專利名稱：直線-旋轉復合式步進電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直線-旋轉復合式步進電動機。
作為與本發(fā)明相關的范圍內的這種電動機，有美國專利第5093596號公報(發(fā)明的名稱直線-旋轉復合式直接驅動式步進電動機(COMBINED LINEAR-ROTARY DIRECT DRIVE STEP MOTOR))中發(fā)表的電動機，它是將圓筒狀的3相VR型(Variable reluctance type-可變磁阻式)直線脈沖電動機部分和混合式3相旋轉步進電動機部分或VR型3相旋轉步進電動機部分沿軸向并列配置，各電動機公用一個輸出軸(Shaft)，且它們被裝在一個外殼中。
但它們存在下述問題。
(1)由于將上述直線電動機部分和旋轉式電動機部分沿軸向并列配置，所以軸向的長度變長。
(2)上述直線電動機部分的定子是將定子鋼片和間隔鋼片交替迭放構成的，所以在制作定子鐵心時，必須將兩種鋼片交替迭放，另外，還必須對上述定子鋼片的各凸極的前端部分間隔(每隔一個極)進行彎曲加工，所以定子鐵心不容易制作。
(3)作為鋼片的種類，必須使用上述旋轉式電動機部分的定子鋼片、直線電動機部分的定子鋼片及間隔鋼片等三種。
(4)需要有直線電動機部分的定子和旋轉式電動機部分的定子等2個定子，分別進行繞組接線作業(yè)后，必須將上述2個定子沿軸向組合，所以電動機整體的組裝作業(yè)復雜。
(5)在動子(mover)側裝有永磁鐵的情況下，動子鐵心也必須有兩種，且配置在同一個軸上，所以結構復雜，組裝加工難。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而進行研制的，其目的是提供這樣一種直線-旋轉兩用步進電動機，該電動機能消除上述問題，不使軸(Shaft)向的長度變長，而且能使直線電動機部分和旋轉電動機部分的定子鐵心與動子鐵心通用，使電動機整體的組裝作業(yè)變得簡單。
為了達到上述目的，本發(fā)明的直線-旋轉兩用步進電動機備有含定子鐵心的定子和含動子鐵心的動子。在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極(Salient pole)，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒(Stator teeth)的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子小齒的凸極。該動子鐵心被支承在上述定子內，它能沿軸向自由移動，且能沿旋轉方向自由轉動，同時在其外周面上形成與上述第1、第2定子小齒相對的且分別沿軸向及周向等間距的多個動子小齒(mover teeth)。進一步說明如下(1)上述電動機的特征為為了在上述凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，根據(jù)由相數(shù)、凸極數(shù)、以及對形成該小齒的齒端部分(teeth top)的凸極部分和形成齒根部分(teeth bottom)的凸極部分所規(guī)定的配置方法決定的規(guī)定角度，對定子鋼片進行旋轉迭放，形成定子鐵心。
(2)上述電動機的特征為為了在上述凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，一邊利用沖壓控制裝置(punch controller)，對安裝在沖裁金屬模內、且可伸縮于各凸極部分的可動沖頭(movable punch)進行選擇伸縮控制，一邊利用該沖裁金屬模具，按每次沖裁鋼片的規(guī)定周期，對形成上述鐵心的鋼片進行沖裁，以便使各凸極部分的前端形成第1定子小齒的齒端部分或齒根部分，順序進行迭放，形成定子鐵心。
(3)在上述(1)或(2)中，其結構的特征為備有定子鐵心，動子鐵心和永磁鐵。設m為直線電動機、旋轉電動機各自的相數(shù)、k為1以上的整數(shù)時，在該定子鐵心內側、以等間距角度配置2km個凸極，該凸極有沿軸向形成第1定子小齒的凸極和沿周向形成第2定子小齒的凸極兩種，兩者交替配置;該動子鐵心有沿周向形成的Zr個動子小齒;該永磁鐵夾在定子鐵心之間或動子鐵心之間，且沿軸向磁化。同時，動子上沿圓周方向的動子小齒的個數(shù)Zr滿足如下關系Zr＝k(mb+a)，式中b是1以上的整數(shù)，當m為偶數(shù)時，a為滿足1≤a＜2m的奇數(shù)，當m為奇數(shù)時，a為滿足1≤a＜m或m＜a＜2m的整數(shù)。
(4)在上述(2)中，其特征為設m為直線電動機部分的相數(shù)、n為旋轉電動機部分的相數(shù)時，在定子鐵心內側配置2(m+n)個凸極，該凸極由m組沿軸向形成第1定子小齒的相鄰的2個凸極構成的凸極對和n組沿周向形成第2定子小齒的相鄰的2個凸極構成的凸極對構成。
本發(fā)明的作用是由于具有上述結構的直線-旋轉復合式步進電動機在其一個定子內并列設置直線電動機部分的凸極和旋轉電動機部分的凸極，所以不用加長軸向的長度，就能構成復合式步進電動機。另外，由于用1個定子就能解決問題，所以繞組及接線作業(yè)可一次完成，電動機整體組裝作業(yè)性好。該定子鐵心的制作也容易，因為可按規(guī)定的順序使沖頭動作或不動作，這樣對安裝在沖裁金屬模具中的各凸極部分的活動沖頭一邊進行伸縮控制，一邊進行定子鋼片的旋轉沖裁迭放作業(yè)，所以不需要準備許多定子鋼片沖裁金屬模具，就能容易地制作定子鐵心。另外，由于直線及旋轉式動子鐵心也已通用化，因此沒有必要設置直線電動機用的動子部分和旋轉電動機用的動子部分這樣兩種動子部分。
