专利名称：混合型旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括将多相的绕组缠绕于作为绕组极的多个主极而形成的定子和将永久磁铁夹持在一对转子磁极间而构成的混合型转子的步进马达等混合型旋转电机。
背景技术：
在多用于复印机和打印机等OA设备的步进马达等旋转电机中，要求小型且廉价、高速高转矩、低振动旋转。OA设备处于小型化、低成本化、高速化、低振动化的趋势，且对其驱动马达也同样有小型化、低成本化、高速化、低振动化的要求，而混合型步进马达为满足该要求的方法之一。
一种混合型步进马达，其转子由两个圆板状的转子磁极(转子铁芯)和设置在其间且被轴向磁化的永久磁铁构成，所述转子安装于旋转轴，并且在设置于转子外侧并将该转子包围的定子铁芯的轴向两侧分别设置壳体，通过分别保持在壳体的轴承，旋转轴被支撑为可自由旋转。在定子铁芯以向内侧突出的形式形成多个主极，并将绕组缠绕于该主极，通过借助驱动电路控制对绕组的通电，能够在转子获得所需的旋转。在此，在定子铁芯的各主极的末端形成多个感应齿，并且在转子的各转子磁极的外周面形成多个磁齿，使其与定子的感应齿对置。在上述混合型步进马达中，在任意的定子主极，其感应齿与转子的一转子磁极的磁齿正好对置时，以另一转子铁芯的磁齿相对于感应齿错位转子磁齿的齿距的1/2为必要条件。因此，与以往相比，将转子的一对转子磁极配置为仅错位磁齿的1/2齿距。以前，由于为了使夹持转子的永久磁铁的两个转子磁极的磁齿间具有磁齿齿距的1/2的错位角，而在转子的组装制作时使用专用的保持具从外部保持转子磁齿和转子磁极，因此无法高精度地限制转子磁极间的磁齿的错位角，特别是在尺寸小的混合型步进马达中，这个问题更加突出，且存在转矩偏差、转矩降低以及角度精度降低等问题。
发明内容
在根据本发明的混合型旋转电机的优选实施方式中，针对上述问题点，在夹持转子的永久磁铁的两个转子磁极的磁齿间通过简单的结构获得磁齿齿距的1/2的错位角。在本发明中，包括具有定子铁芯和多相绕组的定子以及具有转子元件的转子。其中，所述定子铁芯由环状铁芯背部和从该铁芯背部呈放射状突出而形成且在各末端形成多个感应齿的多个主极构成，所述多相绕组缠绕于该定子铁芯的各个主极，所述转子元件由被设置为相对于该定子在径向隔着气隙且可自由旋转且由磁性材料形成的一对环状的转子磁极以及被该两转子磁极夹持且被轴向磁化的永久磁铁构成，在一对转子磁极，在与定子对置的外周或者内周以等齿距T形成规定数量的磁齿，并且以各磁齿相互错位T/2的方式配置一对转子磁极。而且,在一对转子磁极的内周或者外周,相对于该转子磁极的磁齿，设置处于规定的位置关系的切口部，并且使一对转子磁极中的一转子磁极的切口部和相对于这一转子磁极表里相反的另一转子磁极的切口部在轴向吻合，在一转子磁极的各磁齿和另一转子磁极的各磁齿沿周向形成T/2的相位差。在这样的本发明的混合型旋转电机中，将设置于一对转子磁极的内周或者外周的切口部设定于相对于任意的基准位置错位T/4的位置，使各切口部在轴向吻合地配置两个转子磁极，以使一对转子磁极中的一转子磁极的切口部相对于基准位置的磁齿向旋转方向的一方错位T/4，相对于该转子磁极表里相反的另一转子磁极的切口部相对于基准位置的磁齿向旋转方向的另一方错位T/4。并且，在上述的本发明的混合型旋转电机中，在一对转子磁极的内周或者外周设置第I、第2切口部，当m为I以上的整数时，能够将两切口部配置在相对于规定数量的磁齿的齿距T错位(mT + T/2)的位置，并且能够在使一对转子磁极中的一转子磁极的第I切口部和另一转子磁极的第2切口部在轴向吻合的状态下进行配置，所述另一转子磁极配置成与该一转子磁极为表里相反的关系。 