本发明涉及一种线性步进电机及用于制造该线性步进电机的设备和方法。
背景技术：
线性电机通常具有用于径向支撑和径向力消散的滚珠轴承或滑动轴承。对这些线性步进电机的要求是能够尽可能精确地将致动杆径向和轴向地定位，尤其是主轴相对于主轴螺母的轴向间隙以及整个主轴在壳体中的轴向间隙尽可能小。一般情况下，总的轴向间隙≤0.3毫米是理想的。这要求在生产过程中部件的公差非常小。除此之外，在低温下，定子的收缩远大于安装于其内部的主轴。因此，必须保持最大的轴向间隙，使得主轴在低温下不会卡住，否则线性步进电机的驱动力会显着下降。
技术实现要素：
鉴于上述状况，有必要提供一种具有理想的轴向间隙的线性步进电机及能够经济方便地制造该线性步进电机的设备及方法。
一种线性步进电机，包括定子组件及可纵向移动的插入所述定子组件的致动杆、收容在所述定子组件内的转子及设置在定子组件位于线性步进电机的驱动侧的上盖，所述定子组件包括定子，所述转子设置有主轴，所述定子组件由所述定子完全包胶成型并包括定子包胶成型件，所述上盖设有盖凹槽并收容有轴承滚珠，所述定子包胶成型件远离上盖的一端向内设有定子凹槽并收容有轴承滚珠，所述主轴的两端分别由所述两轴承滚珠支撑。
一种制造该线性步进电机的设备，包括中间连接有中央心轴的一底板、环绕并支撑于该中央心轴的一可线性移动的套环、套设于该套环外的一调节环及中心定位于所述套环上的用于将上盖压至定子组件的一压力模具，所述套环的上部设有一配合收容所述线性步进电机的内孔，所述调节环由一弹簧支撑于所述底板上，可沿所述中央心轴的长度方向上移动并可相对所述套环固定。
一种利用上述设备制造上述线性步进电机的方法，包括：组装所述定子组件、转子、主轴、致动杆、轴承滚珠及上盖，上盖被松弛地盖于定子组件上；将定子组件插入所述设备的套环上部的内孔中；通过压力模具向定子组件压所述上盖，使上盖向内变形；及撤去压力模具，使上盖变形恢复，将上盖紧配于定子组件，或将上盖紧配于定子组件后再撤去压力模具，使上盖变形恢复。
本发明基于创造新型线性步进电动机的任务以及用于制造上述类型的线性步进电动机的设备和方法，其中线性步进电动机的转子轴允许限定的紧密的轴向间隙，线性步进电动机被设计为简单且较短的尺寸，由比以前更少的部件组成，并且可以以优选全自动的方式成本低廉地制造。
附图说明
图1为本发明线性步进电机的截面图。
图2为图1所示的线性步进电机的立体组装图。
图3为用于制造该线性步进电机的设备的截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1与图2示出了一线性步进电机的构造。所述线性步进电机包括单独预制的定子组件17、转子6和设置在定子组件17位于电机驱动侧(d侧)的上盖4。定子组件17包括钟形的定子5，转子6对应的为钟形。该线性步进电机通过在定子组件17中可纵向移动的叉形的致动杆1传递其致动力。在钟形的转子6中，设置有转子轴，所述转子轴作为主轴13且设置有外螺纹。主轴13通过其外螺纹及设置在纵向可移动的致动杆1的内螺纹将主轴13的旋转运动传递到致动杆1的线性运动。致动杆1由两个相对的平行的腹板在一端相互连接形成，所述致动杆1的内螺纹设置于所述两腹板的相互连接处。这些平行的腹板形成致动杆叉3，该致动杆叉3被引导通过上盖4中的两个对应的开口8而在线性步进电机的驱动侧(d侧)不可转动。在致动杆叉3上形成有致动杆头2(参见图2)，不同客户特定的附件例如水阀可以以简单的方式联接到该致动杆头2上。定子5形成为单独的完全塑料包塑成型的定子组件17并且具有有特定直径的模制的定子凸缘27。在包覆成型的定子片11之间的区域中，缠绕并设置有两个定子绕组16。定子绕组16可通过插入到定子包胶成型件12中的连接器插脚19电连接到外部。具有定子绕组16定子包胶成型件12被金属的定子套筒10围绕以形成磁性返回路径，定子套筒10与定子片11电接触并且具有套筒开口，连接器保护罩18被安装在套筒开口中并包围所述连接器插脚19。线性步进电机的主轴13在两个轴承滚珠9之间被轴向引导和支撑，即主轴13的两端分别由两个轴承滚珠9支撑在定子包胶成型件12的定子凹槽14和上盖4中的盖凹槽15之间。
与以前的线性步进电机相比，没有分离设置的滑动轴承或滚子轴承，而是将主轴13直接单独引导到定子包胶成型件12中。这简化了构造和组装，并且还可以可靠地防止转子在运转过程中摆动。另外，这种简化的结构实现了定子5和转子6的非常好的同心度。