但是，具有上述結構的直線-旋轉復合式步進電動機存在下述問題(1)為了在動子鐵心的外周面上沿軸向及周向分別等間距地形成與第1、第2定子小齒相對的若干個動子小齒，除了兩種動子鋼片的迭放方法以外，很難采用其它方法例如用切削加工等機械加工法制作上述動子鐵心。
(2)將直線電動機部分和旋轉電動機部分分開考慮動子鐵心的軸向長度時，由于動子小齒是沿軸向及周向均勻設置的，所以設定的長度大致相同。也就是說，直線電動機部分的動子和旋轉電動機部分的動子的比率不能任意設定。
鑒于本發(fā)明中的這個問題，本發(fā)明的另一目的就是要消除上述這個問題，提供一種能使定子鋼片通用化、同時使直線電動機部分的動子和旋轉電動機部分的動子的比率可任意設定、且電動機整體組裝作業(yè)性好的直線-旋轉復合式步進電動機。
為了達到上述目的，本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機設有帶定子鐵心的定子和用軸支承在該定子內、能沿軸向自由移動、且能沿旋轉方向自由轉動，同時帶有沿軸向配置的多個動子鐵心的動子。在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子小齒的凸極。該動子鐵心有兩種，一種是在其外周面上與上述第1定子小齒相對且沿軸向等間距形成多個第1動子小齒的第1動子鐵心，另一種是與第2定子小齒相對沿周向等間距形成多個第2動子小齒的第2動子鐵心。進一步說明如下(1)上述電動機的特征為其定子鐵心是這樣構成的，即設直線電動機部分的相數(shù)為m時，且以平面坐標軸為基準觀察時，構成該定子鐵心的定子鋼片通過將凸極前端部分的形狀不同的cm類的鋼片交替進行迭放，沿軸向形成齒距為cmt0的第1定子小齒，同時，在形成第1定子小齒ckm個定子凸極之間，以某個凸極的第1定子小齒為基準時，其它凸極的第1定子小齒以沿動子的移動方向產生(d/2m)cmt0偏移的cm個凸極為1組，共形成k組這樣的凸極組。
在上面的關系中，當m為奇數(shù)時，c＝1，當m為偶數(shù)時，c＝2，t0為鋼片的厚度，k為1以上的整數(shù)，d為滿足1≤d≤2m-1的(cm-1)個互不相同的整數(shù)。
(2)上述電動機的特征為其定子鐵心是這樣構成的，即根據(jù)由相數(shù)、凸極數(shù)及所規(guī)定的配置方法決定的規(guī)定角度，對按規(guī)定方法配置形成小齒的齒端部分的凸極部分和形成齒根部分的凸極部分的定子鋼片進行旋轉迭放，以便在凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，從而形成定子鐵心，同時第2定子小齒也是按上述規(guī)定的角度進行旋轉迭放，使其齒端部分和齒根部分分別定位迭放。
(3)上述電動機的特征為為了在凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，一邊利用沖頭控制裝置，對安裝在沖裁金屬模內的且可出沒于各凸極部分的可動沖頭進行有選擇地伸縮控制，一邊利用該沖裁金屬模，按每次沖裁鋼片的規(guī)定周期，對形成上述鐵心的鋼片進行沖裁，以便使各凸極部分的前端形成第1定子小齒的齒端部分或齒根部分，順序進行迭放，形成定子鐵心。
(4)在上述(1)或(2)或(3)中，其結構的特征為設m為線性電動機和旋轉電動機各自的相數(shù)、k為1以上的整數(shù)時，備有帶朝向內側、以等間距角度配置的2km個凸極、且該凸極由沿軸向形成第1定子小齒的凸極和沿周向形成第2定子小齒的凸極交替迭放形成的定子鐵心;沿軸向以與第1定子小齒的齒距對應的齒距形成第1動子小齒的第1動子鐵心;沿圓周方向形成Zr個第2動子小齒的第2動子鐵心;以及夾在上述第1、第2一對動子鐵心中間、沿軸向磁化的永磁鐵。由該永磁鐵磁化成N極和S極的第1及第2動子鐵心各自的數(shù)量相同，同時第2動子小齒的齒數(shù)Zr滿足如下關系Zr＝k(mb+a)，式中b是1以上的整數(shù)，當m為偶數(shù)時，a是滿足1≤a＜2m的奇數(shù)，當m為奇數(shù)時，a為滿足1≤a＜m或m＜a＜2m的整數(shù)。
(5)在上述(1)或(2)或(3)中，其結構的特征為上述動子是將作直線電動機用的一個第1動子鐵心和作旋轉電動機用的第2動子鐵心形成一個整體的2組動子鐵心構成一對作為動子鐵心，將該一對動子鐵心對稱(參見附圖)設置在上述軸上，同時在該一對動子鐵心之間設置沿軸向磁化的永磁鐵。
(6)在上述(1)或(2)或(3)中，其結構的特征為作為直線電動機用的動子鐵心備有2個第1動子鐵心和夾在該第1動子鐵心之間的沿軸向磁化的永磁鐵，作為旋轉電動機用的動子鐵心備有2個第2動子鐵心和夾在該第2動子鐵心之間的沿軸向磁化的永磁鐵，同時它們都設置在上述軸上。
(7)在上述(1)或(3)中，其結構的特征為設m為直線電動機部分的相數(shù)、n為旋轉電動機部分的相數(shù)時，在其定子鐵心內側設有2(m+n)個凸極，該凸極由m組凸極對和另外的n組凸極對構成，該m組凸極對由沿軸向形成第1定子小齒的相鄰的2個凸極構成，該n組凸極對由沿圓周方向形成第2定子小齒的相鄰的2個凸極構成。
