专利名称：径向步进电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种径向步进电机，通过由自熔线热粘接后形成的线圏 的面来支撑定子轭铁，并利用浸含有粘接剂的粘接片粘接在线圏上，从 而实现外形薄、提高定子的强度、并实现组装工序的自动化。
背景技术：
近年来，在便携式电话、PHS、 PDA等便携式终端中使用振动发生 用电机，作为实现来电通知功能和体感振动功能的装置。伴随着便携式 终端的小型化，虽然要求振动发生用电机小型化和外形薄，但是，因此 而导致强度降低和组装工时数增加的问题产生。
特开平7-298532号公报公开了 一种既可实现小型化和外形薄又能 够减少组装工时数的技术。特开平7-298532号公报中记载的轴向型无刷 电机因为在组装时利用回流焊同时进行使用了热固化粘接剂的线圈粘 接工序和焊接工序，故减少了组装工时数。此外，还提出了使用薄厚绝 缘片和粘接剂来提高线圈粘接力的方法。
另一方面，实开平6-77211号公报公开了提供薄型线圈部件的技术。 实开平6-77211号公报中记载的线圏部件包括通过将单根或者多根自 熔线捆扎在一起并在平面内缠绕成螺旋形而形成的平面线圏；根据需要 夹在平面线圏之间的绝缘片；在2块平板中的1块或2块中的相向面的 中央部和外围部设有凸部的芯子；和连接来自平面线圏的引线的端子。
如上所述，为了使电机变薄，有必要使构成电机的部件变薄，结果 导致强度不够、电机性能不稳定、组装工时数增加、生产效率下降和生 产成本增加等问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种外形薄、能 够提高定子的强度、并实现组装工序的自动化的径向步进电机。
本发明的第一方面涉及一种径向步进电机，其特征在于包括具有 将自熔线缠绕后再进行热粘接后形成的具有圆环状圆环面的线圏；由上述线圏的圆环面支撑的定子轭铁；将上述定子轭铁和上述线圈粘接的粘 接片。
若按照本发明的笫1方面，构成磁路的定子轭铁在面上由利用自熔 线加固的圆环状线圏的面进行支撑，同时，利用粘接片固定在线圏上。 因此，利用粘接片来提高定子的强度并实现电机的外形薄。即，由于线 圈形状或定子轭铁的位置被固定，故既实现外形薄又能使电机特性稳 定。为了使径向步进电机得到所希望的稳定的转数，提供给步进驱动的 磁力需要稳定。作为使用于步进驱动的磁力稳定的一个主要因素，使线 圈形状和定子轭铁的位置稳定变得十分重要。这对于例如定子形状容易 随时间而变化的振动发生用电机来说是特别重要的因素。这里，自熔线 是指例如由导体、绝缘层和热粘接层构成的导线，将自熔线缠绕并使其 热粘接后形成的线圏是这样的线圈在缠绕了自熔线时利用加热处理或 溶剂处理使相邻的热粘接层彼此之间热粘接，形成为一体并对其进行加 固。
本发明笫二方面的特征在于在本发明第1方面的径向步进电机中， 上述粘接片是厚度为0.02mm~0.07mm的圆环状的薄片，使上述线圈和 上述定子轭铁绝缘。若按照该方式，由于使线圏和定子轭铁绝缘的粘接 片很薄，厚度只有0.02mm ~ 0.07mm,故对于线圏端子的焊接空间小的 薄型电机来说是很合适的。与此不同，当粘接片比0.02mm薄时，因绝 缘性能下降，故电机特性容易发生变化，当比0.07mm厚时，难以将电 机制作得^f艮薄。此外，粘接片形成为圆环状，与圆环状的线圏相匹配， 故当组装粘接片时只需要插入到轴承即可。
本发明第三方面的特征在于在本发明第2方面的径向步进电机中， 粘接片是将环氧树脂系的热固化粘接剂浸含在基体材料中的粘接片，该 基体材料是将玻璃纤维制作成布状的基体材料。若按照该方式，因粘接 片是浸含有环氧树脂系的热固化粘接剂的材料，故电机的组装工序通过 加热处理等能够自动化操作的简单的工序来完成。因此，能够在维持生 产效率和生产成本不变的情况下组装出定子强度高的薄型电机。与此不 同，在不浸含热固化粘接剂的情况下，因增加涂敷粘接剂的工序，故组 装工时数增加。