根据本发明的混合型旋转电机，由于通过使一对转子磁极中的一转子磁极的切口部和相对于该一转子磁极表里相反的另一转子磁极的切口部在轴向吻合，能够在一转子磁极的各磁齿和另一转子磁极的磁齿沿周向形成T/2的相位差，因此能够通过简单的结构使转子非常易于组装。特别是，如果将设置于一对转子磁极的内周或者外周的切口部设定在相对于任意的基准位置错位T/4的位置的话，由于通过以各切口部在轴向吻合的方式配置构成转子元件的一对转子磁极，两转子磁极的各基准位置从切口部向旋转方向的一方和另一方各错位转子磁齿的齿距的1/4，所以两转子磁极的各基准位置变成相互错位1/2齿距，结果是各磁齿相互错位1/2齿距。因此，仅使两转子磁极的各切口部在轴向吻合即可使两者的磁齿错位1/2齿距。并且，在本发明的混合型旋转电机中，在一对转子磁极的内周或者外周设置第I、第2切口部，将两切口部配置在相对于规定数量的磁齿的齿距T错位(mT + T / 2)的位置的情况下，通过使一转子磁极的第I切口部和配置成与该一转子磁极为表里相反的关系的另一转子磁极的第2切口部在轴向吻合，能够形成使两转子磁极的各磁齿相互错位T/2的结构，从而能够通过简单的结构，使转子非常易于组装。
图I为示出根据本发明的第一实施方式的混合型步进马达的剖面主视图。图2为示出图I的定子和转子的关系的俯视图。图3为示出图I的转子磁极的俯视图。图4为示出图I中的一对转子磁极的一部分的俯视图。图5为示出根据本发明的第二实施方式的混合型步进马达的剖面主视图。图6为示出图5中的转子磁极的一部分的俯视图。图7为示出根据本发明的第三实施方式的混合型步进马达的剖面主视图。图8为示出图7的转子磁极的俯视图。
具体实施方式
第一实施方式图I示出作为本发明的第一实施方式的内转子型的混合(HB)型旋转电机的二相HB型步进马达。并且，图2是从轴向看到的在该步进马达中将八主极机的定子和HB型转子组合后的图。虽然在图2中省略了绕组的图示，但是在作为八主极的绕组极的头部分别缠绕绕组，并且将缠绕于彼此隔着一个的四个主极的绕组连结而形成一相序分量，利用剩余的四个主极形成另一相序分量，整体形成两相绕组。定子为采用了不产生不平衡电磁力且高速性良好的八主极结构的例子。定子10由定子铁芯12和两相绕组14构成，其中，所述定子铁芯12由外形为大致四边形的环状的铁芯背部12a和从该铁芯背部12a呈放射状向内侧突出设置且在周向等间隔排列的八个主极12b构成，所述两相的绕组14缠绕于各主极12b。在作为绕组极的各主极12b的末端突出设置多个(例如六个)感应齿12c。定子铁芯12通过层压多张硅钢板(薄 板)而构成。由于上述定子铁芯12呈每90度旋转对称状地构成，所以能够将硅钢板依次旋转90度后将其层压而构成。如果使转子磁极每旋转90度后层压而构成的话，能够消除在构成薄板的硅钢板带钢的压延方向和其直角方向产生的磁导率的差，此外在薄板自身的压延方向和其直角方向的各位置产生的厚度差的累积得以缓和，从而可以获得在周向尺寸精度和磁性特性方面没有偏差的定子铁芯。该两相定子10，由配置在图2中的定子铁芯12的垂直轴线和水平轴线相互正交的两条线上的四个主极12b、即每隔90度配置的四个主极12b构成一相序分量(A相/C相)，由剩余的四个相互隔开90度的机械角且从一相序分量主极隔开45度的机械角而配置的主极12b形成二相序分量(B相/D相)。