本發(fā)明具有下述作用，即由于具有如上結構的直線-旋轉復合式步進電動機有在外周面上沿軸向等間距形成多個第1動子小齒的第1動子鐵心和沿周向等間距形成多個第2動子小齒的第2動子鐵心這樣兩種，或者將在一個動子鐵心上沿軸向等間距形成多個第1動子小齒的部分和沿周向等間距形成多個第2動子小齒的部分沿軸向設置，所以進行切削加工等機械加工制作時容易，同時，上述兩種動子鐵心的長度或上述兩種部分的長度可以任意設定。換句話說，直線電動機部分和旋轉電動機部分的動子的比率可以任意設定。


圖1是本發(fā)明的線性-旋轉復合式步進電動機的第1個實施例的橫斷面圖。
圖2是沿圖1中的Ⅱ-Ⅱ線的縱斷面圖。
圖3是從定子一側看到的在動子的外周面上形成的動子小齒的展開圖。
圖4是本發(fā)明的線性-旋轉復合式步進電動機的第2個實施例的縱斷面圖。
圖5是沿圖4中的Ⅴ-Ⅴ線的橫斷面圖。
圖6是沿圖4中的Ⅵ-Ⅵ線的橫斷面圖。
圖7是從定子一側看到的在動子的外周面上形成的第1、第2動子小齒的展開圖。
圖8是表示動子鐵心形狀的斜視圖。
圖9是表示動子鐵心形狀的縱斷面圖。
圖10表示本發(fā)明的第3個實施例，是形成本發(fā)明的線性-旋轉復合式步進電動機的定子鐵心的定子鋼片的圖，圖10(a)是其平面圖，圖10(b)是圖10(a)中的A部的放大圖。
圖11是當將圖10中的定子鋼片旋轉144度重疊后、或者將圖13中的定子鋼片按照圖15所示的迭放順序依次迭放后，從動子一側看到的第1、第2定子小齒的展開圖。
圖12是圖11中的5相線性-旋轉復合式步進電動機的定子繞組的接線圖。
圖13是形成定子鐵心的各定子鋼片的平面圖，圖13(a)、(b)、(c)、(d)和(e)是表示在各凸極部分的前端形成定子小齒的齒端部分或形成齒根部分的例圖。
圖14是控制安裝在定子鋼片的沖裁金屬模內的可動沖頭的電路結構圖。
圖15是表示實施例14中的控制時使用的定子鋼片的沖裁迭放順序和各可動沖頭的控制狀態(tài)之間的關系圖表。
圖16是安裝在沖裁金屬模內的可動沖頭的控制狀態(tài)的說明圖，圖16(a)是其動作狀態(tài)圖，圖16(b)是其不動作狀態(tài)圖。
圖17表示本實施例的另一個例子。是形成定子鐵心的定子鋼片的平面圖。
圖18是利用內部裝有可動沖頭的沖裁金屬模，一邊控制可動沖頭的進出，一邊按照規(guī)定的順序對圖17中的定子鋼片的各凸極部分進行沖裁、迭放后，從動子一側看到的所形成的第1、第2定子小齒的展開圖。
圖19是圖18中的2相直線-旋轉復合式步進電動機的定子繞組的接線圖。
下面根據(jù)附圖詳細地舉例說明符合本發(fā)明的實施例。
實施例1圖1是本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機的第1個實施例的橫斷面圖，圖2是沿圖1中的Ⅱ-Ⅱ線的縱斷面圖。
本實施例中的步進電動機的相數(shù)m、整數(shù)k、b、a各數(shù)值分別為m＝5、k＝1、b＝14、a＝2，因此凸極數(shù)為10，動子上沿周向的小齒數(shù)Zr＝72。
在圖1及圖2中，在定子1的定子鐵心10內側設有呈輻射狀配置的10個凸極11、12、13、14、15、16、17、18、19及20，其中在凸極11、13、15、17、19的內周面上沿軸向等間距形成多個第1定子小齒24(齒端部分為24a、齒根部分為24b)，在凸極12、14、16、18、20的內周面上沿周向等間距形成多個第2定子小齒25(齒端部分為25a、齒根部分為25b)，在各凸極11、12、13、……20上分別纏繞定子繞組W1、W2、W3……W10。
定子1支承在尾架3和4上，并用圖中未示出的螺釘?shù)裙潭ā?br> 另一方面，定子1內側的動子2通過軸承5、6支承在尾架3和4上，能沿軸向自由移動，且能沿旋轉方向自由轉動。而且在該動子2上沿軸21配置著磁極鐵心22a和22b，以及夾在磁極鐵心22a、22b之間、沿軸向磁化的環(huán)狀永磁鐵23。
在磁極鐵心22a、22b的外周面上，面對第1定子小齒24、且沿軸向以相同的等間距形成多個動子小齒26，而且面對第2定子小齒25且沿周向以相同的等間距形成多個動子小齒26(齒端部分為26a、與第1定子小齒24相對應的齒根部分26b、與第2定子小齒25相對應的齒根部分為26c)。
圖3是從定子1一側看到的在磁極鐵心22a、22b的外周面上形成的動子小齒26的樣子(形狀)，有陰影線的部分表示齒端部分26a、無陰影線的部分26b表示沿軸向的齒根部分，26c表示沿周向的齒根部分。動子小齒26沿周向的齒距為τ，τ＝(360/Zr)度，并且沿周向以彼此錯開τ/2的方式錯落配置在磁極鐵心22a和22b之間。
由圖2可知，在設定動子2上所裝永磁鐵23的軸向長度時，要使配置在磁極鐵心22a上的動子小齒26和配置在磁極鐵心22b上的動子小齒26彼此沿軸向錯開齒距τ0的1/2。即當配置在磁極鐵心22a上的動子小齒26的齒端部分26a面對定子小齒24的齒端部分24a時，配置在磁極鐵心22b上的動子小齒26的齒端部分26a正好與定子小齒24的齒根部分24b相對應。
實施例2圖4是本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機的第2個實施例的縱斷面圖，圖5及圖6分別是沿圖4中的Ⅴ-Ⅴ線及Ⅵ-Ⅵ線的橫斷面圖。
本實施例中的步進電動機的相數(shù)m、整數(shù)k、b、a各自的數(shù)值分別為m＝5、k＝1、b＝14、a＝2，所以凸極數(shù)2km＝10，動子沿周向的小齒數(shù)Zr＝k(mb+a)＝72。