本发明笫四方面的特征在于在本发明第1~3中任何一方面的径 向步进电机中，上述定子轭铁具有梳齿形极齿，由具有一方的极齿的第1定子轭铁和具有另一方的极齿的第2定子轭铁构成，上述粘接片将上 述定子轭铁和上述线圏粘接在一起，使上述第1定子轭铁和上述第2定 子轭铁的极齿相互啮合。若按照该方式，因粘接片将2个定子轭铁和线 圏粘接并固定，使第1定子轭铁和第2定子轭铁的相邻的极齿间的距离 大致均勻，故电机特性稳定。即，通过稳定极齿间的距离，可以使提供 给径向步进电机的步进驱动的磁力稳定，能够稳定地得到所希望的转 数。这对于例如定子形状容易随时间变化的振动发生用电机来说特别重 要。
本发明第五方面的特征在于在本发明第4方面的径向步进电机中， 具有对上述笫1定子轭铁和上述第2定子轭铁进行磁耦合的轴承，上述 轴承对上述第1定子轭铁和上述第2定子轭铁进行定位，从而使上述第 1定子轭铁和上述第2定子轭铁的极齿相互啮合。若按照该方式，由于 径向步进电机具有起磁路作用的轴承，故可以不要芯子(铁心)。因此， 可以减少部件个数和组装工时数，实现小型化。此外，由于不要芯子而 节省的空间也可以充当定子线圈的绕线空间。当将因不要芯子而节省的 空间充当定子线圏的绕线空间时，绕线的匝数增加，低于额定输入的低 输入时的磁动势和带芯子的电机大致相同。即，能够得到足够的转数。 此外，因轴承对2个定子轭铁进行定位，使第1定子轭铁和第2定子轭 铁的相邻的极齿间的距离大致均匀，故定子强度得到提高，电机性能稳 定。
本发明的径向步进电机能够提高定子的强度，并能够实现外形薄和 组装工序的自动化。
图1A、 1B是第1实施形态的径向步进电机的构成图，图1A是图 1B的A-A剖面图，图1B是图1A的B-B剖面图。 图2是第1实施形态的径向步进电机的分解图。 图3是第1实施形态的径向步进电机的驱动电路的方框图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施形态。 1.第1实施形态
5在笫1实施形态中，对利用浸含有粘接剂的粘接片将定子轭铁和自 熔线缠绕后再进行热粘接后所形成的线圏粘接在一起的径向步进电机， 举出一个例子进行说明。
(径向步进电机的构成)
图1A、 1B和图2是径向步进电机的构成图。图1A是图1B的A-A 剖面图，图1B是图1A的B-B剖面图，图2是分解图。图1A、图1B 所示的外转子型径向步进电机1由底板2、外罩3、定子4和转子5构 成。径向步进电机1是不要芯子的小型振动发生用步进电机，例如，外 径为8mm, 高为2mm。
底板2由金属材料形成，在其上表面固定了定子4的第2定子轭铁 10和作为第3定子轭铁的轴承12。底板2包括具有向线圏供电的电源 线的基板和开口部(省略图示)，具有向线圈供电的电源线的基板与外 部控制电路或电源等连接。开口部与外罩3的圆筒部3b端面的突起部 嵌合，从底板2的背面对突起部进行软钎焊或焊接。底板2的外径为 8mm。
外罩3由金属材料、例如SUS (不锈钢)303等形成。外罩3将圆 板部3a和圓筒部组合在一起，形成为杯子形状，并具有〕字形截面形 状。在圆筒部3b的端面上设置了几处突起部(省略图示)，用于固定 在底板2。圆筒部3b端面的突起部与底板2的开口部嵌合，并被软钎焊 或焊接。外罩3的外径是8mm，高是2mm。
