專利名稱：步進電動機和轉子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有布置成圍繞定子的轉子的步進電動機 以及用于該步進電動機的轉子。
背景技術：
步進電動機具有簡單的結構，并且容易控制，因此應用于各個領域。尤其地，使用永久》茲體的PM (永一磁)步進電動機可 以以低成本制造，因此頻繁地用在各個領域。在這種類型的步進電動機中，可靠性是很重要的，特別要 求步進電動機在所有條件下正常起動。為了保證步進電動機的 正常起動，控制步進電動機在準確的預定位置停止是必要的。 為了高精度的停止位置控制，將起動轉矩調節(jié)得較小是常見的 做法。這是由于起動轉矩是在轉動中的載荷。然而，如果該載荷太大，例如，如果在步進電動機中使用 配重(weight)作為用于產生振動的載荷，那么當電動機未通 電(energize )時，難以將電動機精確地停止在期望的停止位置。 因此，已經提出當電動機未通電時通過增大起動轉矩來可靠地 停止電動機的技術(參見日本專利申請公報No.43059/1985、 No.78513/1994和No.308214/1997 )。在PM步進電動機當中，外轉子型單相步進電動機具有被布 置成圍繞環(huán)狀定子的轉子。該定子具有由多個極齒形成的定子 磁輒，該轉子具有磁體，沿該磁體的圓周交替地設置具有不同 極性的磁極。已知可通過調節(jié)磁體的勵磁波形，即磁體的表面磁通密度 分布波形，來改變起動轉矩(齒槽轉矩)。由于勵磁波形接近正弦波，諧波分量減少，從而減小了起動轉矩。因此，常見的做 法是將勵磁波形調整為接近正弦波。例如，在日本特開2001-57752號公報中，后磁軛被布置成 圍繞磁體并且沿著磁體的磁極之間的分界位置設有凹部。位于 i茲體的f茲才及之間的分界位置面對凹部。因此，》茲通量(flux content)在磁極的分界位置處緩慢變化，并且可以減小起動轉矩。實際上，在減小起動轉矩的結構中，可以精確地進行停止 位置控制。然而，不能確保當電動機未通電時可以精確地進行 停止位置控制。即使在電動機未通電時，轉子的樞軸也可轉動。 在該情況下，優(yōu)選進行用于在預定位置停止轉子的停止位置控 制。原因在于如果當電動機未通電時轉子停止在任意轉動位 置，則當在這之后起動通電時，起動性能會變差。然而，上述 專利文獻1至4沒有特別地考慮在電動機的非通電時間的停止位 置控制。發(fā)明內容根據上述問題作出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一 種通過調整磁體的勵磁波形而能以高精度進行非通電時間內的 停止位置控制并且具有改進的起動性能的步進電動機。根據本發(fā)明的一個方面， 一種步進電動機，其包括定子；和轉子，其被布置成圍繞所述定子，所述轉子具有環(huán)狀磁體，其具有沿該環(huán)形磁體的圓周形成的多個磁 極，和梳齒狀后磁軛，其被布置成圍繞所述磁體并且具有多個梳 齒，所述梳齒面對相鄰上述磁極的分界位置。


通過參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上
述目的和其他優(yōu)點將變得更加明顯，其中
圖1是根據本發(fā)明 一 個實施例的步進電動機的分解立體圖； 圖2是圖l中的步進電動機的定子部分的裝配狀態(tài)立體圖； 圖3是i兌明》茲體的》茲化的圖4A是示出矩形波的勵磁波形的圖，圖4B是示出正弦波的 勵磁波形的圖5是示出》茲體12的磁極和橋u齒之間的位置關系的圖6是示出梳齒狀后磁輒21的梳齒寬度與步進電動機最大 轉速之間的關系的圖7是示出梳齒狀后磁軛21的梳齒寬度與阻尼之間的關系 的圖8的(A)是當梳齒被布置成面對f茲極之間的分界位置時 磁極的磁通密度測量圖；圖8的(B)是當》茲極的中心位置與梳 齒的中心位置對準時f茲;f及的f茲通密度測量圖；以及圖8的(C) 是當磁極之間的分界位置與介于梳齒之間的分界位置對準時磁 極的磁通密度測量圖9是示出粘合劑30的施加位置的圖；以及
