CN1630975A - 扁平型步进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扁平型步进电机，这种步进电机组装在小型和小轮廓的电子设备中，例如打印机，传真机，软磁盘驱动器等。该步进电机包括一对定子单元(A、B)构成的定子组件，以及可转动地设置定子组件中心的转子组件(50)。每个定子单元(A或B)形状和结构彼此相同，并且还包括多个朝上和朝下的极齿，其中，两个上和下定子磁轭(30、31或32、33)彼此结合，使得极齿以相对彼此偏移180度电角度的相位彼此啮合，励磁线圈(40或42)设置在极齿的相反一侧上，定子组件通过将该对定子单元的尖端通过非磁性材料的垫片彼此连接而形成，使得彼此相邻的极齿之间的间隔相互之间为90度或270度的电角度。

Description

扁平型步进电机

技术领域

本发明涉及一种步进电机结构，并且更具体地，本发明涉及一种扁平型步进电机，该电机在轴向上具有减小的尺寸。

背景技术

近年来，在诸如打印机，传真机以及软盘(商标)驱动器的各种电子设备中越来越需要高性能，并因此不断地增大对具有诸如高扭矩的高性能以及具有诸如低变动力矩(cogging torque)和低振动的高质量步进电机的需求。PM(永磁体)类型的步进电机在某种程度上满足上述要求，并广泛地应用在电子设备中。

图1至图5对广泛使用的传统PM类型的步进电机进行了解释，其中图1是该步进电机的局部剖切的透视图，图2是该步进电机的一个定子单元的(局部)剖面图，图3是该步进电机的定子组件的分解透视图，图4是该步进电机的轴向剖面图，图5是该步进电机定子组件的内圆周(极齿(poleteeth))的展开图。

图1中所示的是：从一块不锈钢板上冲压出来的前板1；由浸油合金所制成的前轴承2；从软磁性钢板冲压出来并且形成环形形状的定子磁轭3，3’，在其内部圆周具有向上弯曲的极齿10；线圈4，4，每个线圈包括线圈架5，该线圈架具有围绕其缠绕的聚氨酯敷层的铜导线；两个定子单元6，6’，每个定子单元容纳线圈4并且彼此同轴相连来构成定子组件7；作为旋转中心的旋转轴8；面对着定子磁轭3，3’的极齿10并且在外圆周上具有多个磁极11(见图4)的场转子磁体(field rotor magnet)9；以及与转子磁体9和旋转轴8相连由此构成转子组件22的套管12(见图4)。

参考图3，每个定子单元6，6’包括定子磁轭3和3’，当定子磁轭3和3’彼此耦合时，相应的极齿10被布置成以其间恒定的间隔彼此互相咬合，如图2所示，其中定子磁轭3的极齿10从定子磁轭3’的极齿10偏移180度的电角度。通过使用聚合材料的模制方法，或者通过等离子体焊接方法将构成定子组件7的两个定子单元6和6’彼此同轴地连接在一起，从而使相互咬合的定子单元6和6’的极齿10彼此偏移90度的电角度。

参考图4，转子组件22构成为使得作为旋转中心轴线的轴8被压配合在套管12中，该套管被插入场转子磁体9中并且被粘结到该场转子磁体9上以与之同心。如此构成有多极磁化的场转子磁体9的转子组件22可旋转地保持在定子组件7中，且旋转轴8插入而穿过前轴承2和后轴承16，该前、后轴承都由浸油合金所制成并且分别固定到前板1和后板15上，从而使具有多个磁极11的场转子磁体9面对着定子组件7的内圆周(由极齿10所定义)，且其间具有小的气隙以使它们彼此间同心。前、后板1和15通过例如等离子焊接的方法被分别固定连接到定子6和6’上。

图5中以展开的方式示出定子单元6和6’的极齿10的一个例子。在这个例子中，每个定子单元6，6’在360度空间角内具有10个极齿10，并且该极齿10具有与转子磁体9的磁极11(在图中未示出)的宽度相同的间距。

所述电子设备不断减小尺寸且外形轮廓降低，因此，要求包括PM类型的步进电机在内的这些设备中的元件减小尺寸和外形轮廓。特别地，即使导致水平面积尺寸的增加，也非常需要PM类型步进电机的小型化。但是，从图1和图4得知，上述传统PM类型步进电机具有两个定子单元6和6’，它们在轴向上堆叠在一起，这就限制了对轴向尺寸的减少，即限制了外形轮廓的减少。