定子4具有绝缘部件8、第1定子轭铁9、第2定子轭铁10、定子 线圈11和轴承12。定子线圏ll是这样的线圏将由导体、绝缘层和热 粘接层构成的自熔线缠绕并热粘接后形成的。定子线圏11是由绕线机 缠绕，再利用加热处理使自熔线的热粘接层软化并热粘接，形成为利用 绕线时的张力而一体化的圆环状线圈。定子线圏11利用圆环状的圆环 面支撑第1定子轭铁9和第2定子轭铁10。
若按照该方式，构成磁路的定子轭铁在面上由利用自熔线加固的圆 环状线圈支撑。即，因线圏的形状和定子轭铁的位置被固定，故能够稳 定电极特性。为了使径向步进电机1稳定地获得所要的转数，用于步进 驱动的磁力需要稳定。作为稳定向步进驱动提供的磁力的一个主要因 素，使线圈的形状或者定子轭铁的位置稳定很重要。这在定子的形状随 着时间推移容易出现变化的振动发生用电机中，是特别重要的因素。第1定子轭铁9是磁性材料，构成为在杯子形状的中央设有开口 9a 和切口9b的形状。开口 9a在圆板部9c的中央形成，圆筒部9d连接在 圆板部9c的周围。等间隔地设置4个切口 9b,从圓筒部9d至圆板部 9c近似形成为U字形。在切口 9b之间形成才及齿9e。切口 9b的近似U 字形由极齿9e的形状决定。第1定子轭铁9和第2定子轭铁10的厚度 为0.15mm。
第2定子轭铁10具有和第1定子轭铁9同样的材质和形状。第1 定子轭铁9和第2定子轭铁10利用轴承12来定位，使梳齿状的极齿相 互啮合。即，通过将第1定子轭铁9和第2定子轭铁10压入并保持在 轴承12中，从而第1定子轭铁和第2定子轭铁的相邻极齿之间的距离 大致保持均匀。此外，在第1定子轭铁9和笫2定子轭铁IO之间设置 定子线圈11, 2个定子轭铁在面上由利用自熔线加固的定子线圈11的 圓环面支撑。配置作为笫1定子轭铁9、笫2定子轭铁10和第3定子轭 铁的轴承12，从而将圆环状的定子线圏11的周围覆盖。
因定子线圏11的作用而产生的磁力的方向是"第l定子轭铁9的 极齿-笫2定子轭铁10的极齿-轴承-第1定子轭铁9的极齿-......"。
因此，第1定子轭铁9的极齿变成N极，笫2定子轭铁10的极齿变成S 极。由于形成了该NSNS......磁极的定子轭铁沿半径方向与后述的环形
磁铁15相对置，故相互排斥或吸引，使转子5按规定的方向旋转。当 相互吸引时，切换向定子线圏11供给的驱动电流的方向，故因为定子 线圈11的作用而产生的磁力的方向也切换为"第2定子轭铁10的极齿 —笫1定子轭铁9的极齿—轴承—第2定子轭铁10的极齿—......"。
因此，第1定子轭铁9的极齿变成S极，第2定子轭铁10的极齿变成N 极。此后，通过反复进行同样的动作，使转子5持续地旋转。
此外，在第1定子轭铁9和第2定子轭铁10的梳齿状的极齿中， 一对相邻的极齿对(Pl、 P2)的旋转方向上的长度(LP1、 LP2)是不对 称的。另一方面，其他极齿(例如，P3、 P4)的旋转方向上的长度(LPO、 LPO)是均匀的。若按照该方式，在向定子线圏11供给的驱动电流为 OFF之后，在下次起动开始时，转子的旋转方向相同。图1A表示停止 状态。在该状态下，首先，当转子5顺时针旋转时，调整驱动电流的方 向，使笫1定子轭铁9的极齿P1变成S极。由此，变成S极的极齿P1 被吸？ I到环形磁铁15的N极侧。因此，转子5按顺时针旋转。绝缘部件8由粘接片8a和绝缘圆筒部件8b构成，在构成磁路的作 为第1定子轭铁9、第2定子轭铁10和第3定子轭铁的轴承12和定子 线圏ll之间进行电绝缘。粘接片8a是将环氧树脂系的热固化粘接剂浸 含在由玻璃纤维制作的布状基体材料中再进行干燥后形成的，具有在常 温下不固化、加热后才固化的特性。粘接片8a是厚度约为0.02mm~ 0.07mm左右的圆环状的粘接片，并设置在第l定子轭铁9与定子线圏 ll之间、以及第2定子辄铁10与定子线圈ll之间。这时，粘接片8a 将2个定子轭铁和定子线圈11粘接在一起，使第1定子轭铁9和第2 定子轭铁10的极齿相互啮合。即，使第1定子轭铁9和第2定子轭铁 10的相邻极齿之间的距离大致均匀地对粘接片8a进行粘接。此外，粘 接片8a形成为圆环形状，与圆环状的线圈相配合，故在组装粘接片时 只要将其插入到轴承中即可。