在圖4至圖6中，在定子101的定子鐵心110內側設有呈輻射狀配置的10個凸極111、112、113、114、115、116、117、118、119、120。其中在凸極111、113、115、117、119的內周面上沿軸向等間距形成多個第1定子小齒124(齒端部分為124a，齒根部分為124b)。在凸極112、114、116、118、120的內周面上沿周向等間距形成多個第2定子小齒125(齒端部分為125a，齒根部分為125b)。另外，在凸極111、112、113、……120上分別纏繞著定子繞組W101、W102、W103、……W110。
定子101支承在尾架103和104上，并用圖中未示出的螺釘?shù)裙潭ā?br> 另一方面，定子101內的動子102通過軸承105、106支承在尾架103和104上，且能沿軸向自由移動，還能沿旋轉方向自由轉動。而且該動子102在軸121上配置著沿軸向等間距形成的多個第1動子小齒127(齒端部分為127a、齒根部為127b)的直線電動機用的第1動子鐵心122a，以及沿周向等間距形成的Zr個第2動子小齒128(齒端部分為128a，齒根部分為128b)的旋轉電動機用的第2動子鐵心122c，這兩個鐵心形成一個整體;同樣，該鐵心與前面所述的、由第1、第2動子鐵心122b和122d形成一體的鐵心構成一對，這一對鐵心對稱配置、固定，同時在這一對鐵心的中間夾裝沿軸向磁化的環(huán)狀永磁鐵123，該永磁鐵也被固定。
即，在第1動子鐵心122a、122b的外周面、面對第1定子小齒124、沿軸向等間距形成多個第1動子小齒127(齒端部分為127a，齒根部分為127b)，在第2動子鐵心122c、122d的外周面、面對第2定子小齒125、沿周向等間距形成Zr個第2動子小齒128(齒端部分為128a，齒根部分為128b)。
因此，第1、第2動子鐵心122a、122c或第1、第2動子鐵心122b、122d即可以分別形成一個動子鐵心，也可以用粘接等方法將單獨形成的鐵心連成一體。
圖7是從定子101一側看到的在動子鐵心的第1、第2動子鐵心122a、122b和122c、122d的外周面上形成的第1、第2動子小齒127和128的樣子(形狀)的展開圖，有陰影線的部分表示齒端部分127a和128a，沒有陰影線的部分表示齒根部分127b和128b。第2動子小齒128沿周向的齒距角τ＝(360/Zr)度，在兩個第2動子鐵心122c和122d之間裝有前述的永磁鐵123，兩個鐵心沿周向以互相錯開τ/2的方式錯落配置。
由圖4可知在設定配置在動子102上的永磁鐵123的軸向長度時，要使配置在第1動子鐵心122a上的第1動子小齒127和配置在另一個第1動子鐵心122b上的第1動子小齒127彼此沿軸向錯開齒距τ0的1/2的距離。就是說，當配置在第1動子鐵心122a上的第1動子小齒127的齒端部分127a面對定子小齒124的齒端部分124a相對時，配置在另一個第1動子鐵心122b上的第1動子小齒127的齒端部分127a正好與定子小齒124的齒根部分124b相對應。
圖8是表示動子102的鐵心形狀的斜視圖。就是說，沿周向形成第2動子小齒128的第2動子鐵心122c、122d和沿軸向形成第1動子小齒127的第1動子鐵心122a、122b是沿軸向裝配的。
圖9是表示動子102的鐵心的另一示例的縱斷面圖。圖9中，由分別沿軸向形成多個第1動子小齒127的兩個第1動子鐵心122a、122b和夾在上述兩個第1動子鐵心122a、122b之間、沿軸向磁化的永磁鐵123a構成直線電動機用的動子部分，同時，由分別沿周向形成多個第2動子小齒128的兩個第2動子鐵心122c、122d和夾在上述兩個第2動子鐵心122c、122d之間、沿軸向磁化的永磁鐵123b構成旋轉電動機用的動子部分。在軸121上除了固定裝配直線電動機用的動子部分和旋轉電動機用的動子部分之外，在兩者之間還夾裝由非磁性材料制成的隔板129，一并配置在軸121上。
實施例3圖10(a)及圖10(b)是表示形成定子鐵心10的定子鋼片30的一個示例圖，圖10(b)是圖10(a)中的A點放大圖。在圖10(a)中，定子鋼片30的凸極部分P5和P9是曲率半徑尺寸小的凸極部分，也就是形成沿軸向的第1定子小齒24的齒端部分24a的凸極部分。另外，凸極部分P1、P3和P7是曲率半徑尺寸大的凸極部分，也就是形成沿軸向的第1定子小齒24的齒根部分24b的凸極部分。凸極部分P2、P4、P6、P8、P10是形成沿周向的第2定子小齒25的凸極部分。該各凸極部分P2、P4、P6、P8、P10的中心線以(360/km)度，即72度的等間距沿周向配置，而且在該各凸極部分上分別相對于各凸極部分的中心線對稱配置6個第2定子小齒25。
圖11是從動子2一側看到的凸極11、12、13、……20上的第1及第2定子小齒24、25的樣子(形狀)的展開圖，上述各凸極11、12、13、……20是將每一塊定子鋼片30以各凸極部分P2、P4、P6、P8、P10的等間距角度(72度)的2倍、即144度一邊旋轉一邊進行迭放形成的。有陰影線的部分表示齒端部分24a及25a，無陰影線的部分表示齒根部分24b、25b。
然而，只有在滿足下述條件下，即在動子2或動子102的第2動子鐵心122c、122d沿周向的動子小齒數(shù)Zr為Zr＝k(mb+a)，且式中b是1以上的整數(shù)、當m為偶數(shù)時，a是滿足1≤a＜2m的奇數(shù);當m為奇數(shù)時，a是滿足1≤a＜m或m＜a＜2m的整數(shù)的條件下，沿周向設有第2定子小齒25的定子鋼片30的凸極部分P2、P4、P6、P8、P10才能像上述那樣均等配置，從而才能以72度的整數(shù)倍的角度旋轉迭放。