圖IOA到IOC是示出環(huán)狀梳齒狀后磁軛21a與框架13分離地 設置的例子的圖。
具體實施例方式
將參考

本發(fā)明的實施例。
圖1是根據本發(fā)明的 一 個實施例的步進電動機的分解立體 圖。圖2是圖l中的步進電動機的定子部分的裝配狀態(tài)立體圖。根據本實施例的步進電動機是外轉子型，并且包括定子l; 轉子2,其布置成圍繞定子；支架(底板)3,其用于保持定子l 并且具有供電的端子；以及蓋4，其用于保護轉子2。
定子l包括環(huán)狀第一定子》茲輒6，其具有沿該定子》茲軛的 圓周的多個極齒5;環(huán)狀第二定子磁軛8，其布置成面對第一定 子磁軛6并且具有多個極齒7;定子線圏9，其布置在第一定子磁 軛6和第二定子磁軛8之間；磁心IO，其被裝配并且插入到形成 在定子線圏9的中心部分中的孔內；以及金屬軸7fUl，其被裝配 并且插入到形成在石茲心10的中心部分中的孑L內。
轉子2包括環(huán)狀磁體12,其被布置成圍繞第一定子磁軛6 和第二定子磁軛8;框架13，其用于保持》茲體12;以及軸14,其 安裝到框架13的中心部分。在磁體12中，沿著》茲體的圓周交替 地形成與定子》茲輒的極齒數(shù)目相同的》茲極。
框架13包括平板20,其中心部分安裝有軸14;梳齒狀后 磁軛21,其具有沿著平板20的圓周等間隔地布置的多個梳齒； 以及偏心配重22,其與梳齒狀后磁扼21的外側面的 一部分接合。 梳齒狀后^茲輒21是本實施例的特4￡部分，稍后將詳細地說明其 結構。
當形成定子1的各構件被組裝起來時，獲得如圖2所示的步 進電動機的定子。圖2示出拆卸了蓋4的狀態(tài)。
第 一和第二定子磁軛6和8互相交叉，第二定子磁軛8的多個 極齒7被布置在第一定子磁輒6的多個極齒5之間的間隔中，第一 定子磁軛6的多個極齒5被布置在第二定子磁扼8的多個極齒7之 間的間隔中。
在如圖l所示的步進電動機中，如果通過定子線圈9供給電 流，則產生根據電流的方向的磁通，并且第一和第二定子磁軛6 和8的極齒5、 7被磁化。極齒5、 7面對磁體12的磁極，并且極齒5、 7與磁極在一些部分互相吸引，而在其它部位互相排斥。因 此，磁體12轉動一個磁極(步)。然后，如果通過定子線圏9供 給的電流方向改變，則萬茲體12進一步轉動一步。以該方式，通 過交替地改變通過定子線圏9供給的電流的方向，磁體12轉動各步。
磁體12在被安裝作為如圖1所示的步進電動機的 一 部分之 前，通過勵磁波形(磁體的表面磁通密度分布的波形)被磁化。 通過將勵磁磁輒(magnetizing yoke )23布置在磁體12的內周側、 將勵磁后》茲軛24布置在磁體12的外周側、以及通過勵磁》茲軛23 的線圏供給電流來進行磁體12的磁化，如圖3所示。
勵磁磁軛23由與磁體12的磁極數(shù)目相同的裂隙(槽)25形 成。通過將線圏布置在裂隙25中并且通過交替的相鄰線圈供給 相反方向的電流，來磁化磁體12的磁極。
通過改變勵磁磁軛23的形狀，可以調整磁體12的勵磁波形。 在磁化中，需要通過線圏瞬間供給幾kA(安培)或更大的電流， 線圈的線徑則需要盡可能的大，并且必須可靠地絕緣各線圏。 此外，磁體12越小，越難確保用于裂隙25的空間。因此，不容 易調整勵磁磁軛23的形狀，結果，僅僅通過勵；茲磁扼23來精確 地調整》茲體12的勵磁波形是不可能的。
常見的做法是將磁體12的勵磁波形調整為接近正弦波。這 是由于如果勵磁波形變?yōu)檎也?，則諧波分量消失，通電期