若按照该方式，第1定子轭铁和第2定子轭铁通过轴承12压入并 被保持，同时使用粘接片8a粘接并固定在定子线圈11上。进而，2个 定子轭铁在面上通过由自熔线加固的定子线圈11的圆环状的圆环面支 撑，故提高了定子的强度。即，因线圈的形状和2个定子轭铁的极齿位 置固定，故电机特性稳定。
此外，粘接片8a因为是热固化型粘接剂，所以只增加加热处理这 样的可自动进行的组装工序。因此，既能保持电机的生产效率和生产成 本，又能组装提高了定子强度的薄型电机。此外，因厚度薄，只有0.02~ 0.07mm左右，故对线圏端子的软钎焊空间小的薄型电极来说，很合适。
绝缘圆筒部件8b是由树脂制成的圆筒状的部件，用来作为定子线 圈11和轴承12之间的绝缘体。再有，绝缘圆筒部件8b也可以用粘接 片8a代替。这时，径向步进电机1利用预先缠绕有粘接片8a的轴承进 行组装。根据用粘接片8a代替的方式，即使在半径方向上也可以实现 小型化。此外，通过用粘接片8a代替所节省的空间也可以充当绕线空 间。若按照该方式，因线圈产生的磁动势增大，故能够使用低输入来得 到所希望的转数。
轴承12是由铁(Fe)的含量在99% (质量)以上的烧结含油合金 构成的轴承。这里，烧结含油合金是指在称之为多孔质的很多孔(空气 通道)中浸含有油的烧结合金。因此，轴承12具有利用转轴13旋转而 产生的摩擦热使浸含的油渗出，并且在与转轴13之间形成油膜的特性。因此，不需要进行注油等维护工作，又因为是多孔质结构，所以提高了 对偏负荷的耐久性，降低了轴承损耗。多孔质结构的开孔率设计成向轴
承12的内圆面和转轴13之间供给适量的润滑油。再有，虽然通常不需 要供给油，但是也可以设置供给油的油罐。若按照该方式，可以进一步 延长轴承12的寿命。再有，轴承12的密度约为6.0g/cm3。
转子5具有转轴13、转子框14、环形磁铁15和偏心锤16。转轴 13呈圆棒形状，其端部与转子框14连结。转轴13的外径是0.6mm。转 轴13插入到轴承12中并由轴承12进行支撑。转子框14由金属材料、 例如铁等形成。转子框14由中心具有开口 14a的圆板部14b和连接到 圆板部14b周围的圆筒部14c构成，呈杯子形状。在转子框14的开口 14a中嵌入转轴13并固定。这时，转子框14与第1定子轭铁9分离设 置，由积层在轴承12上的隔片支撑。环形磁铁15固定在转子框14的 圆筒部14c的内侧面。
环形磁铁15由任意的磁性材料、例如钕(Nd )、铁(Fe )、硼(B )、 钐(Sm)、钴(Co)等形成。环形磁铁15通过对圆筒状永久磁铁进行 多极充磁形成，并具有4对磁极。环形磁铁15固定在转子框14的内侧 面，与第1定子轭铁9和第2定子轭铁IO在半径方向上相对置。因此， 用于旋转的磁力相对较强，能够以低输入得到所希望的转数。
偏心重锤16由比重大的金属材料，例如铁(Fe)、铜(Cu)、铅 (Pb)、钨(W)等金属和以它们为主要成分的烧结合金形成。偏心锤 16在规定角度的范围内形成部分环形形状，其中心角可以根据使用材料 的比重等进行适当的设计。在该例子中，中心角是180度。部分环形的 偏心锤16通过焊接等与转子框14的外圆面连接。因此，偏心锤16的 位置离旋转中心相对较远，能够高效地产生振动。