在各相中，每隔90度的四个主极12b在向绕组14通电时被励磁为相互异极。在所述定子10的轴向两侧固定支架16A/16B，通过分别被其保持的轴承18A/18B，配置在定子铁芯12的内侧的转子20的旋转轴22被支撑为相对于定子10可自由旋转。转子20由在轴向间隔开地固定在旋转轴22的一对圆盘状的转子磁极24/26和夹持在该转子磁极24/26之间并且被轴向磁化的圆环状的永久磁铁28构成。通过一对转子磁极24/26将旋转轴22结合于各中心孔24a/26a，而将它们固定为一体。两转子磁极24/26通过层压各硅钢板(薄板)而构成，且在各外周等齿距地设置多(N r = 4 n)个(n为I以上的整数)磁齿24b/26b。一对转子磁极24/26被配置为相对于各个磁齿24b/26b的齿距T相互错位1/2。图3以及图4简易示出图I以及图2中的转子磁极24/26的一部分，虽然各个中心孔24a/26a的大小和磁齿24b/26b的个数与图I以及图2所示多少有些不同，但这是为了容易理解。图3更明确地示出，使两个切口部24c配置在180度旋转对称位置地形成在转子磁极24的中心孔24a。该切口部24c在磁齿24b的齿距为T时分别形成于从特定的磁齿24b的中心位置向逆时针方向仅错位T/4的位置。为方便起见，图3示出一转子磁极24，但是另一转子磁极26也同样，使两个切口部26c配置于180度旋转对称位置地形成在该中心孔26a，其相对于磁齿26b的齿距T分别形成于从特定的磁齿26b的中心位置向逆时针方向仅错位T/4的位置。在此，另一转子磁极26在其表里相反的状态下被组装，因此，在另一转子磁极26中，中心孔26a的切口部26c从特定的磁极26b的中心位置向顺时针方向仅错位1/4齿距T。
而且，这样的结构的一对转子磁极24/26如图4所示，在使各切口部24c/26c在轴向吻合的状态下结合于旋转轴22。因此，一转子磁极24的各磁齿24b与另一转子磁极26的各磁极26b形成相互仅错位1/2齿距T的关系。因此，利用一对转子磁极24/26和被夹持在其间的永久磁铁28组装转子20时，只要两转子磁极24/26的各切口部24c/26c形成在轴向吻合的位置关系，即可简便地完成所期望的结构的转子20。
在此，在上述实施方式中，关于定子铁芯12，说明了每旋转90度后层压硅钢板的结构，但是，在转子元件的一对转子磁极的磁齿为4n个(n为I以上的整数)并且在该转子磁极均匀地配置四个切口部时，能够在将构成各转子磁极的多个薄板依次旋转90度后的状态下进行层压。当然，并不限定于此，旋转层压的旋转角度可以根据转子的凸极数等规格进行适当选择。第2实施方式接下来，利用图5以及图6对本发明的第2实施方式进行说明。图5示出三相HB型步进马达的剖面结构，与前述的实施方式的情况相同，支架40A/40B分别配置于定子30的上下，通过分别被支架40A/40B保持的轴承42A/42B，配置于定子30的内侧的转子50的旋转轴52被支撑为可自由旋转。定子30具有例如圆环状的背轭和定子铁芯32，其中所述定子铁芯32由从所述背轭呈放射状地向内侧突出设置且在周向等间隔排列的多个主极构成，三相的绕组缠绕于各主极。多个感应齿突出设置于作为绕组极的各主极的末端。定子铁芯32通过层压多张硅钢板而构成。转子50由在轴向间隔开地固定于中空管状的旋转轴52的一对转子磁极54/56、和夹持在该转子磁极54/56之间且被轴向磁化的圆盘状的永久磁铁58构成。