間的起動轉矩可減小。然而，由本發(fā)明人做出的實驗表明，勵 磁波形越接近矩形波，越可以穩(wěn)定地控制當電動機未通電時步 進電動機的停止位置。原因在于如果勵磁波形接近矩形波， 則在磁體12的各磁極上的磁通分布變得均勻，在磁極之間的分 界位置，磁通分布大量地改變。
圖4A和圖4B是示出勵磁波形的例子的圖。圖4A是示出矩形波的勵磁波形的圖，圖4B是示出正弦波的勵磁波形的圖。當 在圖4A的情況中，磁體12的各磁極的磁通分布均勻，而在圖4B 的情況中，在各磁極的端部的磁通量變得小于在各磁極的中心 部分的》茲通量，并JU茲極上的磁通分布不均勻。特別地，如圖 4B的虛線yl所示，靠近磁極之間的分界，磁通量的不均勻度增 大。
下面將詳細地說明作為本實施例的特征部分的梳齒狀后磁 軛21。梳齒狀后磁軛21具有與磁體12的磁極數(shù)目相同的磁極。 圖5是示出》茲體12的》茲極與梳齒之間的位置關系的圖。圖5僅示 出磁極和梳齒的部分。如圖所示，梳齒狀后萬茲扼21的梳齒中的 每一個一皮布置成使得每個梳齒的中心部分面對；茲體12的兩個相 鄰磁極之間的分界位置。梳齒的寬度大約是》茲體12的；茲極的寬 度的一半。
由本發(fā)明人做出的實驗表明，通過將梳齒和磁極布置在圖5 所示的位置，勵萬茲波形的振幅在接近如箭頭y2所示的》茲極之間 的分界位置時增大，結果，勵磁波形接近于矩形波。
圖6是示出梳齒狀后磁軛21的梳齒寬度與步進電動機的最 大轉速之間的關系的圖。圖6中的橫坐標代表用于表示步進電動 機的梳齒寬度與磁極寬度的比率的占空比(duty)，并且沿著縱 坐標為45%、 50%和55%的占空比繪出最大轉速。如圖所示，梳 齒的寬度越大，最大轉速越大。由于具有更高的最大轉速的電 動機是優(yōu)選的，僅從圖6的結果判斷，較寬的梳齒明顯是優(yōu)選的。
圖7是示出梳齒狀后磁軛21的梳齒寬度與阻尼(damping) 之間關系的圖。在圖7中，分別繪出45%、 50%和55%的上述占 空比的阻尼值。
在此，阻尼指的是從步進電動機不通電的狀態(tài)起當沿著一 個方向供給電流時首次通過步進電動機的穩(wěn)定位置所需的時間(上升時間)。例如，在進行過沖(overshooting)操作以通過穩(wěn) 定位置的情況下，阻尼指的是通過穩(wěn)定位置的首次過沖而第一 次通過穩(wěn)定位置所需的時間。阻尼值越小，電動機的性能越優(yōu)異。僅從圖7中的結果判斷， 梳齒的寬度越窄，電動機越好。如上所述，如果注意力集中在梳齒寬度上，則圖6和圖7示 出相反的結果。從這些結果可以清楚地看出，50%的占空比， 即梳齒狀后》茲軛21的橋u齒的寬度大約是f茲體12的》 茲極寬度一 半，優(yōu)選用于確保步進電動機的最大轉速性能和阻尼性能。接著，將說明磁體12的磁極和梳齒狀后磁輒21的梳齒之間 的位置關系。圖8示出當磁極和梳齒之間的位置關系以三種方式 改變時磁極的磁通密度的測量結果的圖。圖8的(A )示出梳齒 被布置成面對磁極之間的分界位置的例子；圖8的(B)示出磁 極的中心位置與梳齒的中心位置對準的例子；以及圖8的(C) 示出磁極之間的分界位置與梳齒之間的分界位置對準的例子。 在這些圖中，橫坐標表示作為磁體12的中心角的沿寬度方向的 磁極位置，縱坐標表示在每個位置的磁通密度。圖8示出磁體12設有10個磁極并且具有8.7毫米的直徑的例 子。在圖8中， -磁體12的5個S極的》茲通密度分布曲線重疊。磁極中的磁通密度最大的區(qū)域在圖8的(A)中是最寬的， 在圖8的(B)中是其次寬的。因此，在圖8的(A)到8的(C) 三種情況下，在梳齒的中心部分面對磁極之間的分界位置的情 況下，磁極上的磁通密度的均勻度是最高的。