而且，當凸極12的第2定子小齒25面對周向上的動子小齒26時，凸極14的第2定子小齒25正好與動子小齒26相對，且彼此錯開齒距τ的2/5，凸極16的第2定子小齒25錯開齒距τ的4/5，凸極18的第2定子小齒25錯開齒距τ的6/5，也就是錯開1/5，凸極20的第2定子小齒25錯開齒距τ的8/5，也就是錯開3/5。因此，如圖12所示，設定子繞組W2為A相，定子繞組W8為B相，定子繞組W4為C相，定子繞組W10為D相，定子繞組W6為E相，則可構成基本步進角為齒距τ的1/10度即0.5度的旋轉5相步進電動機。
另外，設定子鋼片30的厚度為t0，當將該鋼片30按144度的角度進行旋轉迭放，如圖11所示，在各定子凸極11、13、15、17、19上形成的軸向齒距為mt0，即5t0，齒端部分24a的厚度為2t0的軸向第1定子小齒24。而且當以凸極11為基準時，凸極13的該第1定子小齒24的偏移量為齒距的2/5，凸極15的該小齒24的偏移量為齒距的4/5，凸極17的該小齒24的偏移量為齒距的6/5，即1/5，凸極19的該小齒24的偏移量為齒距的8/5，即3/5。因此，如圖12所示，設定子繞組W1為A相、定子繞組W7為B相、定子繞組W3為C相、定子繞組W9為D相、定子繞組W5為E相，則可構成基本移動量為t0/2的直線5相步進電動機。
因此，能以構成直線-旋轉復合式5相步進電動機，且能分別對其進行驅動控制。
另外，采用下述方法代替對定子鋼片30進行144度旋轉迭放，也能形成定子鐵心10。
即圖13(a)-圖13(e)是表示有沿定子鐵心10的軸向形成第1定子小齒24的凸極部分P1、P3、P5、P7、P9的定子鋼片30a、30b、30c、30d、30e的示例圖。圖中，在凸極部分P2、P4、P6、P8、P10上，分別沿周向形成第2定子小齒25。在圖13(a)-圖13(e)中，定子鋼片30a、30b、……30e的各凸極部分P1、P3、P5、P7、P9的前端，利用安裝在圖中未示出的沖裁金屬模具中的、且能在各凸極部分P1、P3、……P9處伸縮的活動沖頭，按照周期性的反復順序，將每一枚鋼片沖裁成圖13(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(a)、(b)、(c)……所示的形狀，于是在各凸極部分P1、P3、……P9的前端形成第1定子小齒24的齒端部分24a或齒根部分24b。
圖13(a)所示的定子鋼片30a是使與其凸極部分P5、P9相關的活動沖頭5、9不動作，而使與其他凸極部分P1、P3、P7相關的活動沖頭1、3、7動作進行沖裁時，在凸極部分P5、P9的前端形成齒端部分24a，而在凸極部分P1、P3、P7的前端形成齒根部分24b。
圖13(b)所示的定子鋼片30b是使與其凸極P1、P5相關的活動沖頭1、5不動作，而使與其他凸極部分P3、P7、P9相關的活動沖頭3、7、9動作進行沖裁時，在凸極部分P1、P5的前端形成齒端部分24a，而在凸極部分P3、P7、P9的前端形成齒根部分24b。
以下同樣，圖13(c)、圖13(d)、圖13(e)所示的定子鋼片30c、30d、30e分別有選擇地使與各自的凸極部分P1、P3、……P9相關的活動沖頭1、3、……9不動作或者動作進行沖裁，分別在各凸極部分P1、P3、……P9的前端形成規(guī)定的齒端部分24a或齒根部分24b。
因此，形成定子鐵心10時，通過將已經(jīng)沖裁的定子鋼片30a、30b、30c、30d、30e按順序迭放，就能在各凸極部分P1、P3、……P9的前端形成錯開一個齒距的第1定子小齒24。
其次，圖14-圖16用來說明為了形成定子鋼片10，利用沖裁金屬模具沖裁定子鋼片30a、30b、30c、30d、30e，并按順序將它們迭放的順序。
圖14是控制沖裁金屬模具內的活動沖頭的電路結構圖。圖中，由沖壓控制裝置32，按圖15所示的順序，選擇激勵各螺線管，對安裝在沖裁金屬模具31內、且能在各凸極部分P1、P3、P5、……P9伸縮的可動沖頭1、3、5、……9進行伸縮控制，以便在形成定子鐵心10的定子鋼片30的各凸極部分P1、P2、P5、……P9的前端形成第1定子齒24的齒端部分24a或齒根部分24b。圖中的32a是連接電線。
圖15是表示各定子鋼片30a、30b、30c、30d、30e的沖裁迭放順序與活動沖頭1、3、5、……9的控制狀態(tài)之間的關系表。表中所用的符號，表示各活動沖頭1、3、5、……9在形成齒根部分24b時的沖頭動作的狀態(tài)(外伸)，用O符號表示形成齒端部分24a時的沖頭不動作的狀態(tài)(縮回)。
圖16是為了便于理解而表示的各活動沖頭1、3、5、……9中的一個活動沖頭33的控制狀態(tài)的說明圖，圖16(a)表示沖頭的動作狀態(tài)(外伸)，圖16(b)表示沖頭的不動作狀態(tài)(縮回)。
在圖16中，活動沖頭33裝在沖裁金屬模具31內，且可沿圖中的上下方向移動，同時在沖頭的上面形成凸頭33a，由于受到螺線管34吸力的作用，向圖中右方驅動的凸頭35與凸頭33a接觸。
來自沖壓控制裝置32的ON(接通)信號輸向螺線管34后，該螺線管34被激勵，驅動凸頭35向右移動。由于凸頭35被驅動，該凸頭35與活動沖頭33上的凸頭33a各自的凸塊相接觸，于是活動沖頭33便從沖裁金屬模具31中向外伸出，變成圖16(a)所示的動作狀態(tài)。
另外，當來自沖壓控制裝置的OFF(斷開)信號輸向螺線管34后，該螺線管34被去碰，凸頭35受到圖中未繪出的復位機構的作用而返回左方。由于凸頭35返回，兩個凸頭的凸塊彼此脫離，于是活動沖頭33便被圖中未繪出的復位機構拖入沖裁金屬模具31內，變成圖16(b)所示的不動作狀態(tài)。
按照圖15所示的迭放順序，將如上沖裁好的各定子鋼片30a、30b、30c、30d、30e順次迭放，就能形成定子鐵心10。