图3示出了根据本发明的用于制造线性步进电机的设备的截面图，线性电机(未截面处理)放置在该设备上。该设备包括平稳的底板20。在其中央，一中央心轴24与底板20连接。一套环21借助于直线球轴承支承在中央心轴24上，并在中央心轴24的引导下可线性移动。套环21的上部内孔的形状和内部尺寸与定子组件17的外轮廓和外壳尺寸彼此匹配，使得定子组件17可以插入到内孔中。套环21被调节环22包围，调节环22可沿中央心轴24的高度方向移动并可固定在套环21上。优选地，调节环22通过具有特定弹簧系数的环形弹簧23支撑在底板20上。将转子6、装有致动杆1的主轴13和轴承滚珠9插入到定子5中，盖上上盖4。在中央设置由力传感器控制的压力模具25，其从上方将上盖4压在定子组件17上，从而将整个线性步进电机压在套环21上。金属的定子套筒10也可以预先安装。
在通过上述设备制造线性步进电机的方法中，定子组件17由两个或更多个连接的定子片组成，并且作为具有一体式的定子包胶成型件12及配合的定子绕组16和/或金属定子套筒10的整体。定子5呈钟形并且其上形成有定子凸缘27，定子5插入可线性移动的套环21的上部内孔中。连接器插脚19和连接器保护罩18也可以已经被接触和安装。随后，定子组件17与其他电机部件：第一轴承滚珠9，转子6，主轴13和致动杆1以及装设有第二轴承滚珠9的上盖4组装在一起。
然后放置线性步进电机，调节盖凸缘26，并通过力传感器控制的压力模具25施加的压力使凸缘26和27相互配合。首先，定子组件17的下表面抵接中央心轴24的表面，然后继续向下按压直到力传感器达到特定值，从而得到凸缘26和27的最终位置。在压制操作中，上盖4和包胶成型的定子5的与上盖4相对的区域都被挤压并略微向内偏转一预设的距离，即上盖稍稍挠曲一预设的距离。如果部件之间不存在气隙，即轴向间隙已被消除，则压力模具25突然增加压力。此时关闭设备，取出线性步进电机。上盖4松弛偏转恢复，在轴承滚珠9和主轴13的轴向支承表面之间形成小的气隙，即轴向间隙。上盖4以适当的方式使盖凸缘26与定子凸缘27接合，优选地，盖凸缘26和定子凸缘27焊接在一起。该方法允许线性步进电机的自动化组装和制造以及轴向间隙的高度精确调节，使得主轴13几乎不能再进行轴向移动。尽管存在显着的部件公差，但这可以制造出具有最小化并最优的轴向间隙的线性步进电机。在其他实施方式中，压力可以继续施加到上盖4直到凸缘26和27接合之后再释放。
用于制造线性步进电机的设备被设计为使得可线性移位的套环21借助于线性滚珠轴承29被引导并支撑在中央心轴24上，使得两个部件之间的摩擦尽可能小。
上盖4通过盖凸缘26与定子组件17接合。在本实施方式如果上盖4的至少盖凸缘26的区域部分地由激光透明的塑料制成，定子凸缘27设置在盖凸缘26的径向环绕压配合区域内，通过使用特定的激光穿过旋转的线性步进电机的激光透明的盖凸缘26，将上盖4与定子5在盖凸缘26和定子凸缘27的接触面焊接在一起。从而，可以优化制造线性步进电机的方法。在其他实施方式中，还可以将线性步进电机固定，通过旋转激光器进行焊接，或者将线性步进电机固定并使用多个激光器进行焊接固定。焊接仅发生在盖凸缘26和定子凸缘27的两个内接触表面的直接接触区域内。
对于较高的尺寸精度而言，至关重要的是，上盖4自动地与定子轴线(对称轴线)精确地成直角对准，这是因为套环21的顶表面也精确地垂直于套环开口的对称轴。
相较于先前的技术，该直线电机由较少的部件组成，其免维护且结构非常短，满足主轴13的最小轴向间隙的高要求，并且可以通过上述方法被容易且快速地制造。节省了之前使用的昂贵的滚珠轴承或滑动轴承，并避免了由其引起的后来安装的转子6的摆动。根据主轴13的长度，仅通过改变环形弹簧23的预载荷就可以精确地调整每个线性电机的轴向间隙。这是一个显着的优点，特别是因为三个部件的各自的公差要被结合在一起，主轴13的长度，定子凹槽14的深度以及盖凹槽15的深度可以在相当大的范围内变化。由于这些公差，在轴承上的轴向间隙小于±0.05毫米不能被经济地生产。由于现在的部件公差特别是主轴长度的变化不再影响轴向间隙的调节过程，所以制造费用可以显着降低。主轴轴承中的轴向间隙的精度对于每个内置的主轴是可调至最佳的，例如，对某个尺寸的主轴，最小轴向间隙为0.03毫米，最大轴向间隙为0.07毫米。
代替由力传感器控制的压力模具，也可以是由弹簧控制的压力模具。由力传感器或弹簧控制的压力模具25将最佳力施加到安装的线性马达上，直到位于压力模具25的表面上的上盖4和定子包胶成型件12的下部已经在两端轴承的区域中挠曲一定的距离至气隙已经不存在了。压力模具25的端面精确地与整个装置的对称轴成直角对齐。此时由力传感器或弹簧控制的压力模具25施加的压力急剧增加，设备被关闭和放松。现在挠曲可以在支撑的两轴承区域放松恢复，从而设置最佳的轴向间隙。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。