因此，在該實施 例中，根據圖8的(A)進行梳齒狀后磁軛21和磁體12之間的定 位。順便提及，當磁體12的磁極和后磁軛的梳齒的位置由于后 磁軛被來自磁體12的磁力線勵磁而以各種方式改變時，磁極的》茲通密度改變，并且由后萬茲軛的各梳齒產生的^"茲力線和,茲體12 的磁力線彼此作用的程度根據磁極和梳齒之間的位置關系而不 同。如圖l所示，配重構件22被接合到才危齒狀后》茲軛21的外側 面。通過4吏用粘合劑將梳齒狀后磁軛21和配重構件;波此接合。 圖9時是示出粘合劑30的施加位置的圖。如圖9所示，粘合劑30被施加在沖危齒之間。更具體地，具有 梳齒狀后磁軛21的磁體12和框架13相對于彼此定位，并且由夾 具固定，然后，在梳齒之間施加粘合劑30。由于粘合劑30是露 出的，可以使用當在施加之后暴露于紫外線輻射時固化的紫外 線輻射型粘合劑。由于在圖9所示的粘合劑3 0的施加位置形成凹 部(粘合劑儲存部)，所以粘合劑被進一步施加到凹部，以接合 配重構件22。如上所述，如果使用梳齒狀后》茲扼21,可在進行梳齒狀后 ^茲扼21和框架13之間的定位之后施加粘合劑3 0,因此可以精確 地完成定位。此外，可以使用紫外線輻射型的粘合劑30。而且， 用于接合配重構件22的粘合劑儲存部由施加粘合劑而形成，因 此，容易施加用于接合配重構件22的粘合劑。另 一方面，如果使用具有一致高度的側面的杯狀轉子框架 代替梳齒，粘合劑被施加到轉子框架側面的內側，那么磁體必 須沿著施加面插入，這將使粘合劑的施加變得麻煩。而且，粘 合劑的施加面是轉子框架側面的內側，因此，不能使用紫外線 輻射型粘合劑，而僅可使用有限類型的粘合劑。此外，在將轉 子框架和磁體相互接合之后沒有產生粘合劑存儲部，這使得用 于接合配重構件的粘合劑的施加變得麻煩。雖然已在上述實施例中說明了作為框架13的一部分的梳齒 狀后磁軛21，該梳齒狀后磁軛21也可與框架13分離地設置。在該情況下，通過使多個梳齒連接成為 一 體而形成的環(huán)狀梳齒狀后磁輒21a可以纟皮貼到磁體12的外周面上，然后，框架13可以凈皮安裝。圖IOA至IOC是示出與框架13可分離地設置環(huán)狀梳齒狀后 磁軛21a的例子的圖。圖IOA示出磁體12的俯視圖和側視圖，圖 IOB示出貼到/磁體12的外周面上的梳齒狀后》茲輒21a的俯視圖 和側視圖，以及圖IOC示出》茲體12與才危齒狀后；茲扼21a的裝配狀 態(tài)的俯視圖和側視圖。如圖10A至10C所示，通過將各個才危齒連4姿成環(huán)形而形成才危 齒狀后f茲輒21a。如圖10C中所示，當圖IOA中的》茲體12和10B 中的梳齒狀后萬茲軛21a被裝配時，它們;故布置成使得沖危齒狀后》茲 軛21a的梳齒的中心部分與磁體12的》茲才及之間的分界位置相符 合。結果，與圖5類似地，磁極的勵磁波形比正弦波更接近矩形 波。如上所述，才艮據該實施例，梳齒狀后》茲軛21被布置成圍繞 磁極12,磁體12的磁極和梳齒狀后磁軛21的梳齒的中心部分之 間的分界位置相互面對。因此，磁體12的》茲極的磁通密度變得 均勻，當電動沖幾未通電時，可以精確地進行停止位置控制。雖然已經在上述實施例中說明了具有10個磁才及的^茲體12和 具有10個梳齒的梳齒狀后》茲輒21, ^f旦是^茲才及的數(shù)量不限于上述 實施例中的數(shù)量。而且，磁極12和;隨齒狀后》茲輒21的尺寸也不 限于上述實施例中的尺寸。
權利要求
1.一種步進電動機，其包括定子；和轉子，其被布置成圍繞所述定子，所述轉子具有環(huán)狀磁體，其具有沿該環(huán)形磁體的圓周形成的多個磁極，和梳齒狀后磁軛，其被布置成圍繞所述磁體并且具有多個梳齒，所述梳齒面對相鄰上述磁極的分界位置。
2. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于，所述梳齒狀后磁軛調節(jié)所述》茲體的表面》茲通密度分布，使 得在所述磁極的分界位置處，所述表面》茲通密度分布的波形更 接近矩形波而不是正弦波。
3. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于， 所述多個磁極的數(shù)量與所述多個梳齒的數(shù)量相等。
4. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于， 所述多個沖危齒的中心部分被布置成面對所述相鄰萬茲才及的所述分界位置；以及所述多個梳齒的寬度是所述磁體的所述磁極的寬度的一半。
5. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于，該步 進電動才幾還包4舌配重構件，其被接合到所述梳齒狀后磁輒的外表面的至少 一部分；以及粘合劑，其被涂覆到所述梳齒狀后磁軛的所述相鄰梳齒之 間，以接合所述配重構件。
6. 根據權利要求5所述的步進電動機，其特征在于， 所述粘合劑是紫外線輻射型粘合劑。
7. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于，所述轉子具有與所述梳齒狀后磁軛不可分離地形成的框 架，該框架的中心部分設有軸。
8. 根據權利要求l所述的步進電動機，其特征在于，所述轉子具有與所述梳齒狀后磁軛分離地形成的框架，該 框架的中心部分設有軸。
9. 根據權利要求8所述的步進電動機，其特征在于，所述梳齒狀后磁軛由接合所述多個梳齒的環(huán)狀構件形成。
10. —種用于步進電動機的轉子，其包括環(huán)狀》茲體，其具有沿該環(huán)形》茲體的圓周形成的多個》茲才及，和梳齒狀后磁輒，其被布置成圍繞所述磁體并且具有多個梳 齒，所述梳齒面對相鄰》茲極的分界位置。
11. 根據權利要求10所述的轉子，其特征在于， 所述梳齒狀后磁軛調節(jié)所述磁體的表面磁通密度分布，使得在所述磁極的分界位置處，所述表面磁通密度分布的波形更 接近矩形波而不是正弦波。
12. 根據權利要求10所述的轉子，其特征在于， 所述多個磁極的數(shù)量與所述多個梳齒的數(shù)量相等。
13. 根據權利要求10所述的轉子，其特征在于，所述多個梳齒的中心部分被布置成面對所述相鄰磁極的所 述分界位置；以及所述多個梳齒的寬度是所述磁體的所述磁極的寬度的一半。
14. 根據權利要求10所迷的轉子，還包括配重構件，其被接合到所述梳齒狀后磁軛的外表面的至少 一部分；以及粘合劑，其被涂覆到所述梳齒狀后磁軛的所述相鄰梳齒之間，以接合所述配重構件。
15. 根據權利要求14所述的轉子，其特征在于，所述粘合劑是紫外線輻射型粘合劑。
16. 根據權利要求10所述的轉子，還包括 與所述梳齒狀后磁軛不可分離地形成的框架，該框架的中心部分設有軸。
17. 根據權利要求10所述的轉子，還包括與所述沖危齒狀后》茲軛分離地形成的才匡架，該框架的中心部 分設有軸。
18. 根據權利要求17所述的轉子，其特征在于，所述梳齒狀后磁軛由接合所述多個梳齒的環(huán)狀構件形成。
全文摘要
一種具有定子和布置成圍繞該定子的轉子的步進電動機和轉子。轉子具有環(huán)形磁體，該環(huán)形磁體具有沿著環(huán)形磁體的周面形成的多個磁極，以及梳齒狀后磁軛，該梳齒狀后磁軛被布置成圍繞磁體且具有多個梳齒，其中，該梳齒朝向臨近磁極的分界位置。
文檔編號H02K1/27GK101320922SQ20081008910
公開日2008年12月10日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者松原真朗 申請人:美蓓亞馬達株式會社