其次，在本實施例的直線-旋轉復合式步進電動機的另一示例中，形成定子鐵心10的定子鋼片40的一個示例見圖17所示。在圖17中，定子鋼片40的形成條件是直線電動機部分的相數(shù)m＝2，旋轉電動機部分的相數(shù)n＝2，2(m+n)＝8個凸極部分P41、P42、P43、……P48按45度的等間距角度配置。
在定子鋼片40上，凸極部分P41和P42、P45和P46分別是成對的凸極部分，構成沿周向形成第2定子小齒25的凸極部分，凸極部分P43和P44、P47和P48也分別是成對的凸極部分，是構成沿軸向形成第1定子小齒24的凸極部分。在凸極部分P41和42上形成的第2定子小齒25的中心線構成的角度為46.8度，在凸極部分P42和P45上形成的第2定子小齒25的中心線構成的角度為131.4度。另外，在凸極部分P45和P46上形成的第2定子小齒25的中心線構成的角度為46.8度。另外，圖中未示出的動子2或第2動子鐵心122c、122d沿周向配置的動子小齒的個數(shù)Zr為50。
因此，假設凸極部分P41的第2定子小齒25正好面對動子2的動子小齒26或動子102的第2動子鐵心的小齒128，凸極部分P42的小齒25便與動子小齒26或第2動子鐵心的小齒128錯開一個齒距(7.2度)的2/4，當繞在凸極部分P41和P42上的定子繞組中通電，且通過接線使極性彼此不同時，便可構成一相。另外，凸極部分P45的小齒25與動子小齒26或與第2動子鐵心的小齒128錯開一個齒距的1/4，凸極部分P46的小齒25與動子小齒26或與第2動子鐵心的小齒128錯開一個齒距的3/4，凸極部分P45與P46的小齒25之間錯開一個齒距的2/4。因此，當凸極部分P45和P46上繞的定子繞組中通電，且通過接線使極性彼此不同時即構成一相。通過使動子具有如圖2、圖3或圖4、圖7所示的結構，就能構成基本步進角為1.8度的2相混合式旋轉步進電動機。
圖18是從動子2一側看到的凸極41、42、43、……48的第1、第2定子小齒24、25的樣子(形狀)，它們是這樣形成的，即利用沖壓控制裝置32，控制安裝在沖裁金屬模具內、與各凸極部分P43、P44、P47、P48分別相對應的活動沖頭，使其動作或者不動作，以便對定子鋼片40的凸極部分P43、P44、P47、P48的前端部分進行沖裁。在對該定子鋼片進行沖裁時，便周期性地構成形成齒端部分24a的凸極部分，或者構成形成齒根部分24b的凸極部分，一邊沖裁一邊迭放而成。
有陰影線的部分分別是齒端部分24a及25a，無陰影線的部分分別是齒根部分24b及25b。設定子鋼片40的厚度為t0，通過上述那樣迭放后，在各定子凸極43、44、47、48上沿軸向形成齒距為2mt0，即4t0，齒厚為2t0的軸向第1定子小齒24。當以凸極43為基準時，凸極44上的該小齒24的偏移量為一個齒距的2/4，凸極47上的該小齒24的偏移量為一個齒距的1/4，凸極48上的該小齒24的偏移量為一個齒距的3/4。因此，如圖16所示，通過連接定子繞組W41、W42、W43、……W48，就能構成基本移動量為t0的2相復合式直線步進電動機。
如上所述，在本實施例中可構成2相直線-旋轉復合式步進電動機。而且通過像上述那樣分別將相鄰的凸極41、42;43、44;45、46;47、48構成一相，就能使各相的磁路獨立，同時直線電動機部分和旋轉電動機部分的磁路也能互相獨立，且能使相線圈之間的結合縮小。
前面的實施例及本實施例都是復合式步進電動機，但本發(fā)明同樣可實施于VR型步進電動機。另外，本發(fā)明的技術不限于上述實施例中的技術，也可以采用具有同樣效果的其它形態(tài)的機構。另外，本發(fā)明的技術可以在上述結構的范圍內進行種種變更。
根據(jù)以上的第1及第3個實施例的說明可知，本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機，是設有帶這樣的定子鐵心的定子和支承在該定子內、能沿軸向自由移動、且能沿周向自由轉動、同時又是帶這樣的動子鐵心的動子，即在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子齒的凸極;該動子鐵心在其外周面上面對第1、第2定子小齒分別沿軸向及周向等間距形成多個動子小齒。
而且，上述定子鐵心是這樣形成的，即按照規(guī)定的角度，將定子鋼片旋轉迭放，以便在上述凸極的內周面上沿軸向形成定子小齒，或者利用沖裁金屬模具，按沖裁每塊鋼片所規(guī)定的周期，一邊對安裝在上述沖裁金屬模具內能以在各凸極部分伸縮的活動沖頭進行伸縮控制，一邊對形成上述鐵心的鋼片進行沖裁，并按順序將鋼片迭放起來形成定子鐵心，因此不會加長定子鐵心的軸向長度，而且能使直線電動機部分和旋轉電動機部分的定子鋼片和動子鐵心通用化。
因此具有提高上述步進電動機整體組裝作業(yè)效率的效果。
根據(jù)前面的第2及第3個實施例的說明可知，本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機，是按照相數(shù)、凸極數(shù)及由對形成定子小齒的齒端部分的凸極和形成齒根部分的凸極的配置位置的規(guī)定所決定的規(guī)定角度，對該定子鋼片進行旋轉迭放，以便在上述凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，同時，第2定子小齒也按規(guī)定角度旋轉迭放，使其齒端部分和齒根部分分別排列迭放，從而形成定子鐵心，因此上述定子鋼片和動子鐵心能通用化，同時線性電動機部分的動子與旋轉電動機部分的動子的比率可以任意設定。