本发明根据上述情况提出，其目的在于提供一种小型化的步进电机，其进一步地减少了在轴向的尺寸。

发明内容

为了获得上述目的，根据本发明，一种步进电机包括：(a)由第一和第二定子单元构成的定子组件，第一和第二定子单元这样构成，即：使得对于上和下定子磁轭，上和下定子磁轭中每个具有多个沿其一侧形成并朝彼此向上弯曲的极齿，并且定子磁轭具有朝向它的与具有极齿一侧相反的一侧布置的励磁线圈，该上和下定子磁轭以它们相应的极齿彼此偏移180度电角度的方式相互耦合，并且第一和第二定子单元通过在它们之间插入的非磁性材料的垫片而使它们相应的最前面彼此连接，使得最靠近该垫片定位并且彼此相邻的相应远端极齿相互偏移90度或270度的电角度；以及(b)转子组件，该转子组件包括中空圆柱磁体，并且可旋转地居中放置在定子组件中，使得磁体面对定子磁轭的极齿，且其间具有小的气隙。相对于两个定子单元同心地彼此堆叠的传统的步进电机来说，如此构造的步进电机具有减小的轴向尺寸(轮廓)，因此可以成功地获得小轮廓的步进电机。

在小轮廓的步进电机中，每个上定子磁轭和下定子磁轭被成形为半圆环，具有多个沿其内圆周形成的极齿，并且具有形成在其外圆周上以致在相对于极齿的方向上突出的磁路部分，该磁路部分使其远端部插入到缠绕有励磁线圈的线圈架的中空部分内。

同样，在小轮廓电机中，当第一和第二定子单元通过注入树脂彼此被固定连接时，插入到其间的垫片可以被消除或由注入的树脂所替代，因此可以减少元件的数量。

附图说明

图1是传统PM类型步进电机的局部剖面透视图：

图2是图1中所示传统PM类型步进电机的一个定子单元的(局部)横截面；

图3是图1中所示传统PM类型步进电机的一个定子组件的分解透视图；

图4是图1中所示传统PM类型步进电机的一个定子组件的轴向剖面图；

图5是图1中所示传统PM类型步进电机的一个定子组件的内圆周(极齿)的展开图；

图6是根据本发明实施例的小轮廓步进电机相关部件的分解透视图；

图7A是图6中所示小轮廓步进电机的上定子磁轭的透视图；以及图7B是小轮廓步进电机的下定子磁轭的透视图；以及

图8是图6中所示小轮廓步进电机的轴向横截面图。

具体实施方式

通过结合附图对本发明的优选实施例进行说明。

参考图6，本发明的小轮廓步进电机通常包括：两个定子单元A，B，它们两维地彼此连接以构成定子组件，该定子组件具有相对于连接线基本上对称的结构；以及转子组件50，该组件将在下面进行描述。定子单元A包括彼此耦合的上和下定子磁轭30和31，以及缠绕线圈架41的励磁线圈40，而定子单元B包括彼此耦合的上和下定子磁轭32和33，以及缠绕线圈架43的励磁线圈42。线圈40，42具有各自的连接端40a，42a。

通过关注定子磁轭，图7A和图7B对小轮廓步进电机进行了解释，其中图7A示出彼此相对放置的上定子磁轭30和32，而图7B示出彼此相对放置的下定子磁轭31和33。每个定子磁轭30，32，31和33都是由软磁性钢板被冲压成的半个圆环，其具有沿内圆周排列并且向上弯曲的极齿，并且具有从外部圆周的中间部分向外延伸的磁路部分。

定子单元A的上、下定子磁轭30，31具有各自的极齿阵列30e，31e，而定子单元B的上、下定子磁轭32，33具有各自的极齿阵列32e，33e。极齿阵列30e包括以规则间隔沿上定子磁轭30的半圆环的内圆周设置的多个极齿30a至30d，极齿阵列31e，32e，33e也是用上述相同的方法由各自的极齿31a至31d，32a至32d，以及33a至33d所构成的。

参考图6，7A和7B，定子磁轭30，31，32和33具有相应的磁路部分30b，31b，32b和33b，它们的远端弯曲由此形成各自的弯曲部分30c，31c，32c和33c。每个定子磁轭30，31，32和33具有由极齿构成的相应的极齿阵列，极齿在数量上适应于步进电机每转动一周所需要的步数，并且以规律的间隔排列，上定子磁轭30和32的极齿从下定子磁轭31和33的极齿偏移180度的电角度。

基本上，本发明的步进电机构成为使得两个上定子磁轭分别耦合到两个下定子磁轭，因此构成两个定子单元，这两个定子单元在形状上象半个圆环，如图5所示，每个定子单元具有占据着360度空间角中的180度空间角的极齿阵列，并且每个定子单元形成单独的磁路。上定子磁轭的极齿与下定子磁轭的极齿以180度电角度的偏移相互咬合。

特别地，定子单元A构成为使得上定子磁轭30耦合到下定子磁轭31，从而形成它们相应极齿以180度的电角度相互偏移的半个圆环，并且弯曲部分30c，31c插入到缠绕有励磁线圈40的线圈架41的中空部分41a中，并且它们相应的端部彼此连接。以相同的方法，定子单元B构成为使得上定子磁轭32耦合到下定子磁轭33上，从而形成使它们的各自极齿彼此偏移180度电角度的半圆形，并且使得弯曲部分32c，33c被插入到缠绕有励磁线圈42的线圈架43的中空部分43a中，使它们相应的端部彼此连接。