一对转子磁极54/56通过分别层压规定张数的硅钢板(薄板)而构成，如图6所示，在一转子磁极54形成与旋转轴52嵌合的中心孔54a的同时，在其外周以等齿距设置多(N r = 4 n)个(n为I以上的整数)磁齿54b，另一转子磁极56也同样具有中心孔，并在外周以等齿距设置多个磁齿。一对转子磁极54/56相对于各磁齿的齿距T相互错位1/2地配置。在此，如图6所示，四个半圆状的切口部54c等间隔即每隔90度地形成在一转子磁极54的中心孔54a。当各磁齿54b的齿距为T时，各切口部54c配置在相对于穿过在周向最接近切口部54c的磁齿54b的周向中心和转子磁极54的中心的直线错位T/4的角度位置。同样地，在另一个转子磁极56，四个切口部也是等间隔地形成于其中心孔，各角度位置被设定为相对于成为基准的磁齿仅错位T/4。并且,在旋转轴52的与两转子磁极54/56相对应的外周面，形成与各转子磁极54/56的切口部54c对置的轴向长的半圆状的凹槽52a,并且其在周向被等间隔地配置在四个位置。而且，两转子磁极54/56在将任何一方设为表里相反的状态下，使各切口部处于轴向吻合的位置关系，且在其两者间夹持永久磁铁58，并被嵌合于旋转轴52。并且，两转子磁极54/56的切口部和旋转轴52的凹槽52a处于相对的位置关系，在由该两者形成的轴向孔中嵌入销60，由此，两转子磁极54/56相对于旋转轴52而结合。此时，由于两转子磁极54/56在其中一方呈表里相反的状态下处于各切口部相吻合的位置关系,所以各磁齿相互错位1/2齿距T，两转子磁极54/56相互间的位置对准则变得非常简单。另外,在上述实施方式中，各转子磁极54/56中，在各磁齿之间嵌入辅助磁铁62。该辅助磁铁62为轴向长的棒状磁铁，并且使粘结剂不从磁齿向外周溢出地利用粘结剂固定于各磁齿间。辅助磁铁62在径向即厚度方向被磁化,并被设定为极性与被所述永久磁铁58磁化的转子磁极54/56的磁齿相反的磁极朝向外表面。由此,各转子磁极54/56的磁齿的磁力增加，从而能够得到高转距。并且，在上述实施方式中，示出了由一对转子磁极和被其夹持的永久磁铁构成转子元件、并将其结合于旋转轴进而形成转子的情况，但是也可以具有多个由一对转子磁极和被其夹持的永久磁铁构成的转子元件、并将其结合于共同的旋转轴进而构成转子。这种情况下，多个转子元件中，相邻的转子元件的各永久磁铁的磁化方向互相相反，并且邻接的转子磁极处于各磁齿的周向位置在轴向吻合的位置关系。第3实施方式接下来，利用图7以及图8对本发明的第3实施方式进行说明。上述的第I以及第2实施方式都是内转子型的HB型步进马达的例子，但是此第3实施方式则示出适用于外 转子型的HB型步进马达。定子72固定于中空圆筒状的固定轴70。该定子72具有通过螺纹固定而固定于固定轴70的中腹部外周面的定子铁芯74、以及缠绕于该定子铁芯74的绕组76。定子铁芯74由圆环状的背轭和从该背轭呈放射状地向外侧突出设置且在周向等间隔排列的多个主极构成，三相的绕组76缠绕于各主极。多个感应齿设置在作为绕组极的各主极的末端。定子铁芯74通过层压多张硅钢板而构成。在三相的绕组76的端部连接导线78，所述导线78被导向至固定轴70内，并通过固定轴70内部与控制电路(未图示)连接。内置有定子72的旋转体80利用一对轴承82A/82B被固定轴70支撑为可自由旋转。该旋转体80由覆盖定子72的下侧且被轴承82B支撑的旋转基底部84、覆盖定子72的上侧且被轴承82A支撑的旋转外罩部86、以及连结在旋转基底部84以及旋转外罩部86的外周部间且隔着气隙与定子72在径向对置的转子88构成。