另外，本發(fā)明的直線-旋轉復合式步進電動機是為了在其定子鐵心的凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，利用沖壓控制裝置，對安裝在沖裁金屬模具內、且能在各凸極部分伸縮的活動沖頭一邊進行選擇伸縮控制，一邊進行沖裁，以便使各凸極部分的前端，以對該鋼片沖裁所規(guī)定的周期，形成第1定子小齒的齒端部分和齒根部分，同時將用沖裁金屬模具形成鐵心用的鋼片按順序迭放，形成定子鐵心，所以上述定子鋼片和動子鐵心能通用化，同時直線電動機部分的動子和旋轉電動機部分的動子的比率可以任意設定。
本發(fā)明的定子鐵心的制造方法，將cm類的定子鋼片按順序交替迭放，可形成直線電動機部分用的第1定子小齒。在這種情況下，cm類的定子鋼片的制造方法沒有特別限定，可以利用各種金屬模具進行沖裁，再將沖裁好的鋼片按順序迭放即可。
因此能提高上述步進電動機整體的組裝作業(yè)效率。
權利要求
1.直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為它設有帶定子鐵心的定子和支承在該定子內、能沿軸向自由移動且能沿旋轉方向自由轉動、并設有動子鐵心的動子，在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子小齒的凸極；該動子鐵心在其外周面上面對上述第1、第2定子小齒、分別沿軸向和周向等間距形成多個動子小齒，上述定子鐵心是這樣形成的，即按照相數(shù)、凸極數(shù)及由對形成定子小齒的齒端部分的凸極部分和形成齒根部分的凸極部分規(guī)定的配置位置決定的規(guī)定角度，對上述各凸極部分按規(guī)定配置好的定子鋼片進行旋轉迭放，形成上述定子鐵心。
2.直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為它設有帶定子鐵心的定子和支承在該定子內、能沿軸向自由移動、且能沿旋轉方向自由轉動的、設有動子鐵心的動子，在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子小齒的凸極，該動子鐵心在其外周面上面對上述第1、第2定子齒、分別沿軸向和周向等間距形成若干個動子小齒，上述定子鐵心是這樣形成的，即為了在上述凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，利用沖壓控制裝置，對安裝在沖裁金屬模具內、且能出在各凸極部分伸縮的活動沖頭一邊進行選擇伸縮控制(參見圖14-16)，一邊用沖裁金屬模具對形成鐵心用的鋼片進行沖裁，以便按沖裁每塊鋼片所規(guī)定的周期，使各凸極部分的前端形成第1定子小齒的齒端部分或齒根部分，同時將該鋼片按順序迭放形成定子鐵心。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為設有這樣的定子鐵心，動子鐵心和永磁鐵，即設m為直線電動機和旋轉電動機各自的相數(shù)，k為1以上的整數(shù)時，在該定子鐵心內側、設有以等間距角配置的2km個凸極，該凸極共有兩種，一種是沿軸向形成的第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成的第2定子小齒的凸極，兩者交替配置;該動子鐵心有沿周向形成的Zr個動子小齒;該永磁鐵夾在定子鐵心之間或動子鐵心之間，且沿軸向磁化，同時，動子沿周向的小齒的Zr個數(shù)滿足如下關系Zr＝k(mb+a)，式中b為1以上的整數(shù)，當m為偶數(shù)時，a為滿足1≤a＜2m的奇數(shù)，當m為奇數(shù)時，a為滿足1≤a＜m或m＜a＜2m的整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求2所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為設m為直線電動機部分的相數(shù)、n為旋轉電動機部分的相數(shù)時，在定子鐵心內側配置2(m+n)個凸極，該凸極由m組沿軸向形成第1定子小齒的、相鄰的兩個凸極構成的凸極對和n組沿周向形成第2定子小齒的、相鄰的兩個凸極構成的凸極對構成。
5.直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為它設有帶定子鐵心的定子和用軸支承在該定子內、能沿軸向自由移動且能沿旋轉方向自由轉動的、并設有動子鐵心的動子，在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成若干個第2定子小齒的凸極，該動子鐵心是沿軸向配置的多個動子鐵心，共有兩種，一種是在其外周面上面對第1定子小齒沿軸向等間距形成第1動子小齒的第1動子鐵心，另一種是面對第2定子小齒，沿周向等間距形成第2動子小齒的第2動子鐵心，上述電動機的特征為其定子鐵心是這樣構成的，即設線性電動機部分的相數(shù)為m，且以平面坐標軸為基準觀察時，構成該定子鐵心的定子鋼片通過將凸極前端部分的形狀不同的cm類的鋼片交替進行迭放，沿軸向形成齒距為cmt0的第1定子小齒，同時，在形成第1定子小齒ckm個定子凸極之間，以某個凸極的第1定子小齒為基準時，其它凸極的第1定子小齒以沿動子的移動方向產生(d/2m)cmt。偏移的cm個凸極為1組，共形成k組這樣的凸極組。在上面的關系中，當m為奇數(shù)時，c＝1，當m為偶數(shù)時，c＝2，t0為鋼片的厚度，k為1以上的整數(shù)，d為滿足1≤d≤2m-1的(cm-1)個互不相同的整數(shù)。