在带偏心锤16的转子框14的振动机构中，振动量由mrwZ表示。 这里，m (kg)是偏心锤16的质量，r(m)是距中心的长度，w ( rpm ) 是转数。振动量是1G左右时被称为体感灵敏度较理想的振动。这时的 转数是9000rpm左右。因此，从中心到偏心锤16的距离较长的外转子 型比内转子型更有利。此外，因偏心锤16可以形成在转子框14的圆周 上的任意位置，故较容易制造。 (组装顺序)
下面，简单地说明电机的组装顺序。(1)使用绕线机，利用张力将自熔线缠绕规定的匝数和缠绕层数 (巻段数)。对缠绕的自熔线和夹具进行加热，彼此的热粘接层软化并 粘合。这时，定子线圈11通过绕线时的张力进行固定。
(2 )将第2定子轭铁10固定(粘接、熔敷、焊接等)在底板2上。 (3 )将轴承12压入到第2定子轭铁10中。
(4) 将粘接片8a、绝缘部件8b和定子线圏11插入到轴承12中。
(5) 定子线圈11的线圈端热钎焊在底板2的电源线上。
(6) 将笫1定子轭铁9压入到轴承12中，对定子线圈11侧加压。
(7) 通过加热处理使粘接片8a固化，将2个定子轭铁和定子线圏 11粘接在一起。
如上所述，若按照使用了将自熔线缠绕后再热粘接后形成的线圈和 浸含了粘接剂的粘接片的方式，径向步进电机可以进行自动加热处理， 通过简单的工序进行组装。因此，可以在维持生产效率和生产成本不变 的情况下組装出定子强度得到提高的薄型电机。 (驱动电路)
图3是表示一例径向步进电机的驱动电路的方框图。驱动电路20 由P型MOSFET25、 26、 N型MOSFET27、 28和时序发生电路29构成。 驱动电路20与环状定子线圏ll单相连接，向定子线圏ll供给方向交 替变化的电 流。
P型MOSFET25、 26和NMOSFET27、 28是开关元件，改变向定子 线圏ll供给的电流的方向。时序发生电路29是微处理器等集成电路， 向P型MOSFET25、 26和N型MOSFET27、 28输出驱动时序信号。再 有，也可以使用MOSFET之外的开关元件。
驱动时序信号由时序发生电路29生成，并向P型MOSFET25、 26 和N型MOSFET27、 28供给。在a脉沖区间，P型MOSFET25和N型 MOSFET28变成导通电位，向定子线圏11供给一个方向的电流。另一 方面，在b脉冲区间，P型MOSFET26和N型MOSFET27变成导通电 位，向定子线圏11供给反向的电流。以下，重复相同的控制。
此外，时序发生电路29利用脉冲宽度调制(PWM)控制径向步进 电机1的旋转速度。即，时序发生电路29在加速时，逐渐减小脉冲宽 度，使供给到定子线圏11的电流的方向的切换速度逐渐加快，另一方 面，在匀速时，使脉沖宽度保持一定，并将供给到定子线圈11的电流的方向的切换时间间隔保持一定。此外，在减速时，逐渐加大脉冲宽度， 使供给到定子线圏11的电流的方向的切换速度变慢。
这样，径向步进电机l按照加速、匀速、减速的速度特性进行控制。
加速时，例如在0.3~0.5秒的时间内加速到恒定速度。在匀速时，以体 感良好的9000rpm左右进行旋转。这时，对轴承12施加1G左右的偏负 荷。减速时间最好尽可能短。 (第1实施方式的优点)
下面，参照图1A、 1B和图2说明第1实施形态的优越性。
(1) 电机的外形薄
由于对2个定子辄铁和定子线圏ll进行绝缘的粘接片8a的厚度很 薄，约为0.02mm 0.07mm左右，故可以实现电机的外形薄。该方式对 于软钎焊线圏端子的空间较小的薄型电机来说是很适合的。与此不同， 当粘接片8a的厚度小于0.02mm时，因绝缘性能降低，故不能维持电机 的性能，当厚度大于0.07mm时，电机难以实现外形薄。此外，因粘接 片8a与圆环状的线圈配合，也形成为圓环形状，故组装粘接片8a时， 只需将其插入到轴承12中即可。