转子88由在轴向间隔开地固定于大致圆筒状的转子外壳90的内侧的一对转子磁极92/94、和被夹持在该转子磁极92/94间且被轴向磁化的圆盘状的永久磁铁96构成。一对转子磁极92/94分别通过层压规定张数的硅钢板(薄板)而构成，如图8所示，转子磁极92/94的外周面92a/94a成为与转子外壳90的内周面嵌合的嵌合面，且在转子磁极92/94的内周以等齿距设置多(N r = 4 n ,例如200)个(n为I以上的整数)磁齿92b/94b。在一对转子磁极92/94的各外周，在每隔60度的等间隔的位置分别形成螺丝导向槽92c/94c，在其与转子外壳90之间形成的螺丝导向孔内插入连接旋转基底部84和旋转外罩部86的螺丝，将旋转基底部84/旋转外罩部86以及转子88合为一体从而构成旋转体80。在一对转子磁极92/94的各外周，进一步说，在大致180度的旋转对称位置形成第I切口部92(^/944以及第2切口部92d2/94d2。第I切口部92(^/94(^被配置为与转子磁极92/94的内周的磁齿92b/94b的基准位置一致，第2切口部92d2/94d2被配置在从转子磁极92/94的磁齿92b/94b的基准位置错位1/2磁极92/94的齿距T的位置。也就是说，第I切口部92(^/944以及第2切口部92d2/94d2被配置成形成m T + T / 2的相位差地。m为I以上的整数。而且，一对转子磁极92/94在相对于其中一个使另一个表里相反后，使转子磁极92 (94)的第I切口部92屯(94屯)和转子磁极94 (92)的第2切口部94d2 (92d2)在轴向吻合地配置，并将磁铁96夹进两者之间而固定于转子外壳90。因此，两转子磁极92/94成为各磁齿92b/94b互相仅错位T/2的位置关系。在此，在上述实施方式中，例如如图8所示，在第I切口部92(1/94(^的附近设置对准标记92e/94e。虽然该对准标记92e/94e在层压多张硅钢板(薄板)而构成转子磁极92/94时用于对准层压位置，但是通过将该对准标记92e/94e作为记号，能够识别两转子磁极92/94的正确位置关系。也就是说，对准标记92e/94e形成在相对于第I切口部92(^/94(^在旋转方向偏离15度的位置时，使两转子磁极92/94相互表里相反后，使转子磁极92 (94)的第I切口部92屯(94屯)和转子磁极94 (92)的第2切口部94d2 (92d2)在轴向吻合的话，一转子磁极92的对准标记92e和另一转子磁极94的对准标记94e被配置成具有150度的相位差。因此，通过这些对准标记92e/94e的位置关系可以识别两转子磁极92/94是否被正确地组合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施方式，在其权利要求书所记载的范围内可以进行各种变形、变更。
权利要求
1.一种混合型旋转电机，该混合型旋转电机包括 定子，其具有定子铁芯和多相绕组，其中，所述定子铁芯由环状铁芯背部以及从所述铁芯背部呈放射状地突出形成且在各末端形成多个感应齿而形成的多个主极构成，所述多相绕组缠绕于该定子铁芯的各所述主极； 转子，其具有转子元件，所述转子元件由一对环状的转子磁极和环状的永久磁铁构成，其中，该一对环状的转子磁极被设置为相对于所述定子在径向隔着气隙且可自由旋转，并且由磁性材料形成，该环状的永久磁铁被所述一对转子磁极夹持且被轴向磁化， 所述一对转子磁极在与所述定子对置的外周或者内周以等齿距T形成有规定个数的磁齿， 所述一对转子磁极被配置为各磁齿相互错位T/2， 在所述一对转子磁极的内周或外周设置有相对于所述转子磁极的磁齿处于规定的位置关系的切口部， 使所述一对转子磁极中的一转子磁极的所述切口部和相对于所述一转子磁极表里相反的另一转子磁极的所述切口部在轴向吻合，一转子磁极的各磁齿和另一转子磁极的各磁齿沿周向形成T/2的相位差。