6.直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為它備有帶定子鐵心的定子和用軸支承在該定子內、能沿軸向自由移動且能沿旋轉方向自由轉動的、并設有動子鐵心的動子，在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成多個第2定子小齒的凸極，該動子鐵心是沿軸向配置的多個動子鐵心，共有兩種，一種是在其外周面上與第1定子小齒相對、沿軸向等間距形成第1動子小齒的第1動子鐵心，另一種是與第2定子小齒相對、沿周向等間距形成第2動子小齒的第2動子鐵心，上述定子鐵心是這樣形成的，即按照相數(shù)、凸極數(shù)及由對形成定子小齒的齒端部分的凸極部分和形成齒根部分的凸極部分規(guī)定的配置位置決定的規(guī)定角度，對上述各凸極部分配置好的定子鋼片進行旋轉迭放，以便在上述凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒，同時第2定子小齒也按上述規(guī)定角度旋轉、迭放，使其齒端部分和齒根部分分別排列迭放，構成定子鐵心。
7.直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為它備有帶定子鐵心的定子和用軸支承在該定子內、能沿軸向自由移動且能沿旋轉方向自由轉動的帶動子鐵心的動子，在該定子鐵心內側設有呈輻射狀配置的多個凸極，該凸極有兩種，一種是在其內周面上沿軸向形成若干個第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成若干個第2定子小齒的凸極，該動子鐵心是沿軸向配置的多個動子鐵心，共有兩種，一種是在其外周面上面對第1定子小齒、沿軸向等間距形成第1動子小齒的第1動子鐵心，另一種是面對第2定子小齒，沿周向等間距形成第2動子小齒的第2動子鐵心，上述定子鐵心是這樣形成的，即利用沖壓控制裝置，對裝在沖裁金屬模具內、且能在各凸極部分伸縮的活動沖頭一邊進行選擇伸縮控制，一邊按沖裁每塊鋼片所規(guī)定的周期，用沖裁金屬模具對形成鐵心用的鋼片進行沖裁，以便在上述凸極的內周面上形成第1定子小齒，同時將該鋼片按順序迭放，形成定子鐵心。
8.根據(jù)權利要求5或6或7所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為設有這樣的定子鐵心、動子鐵心和永磁鐵，即設m為直線電動機和旋轉電動機各自的相數(shù)，k為1以上的整數(shù)時，在該定子鐵心內側設有以等間距角配置的2km個凸極，該凸極有兩種，一種是沿軸向形成第1定子小齒的凸極，另一種是沿周向形成第2定子齒的凸極，兩者交替配置;該動子鐵心也有兩種，一種是沿軸向以與第1定子小齒的齒距相對應的齒距形成多個第1動子小齒的第1動子鐵心，另一種是沿周向形成Zr個第2動子小齒的第2動子鐵心;該永磁鐵夾裝在一對第1與第2動子鐵心中間，且沿軸向被磁化，被上述永磁鐵磁化成N極和S極的第1及第2動子鐵心的個數(shù)相同，同時，第2動子小齒的齒數(shù)Zr滿足如下關系Zr＝k(mb+a)，式中b是1以上的整數(shù)，當m為偶數(shù)時，a為滿足1≤a＜2m的奇數(shù)，當m為奇數(shù)時，a為滿足1≤a＜m或m＜a＜2m的整數(shù)。
9.根據(jù)權利要求5或6或7所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為上述動子是將作直線電動機用的一個第1動子鐵心和作旋轉電動機用的一個第2動子鐵心形成一個整體，再將該形成一個整體后的動子鐵心2組作為一對動子鐵心，將該一對動子鐵心對稱地配置在軸上，同時，在該一對動子鐵心之間夾裝沿軸向磁化的永磁鐵。
10.根據(jù)權利要求5或6或7所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為上述動子設有作直線電動機用的2個第1動子鐵心，以及夾裝在該第1動子鐵心中間、且沿軸向磁化的永磁鐵，還設有作旋轉電動機用的兩個第2動子鐵心，以及夾裝在該第2動子鐵心中間、且沿軸向磁化的永磁鐵，同時，將它們配置在軸上。
11.根據(jù)權利要求5或7所述的直線-旋轉復合式步進電動機，其特征為設m為直線電動機部分的相數(shù)，n為旋轉電動機部分的相數(shù)時，定子鐵心是這樣構成的，即在定子鐵心內側設有2(m+n)個凸極，該凸極是由m組沿軸向形成第1定子小齒的相鄰的兩個凸極構成的凸極對和n組沿周向形成第2定子小齒的相鄰的兩個凸極構成的凸極對構成的。
全文摘要
一種直線-旋轉復合式步進電動機，其定子是設有多個凸極的定子鐵心，該定子鐵心設有在其內周面上沿軸向形成多個第1定子小齒的凸極，以及沿周向形成多個第2定子小齒的凸極，其動子有支承在該定子內、沿軸向自由移動、且能自由轉動的動子鐵心，該動子鐵心在其外周面上面對第1、第2定子小齒、沿軸及周向等間距形成多個動子小齒。定子鐵心是以規(guī)定的角度將定子鋼片進行旋轉疊放，在特定的凸極的內周面上沿軸向形成第1定子小齒而形成的。
文檔編號H02K41/03GK1108015SQ9411892
公開日1995年9月6日 申請日期1994年11月18日 優(yōu)先權日1993年11月19日
發(fā)明者里見博文, 巖佐孝夫 申請人:東方電機株式會社