(2) 电机特性的稳定化
构成磁路的第1定子轭铁9和第2定子轭铁10压入并保持在轴承 12中的同时，利用粘接片8a固定在定子线圏11上。进而，2个定子轭 铁在面上由已利用自熔线加固的圆环状定子线圏11支撑，故可以谋求 电机的外形薄，并能够提高定子的强度。即，由于线圈形状和2个定子 轭铁的极齿的位置被固定，故实现了外形薄，并使电机特性稳定。为了 使径向步进电机1稳定地得到所希望的转数，用于步进驱动的磁力需要 稳定。作为使供给到步进驱动的磁力稳定的主要因素之一，使线圏形状 或定子轭铁的极齿位置稳定很重要。这对于例如定子的形状容易随时间 变化的振动发生用电机来说是特别重要的因素。
与此不同，若只将2个定子轭铁压入到轴承12中并被保持，则定 子轭铁相对于旋转方向的位置容易产生偏差，故定子轭铁需要所希望的 壁厚，结果，难以实现电机的外形薄。此外，当将线圏缠绕在线圈骨架 上时，线圏骨架的缘边越薄，越容易弯曲，线圏的形状不稳定，电机特 性也不稳定。因此，线圈骨架的边缘必须达到所希望的厚度，结果，难 以实现电机的外形薄。此外，虽然也有通过将2个定子轭铁和轴承12焊接在一起来确保 定子强度的方法，但是，这时，因为轴承12构成磁路，故磁特性将发 生变化，引起电机特性不稳定。此外，虽然还有通过铆接轴承12来固 定2个定子轭铁从而确保定子强度的方法，但是，此时需要铆接余量(力、 L灼L3),这对于制造薄型电机来说是不利的。 (3)组装工序的自动化
定子线圈11是通过对自熔线进行加热处理来热粘接固定的，粘接 片8a是浸含环氧树脂系热固化粘接剂再进行干燥后形成的，故径向步 进电机1可以通过能自动进行加热处理这样的简单的工序来组装。因此， 可以在维持径向步进电机1的生产效率和生产成本不变的情况下组装出 定子强度得到提高的薄型电机。与此不同，当不浸含热固化粘接剂时， 需要增加涂敷粘接剂的工序，因此，会增加组装工时数。
本发明可以用于实现外形薄、提高定子强度且能够自动完成组装工 序的径向步进电机、振动发生用步进电机、和使用了这些电机的便携式 电话、PHS、 PDA等。
权利要求
1.一种径向步进电机，其特征在于，包括线圈，具有将自熔线缠绕后再进行热粘接后形成的圆环状圆环面；定子轭铁，由上述线圈的圆环面支撑；以及粘接片，将上述定子轭铁和上述线圈粘接。
2. 权利要求1记载的径向步进电机，其特征在于上述粘接片是厚 度为0.02mm 0.07mm的圆环状的薄片，使上述线圏和上述定子轭铁绝 缘。
3. 权利要求2记载的径向步进电机，其特征在于上述粘接片是将 环氧树脂系的热固化粘接剂浸含在基体材料上的粘接片，该基体材料是 将玻璃纤维制作成布状的基体材料。
4. 权利要求1~3中任何一项记载的径向步进电机，其特征在于 上述定子轭铁具有梳齿形极齿，由具有一方的极齿的第l定子轭铁和具 有另一方的极齿的第2定子轭铁构成，上述粘接片将上述定子轭铁和上 述线圏粘接在一起，使上述第1定子轭铁和上述第2定子轭铁的极齿相 互啮合。
5. 权利要求4记载的径向步进电机，其特征在于具有对上述第1 定子轭铁和上述第2定子轭铁进衧磁耦会的轴承，上述轴承对上述第1 定子轭铁和上述第2定子轭铁进行定位，使上述第1定子轭铁和上述第 2定子轭铁的极齿相互啮合。
全文摘要
本发明涉及一种径向步进电机，具有将自熔线缠绕再进行热粘接后形成的圆环状圆环面的线圈、由上述线圈的圆环面支撑的定子轭铁和将上述定子轭铁与上述线圈粘接的粘接片。
文档编号H02K15/00GK101295910SQ20081009571
公开日2008年10月29日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者松原真朗 申请人:美蓓亚马达株式会社