机模拟的称为模式解析的解析手法来解析。

图5是示出形成于内磁轭111的合型销111c和孔111d与振动的关系的图。其中，通过内磁轭111的中心点O的中心线y通过内磁轭111的2个突起111e之间的中间地点。而且，中心线y与通过内磁轭111的中心点O和合型销111c的线所成的角度θ等于中心线y与通过中心点O和孔111d的线所成的角度θ，合型销111c和孔111d的位置为以中心线y为对称轴的线对称的位置关系。

其中，可以使决定形成于内磁轭111的合型销111c和孔111d的位置的角度θ变为32°，47°，62°，76°，90°，通过模式解析来调查在各条件下产生的内磁轭111的振动。结果如图5所示。此外，关于合型销111c和孔111d的位置，当角度θ＝90°的情况下，为与图8所示的现有的PM型步进电机相同的结构。

如图5所示，关于合型销111c和孔111d的位置，θ为90°时，产生的振动急剧地增加。在其附近，θ仅增加一点时振动的振幅就急剧增加。

另一方面，若角度θ在30°＜θ＜90°的范围，则能够使振动的振幅比现有的PM型步进电机的角度θ＝90°的情况下的振动的振幅小。另外，从图5可知，当40°＜θ＜85°时能够进一步抑制振动，当在55°＜θ＜70°的范围时能够更进一步抑制振动。此外，从图5可以读出当θ为85°以上时，随着角度的增加的振幅的增加变得显著。

这样，使形成于内磁轭111的合型销111c和孔111d的位置与用于供端子114向外侧突出的外磁轭110的切口110h接近，通过将通过内磁轭111的2个突起111e的中间点的中心线y与合型销111c和孔111d的位置所成的角度θ设定在至少30°＜θ＜90°的范围，能够使振动的振幅比现有的PM型步进电机小。而且，通过抑制振动能够使噪声减少。

本实用新型的方式不限于上述各个实施方式，包含本领域技术人员能想到的各种变形，本实用新型的效果也不限于上述内容。即在技术方案的范围规定的内容以及能够从其等效物导出的不脱离本实用新型的概念的思想和主旨的范围内能够进行各种追加、变更以及部分删除。

Claims (3)

1.一种永磁式步进电机，其特征在于，

具备：2相结构的定子，其包括1组具备具有多个极齿的外磁轭、具有多个极齿的内磁轭以及卷绕于线轴的线圈的构成1相的第1定子、以及1组具备具有多个极齿的外磁轭、具有多个极齿的内磁轭以及卷绕于线轴的线圈的构成1相的第2定子，并且这2组第1定子以及第2定子沿轴向重叠地构成上述2相结构的定子；以及在上述2相结构的定子的内侧被支承为能够旋转的转子，

在上述第1以及第2定子设置具有相互嵌合结构的凸部和凹部，

通过使形成于上述第1定子的内磁轭的上述凸部和形成于上述第2定子的内磁轭的上述凹部嵌合，使上述第1定子的内磁轭与上述第2定子的内磁轭彼此背对地接合，

在上述第1定子的外磁轭和上述第2定子的外磁轭设置用于使与上述线轴形成为一体的端子向外侧突出的切口，

上述第1定子的内磁轭以及上述第2定子的内磁轭在外周缘具备用于与上述外磁轭的上述切口嵌合的2个突起，

上述第1以及第2定子的上述内磁轭的上述凸部与上述凹部的位置处于以通过上述2个突起之间的中间位置和上述内磁轭的中心点的中心线为对称轴的线对称的位置，该位置自上述中心线起所成的角度θ在30°＜θ＜90°的范围。

2.根据权利要求1所述的永磁式步进电机，其特征在于，

上述角度θ在40°＜θ＜85°的范围。

3.根据权利要求2所述的永磁式步进电机，其特征在于，

上述角度θ在55°＜θ＜70°的范围。