如此构成的定子单元A，B通过各自的非磁性材料的垫片60将它们各自的半圆环的端部相互连接，该垫片插入在上定子磁轭30和32之间以及下定子磁轭31和34之间，从而使定子单元中的靠近垫片60定位并彼此相邻的各自远端极齿以90度或270度的电角度彼此偏移。由此，形成基本上呈环形的定子组件。特别地，在图7A和图7B中，上定子磁轭30远端定位的极齿30a，30d从上定子磁轭32远端定位的极齿32a，32d分别偏移90度或270度的电角度，并且下定子磁轭31的远端定位的极齿31a，31d从下定子磁轭33的远端定位的极齿33a，33d分别偏移90度或270度的电角度。在这种连接中，定子磁轭可以形成有减少数量的极齿，从而获得以90度或270度的电角度偏移的上述极齿的布局。

以旋转轴55作为其转动轴线的上述定子组件50可转动地保持在定子组件内侧，且该定子组件距定子单元A，B的极齿保持小的气隙。转子组件50用和传统方法相同的方法所构成，并且具有构成其外圆周的中空圆柱状的永磁体51，该永磁体设置有多个以规则间隔排列的磁极。

假设转子组件50使其外圆周以规则间隔多级磁化，并且假设定子单元A，B的极齿以规则间隔排列，由于定子单元A，B形成一个环形定子组件，且它们相应的极齿彼此偏移90度的电角度，可能会发生定子单元A，B在极齿数量上相互不匹配的情况，该情况可能会导致定子单元A，B在两个部分彼此连接，使得它们彼此相邻的相应的远端极齿在一个部分处彼此偏移90度的电角度，而在另一部分处彼此偏移270度的电角度。

图8是如此构成的步进电机的剖面图。如图所示，该步进电机为小轮廓结构，其轴向尺寸大约是传统步进电机的一半。

在图8中，模制树脂70被用来将上定子磁轭30/32和下定子磁轭31/33保持在一起，并且定子单元A，B也由模制树脂被固定在一起。特别地，经由前板1和后板15利用焊接牢固设置到一起同时在其间插入非磁性垫圈60(见图7A和7B)的定子单元A，B另外也可以和非磁性材料制成的垫圈60一起通过注射模制而牢固地树脂模制到一起。在这种连接中，垫圈60可以通过注入的树脂被消除和被代替，由此减少了零件数量。同样，在这种情况下，可以更广泛地填充树脂，从而覆盖具有励磁线圈40和42的线圈架41和43，用于固定到定子磁轭30，31和32，33，这证明了对抵抗振动来说是有利的。在耐热方面，聚丙烯树脂和聚丁二烯树脂是优选的。

工业应用

本发明的小轮廓步进电机可以优选地结合到各种电子设备中，例如打印机，传真机，软盘(商标)驱动器等等，随着步进电机轮廓的减小这些设备的尺寸也逐渐减小。

Claims (7)

1、一种小轮廓步进电机，其特征在于，包括：

(a)由第一和第二定子单元构成的定子组件，第一和第二定子单元各自构成为使得：对于上和下定子磁轭，每个定子磁轭具有多个沿其一侧形成且朝向彼此向上弯曲的极齿，且上和下定子磁轭具有励磁线圈，该励磁线圈朝向定子磁轭中的与具有极齿的一侧相反的一侧布置，该上和下定子磁轭彼此耦合，同时它们相应的极齿彼此偏移180度的电角度，第一和第二定子单元利用在它们之间插入的非磁性材料的垫片而将它们相应的最前面彼此连接，使得最靠近该垫片定位并且彼此相邻的相应的远端极齿相互偏移90度或270度的电角度；以及

(b)转子组件，该转子组件包括中空圆柱磁体，并且可旋转地居中设置在定子组件的内侧，使得磁体面对定子磁轭的极齿，且其间具有小的气隙。

2、根据权利要求1所述的小轮廓步进电机，其中，每个上定子磁轭和下定子磁轭成形为半圆环，具有多个沿其内圆周形成的极齿，并且具有形成在其外圆周上从而在与极齿相对的方向上突出的磁路部分，该磁路部分使其远端部插入到缠绕有励磁线圈的线圈架的中空部分内。

3、根据权利要求1或2所述的小轮廓步进电机，其中，极齿被成形为梯形。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的小轮廓步进电机，其中，第一和第二定子单元通过注入树脂彼此牢固连接，且在它们之间插入垫片。

5、根据权利要求4所述的小轮廓步进电机，其中，垫片由所注入的树脂所替代，所述注入的树脂用于将第一和第二定子单元彼此牢固连接。

6、根据权利要求4所述的小轮廓步进电机，其中，缠绕有励磁线圈的线圈架通过注入的树脂固定到定子磁轭上，所述注入的树脂用于将第一和第二定子单元彼此固定连接。

7、根据权利要求1所述的小轮廓步进电机，其中，通过等离子体焊接将第一和第二定子单元彼此牢固地连接，且垫片插入到第一和第二定子单元之间。

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