2.根据权利要求I所述的混合型旋转电机，其中， 形成于所述一对转子磁极的内周或外周的切口部被设定在相对于所述任意的基准位置错位T/4的位置， 所述一对转子磁极中的一转子磁极的所述切口部相对于基准位置的磁齿向旋转方向的一方错位T/4，相对于所述一转子磁极表里相反的另一转子磁极的所述切口部相对于基准位置的磁齿向旋转方向的另一方错位T/4，所述一对转子磁极被配置为各切口部在轴向吻合。
3.根据权利要求2所述的混合型旋转电机，其中， 所述转子元件的一对转子磁极的磁齿为偶数个，在所述两个转子磁极分别均匀地配置有两个以上且为偶数个的切口部。
4.根据权利要求2所述的混合型旋转电机，其中， 所述转子元件的一对转子磁极分别通过层压多张薄板而构成，且在所述各薄板，通过冲裁形成规定数量的磁齿和切口部，并在通过使各切口部吻合地层压规定张数的所述薄板而构成转子磁极的同时，一转子磁极与另一转子磁极在互相表里相反的状态下被配置为使所述切口部在轴向吻合。
5.根据权利要求2所述的混合型旋转电机，其中， 在所述转子设置有嵌合于所述转子元件的内周或外周并与所述转子元件成为一体而旋转的旋转部件，在所述旋转部件的各转子磁极所嵌合的周面，对应于所述切口部形成有凹槽，将销嵌入由所述凹槽和与所述凹槽对应的所述切口部形成的轴向孔中，从而所述转子磁极与所述旋转部件相结合。
6.根据权利要求2所述的混合型旋转电机，其中， 所述转子同心状并且一体地具有多组所述转子元件，多组转子元件中相邻的两个转子元件被配置为各所述永久磁铁的磁化方向相反，并且在相邻的两个转子元件中，邻接的转子磁极的磁齿的周向位置在轴向一致。
7.根据权利要求I所述的混合型旋转电机，其中， 在所述一对转子磁极的内周或者外周设置有第I/第2切口部，设m为I以上的整数时，所述第I/第2切口部被配置在相对于所述规定数量的磁齿的齿距T错位(mT + T/2)的位置， 所述一对转子磁极在使一转子磁极的第I切口部和另一转子磁极的第2切口部在轴向吻合的状态下配置，所述另一转子磁极被配置成与所述一转子磁极为表里相反的关系。
8.根据权利要求7所述的混合型旋转电机，其中， 所述一对转子磁极的第I/第2切口部配置在180°旋转对称位置。
9.根据权利要求7所述的混合型旋转电机，其中， 在所述一对转子磁极形成有可识别第I切口部或第2切口部的标记。
全文摘要
一种混合型旋转电机，目的是在夹持转子的永久磁铁的两个转子磁极的磁齿间通过简单的结构获得磁齿齿距T的1/2的错位角。本发明，在规定个数的磁齿以等齿距T形成在与定子对置的外周或内周的转子元件的一对转子磁极中，在该一对转子磁极的内周或外周，相对于该转子磁极的磁齿设置处于规定的位置关系的切口部，并且使一对转子磁极中的一转子磁极的切口部和相对于这一转子磁极表里相反的另一转子磁极的切口部在轴向吻合，在一转子磁极的各磁齿和另一转子磁极的磁齿沿周向形成T/2的相位差。
文档编号H02K37/14GK102957298SQ20121030636
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月27日
发明者阮成忠, 菊地范芳 申请人:日本电产伺服有限公司