CN1467903A - 步进电机 - Google Patents

Abstract

一种步进电机，有装有电机定子和传感器定子的柱形机壳。该电机定子和传感器定子位于机壳的相对端。电机转子和传感器转子安装在轴上，并分别对着电机定子和传感器定子。传感器转子和传感器定子一起形成旋转位置传感器。在机壳中安装旋转位置传感器减小了安装空间要求。通过精确定位电机定子和电机转子，从而在在电机定子芯和电机转子芯之间获得大约40至50微米的间隙。机壳通过前部法兰和后盖密封，从而可靠防止外部污染物例如灰尘微粒、滑油、水汽等的进入。

Description

步进电机

相关申请的交叉引用

本申请要求日本专利申请No.2002-164152的优先权，该申请的申请日为2002年6月5日，标题为“步进电机”。

发明的背景技术

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其是具有旋转位置传感器的紧凑步进电机。

现有技术的说明

普通步进电机在与驱动器的输入相当的恒定角度下旋转。普通电机可以在不使用旋转位置传感器例如分辨器(resolver)的情况下很好地控制旋转位置。不过，当步进电机用于汽车中时，例如冷却剂的控制、发动机的空气吸入和排气，需要使步进电机精确。另外，还必须使步进电机可靠地防止失去控制，例如由于在苛刻环境中失去同步性，例如由于在驾驶时的振动。因此，在普通步进电机中，当用于汽车中时，通常提供有旋转位置传感器，例如分辨器等，以便监测轴的实际旋转位置，并提供反馈以获得准确的旋转位置。

在汽车中，需要降低辐射和获得更大的燃料经济性。因此，汽车设备例如发动机控制装置变得日益复杂和先进，汽车安装空间的限制也增加。因此，需要一种紧凑的步进电机，它不需要单独的旋转位置传感器，因此减小了空间的要求。还需要一种低成本、易于装配的步进电机，它可以承受苛刻环境，例如在用于汽车中时将出现的高温、低温、灰尘、水汽和滑油。

发明简介

图1中所示的步进电机克服了现有技术的缺点，并提供了具有成一体的旋转位置传感器的精确和紧凑的步进电机。该步进电机有装有电机定子和传感器定子的柱形机壳。该电机定子和传感器定子位于机壳的相对端。电机转子和传感器转子安装在轴上，并分别对着电机定子和传感器定子。传感器转子和传感器定子一起形成旋转位置传感器。在机壳中安装旋转位置传感器减小了在用于汽车中时的安装空间要求。通过精确定位电机定子和电机转子，从而在在电机定子芯和电机转子芯之间获得大约40至50微米的间隙。机壳的相对端有沿周向间隔开的爪部分。该爪部分用于将前部法兰和后盖安装在机壳的相对端上。连接件安装在机壳的侧部件上。连接器安装在机壳上，且通过前部法兰和后盖密封该机壳，这可靠防止外部污染物例如灰尘微粒、滑油、水汽等的进入。

上述方面、优点和特征只是典型实施例。应当知道，它们并不是用于限制由权利要求确定的本发明。通过下面的说明、附图和权利要求书，可以清楚本发明的附加特征和优点。

附图的简要说明

下面将通过非限定实例和附图来介绍本发明，附图中，相同的参考标号表示相同部件，附图中：

图1表示了步进电机的剖视图。

详细说明

图1表示了具有柱形机壳2的步进电机1。该柱形机壳2装有电机定子3和传感器定子4(分辨器定子)。电机定子3和传感器定子4布置在机壳2的相对端。电机转子6和传感器转子7(分辨器转子)安装在轴5上，并分别与电机定子3和传感器定子4。前部法兰8和后部法兰9安装在机壳2的相对端，从而防止污染物进入机壳2。轴承28插入前部法兰8。轴5的、支承在轴承28内的一端凸出到密封结构的外部。凹槽11形成于机壳2的侧部件中，连接器10通过与该凹槽11啮合而安装在该侧部件上。机壳2的相对端有沿周向间隔开的爪部分12和13。该爪部分12和13分别用于安装前部法兰8和后盖9。

电机定子3包括定子芯14。该定子芯14由层叠的薄磁性材料片而形成。特定数目的磁极沿径向形成于定子芯14的内周。在各磁极的顶端，沿周向形成特定数目的、具有特定节距的小齿。线圈线轴15和16布置成环绕在定子芯14中的各磁极。线圈线轴15和16由绝缘材料例如合成树脂制成。线圈17通过线圈线轴15和16而环绕各磁极缠绕。线圈17的各相与连接器销18相连。连接器销19的一端位于连接器10内，而另一端位于一个线圈线轴15的凸起18中。

台阶20形成于机壳2的内周上。凸起2A形成为靠近该台阶20。这样形状的电机定子3在装配到机壳2中时，电机定子3通过台阶20和凸起2A的组合作用而固定就位。

传感器定子4有层叠结构的传感器定子芯21。该定子芯21有磁极和小齿，与电机定子3类似。线圈23通过线轴22环绕传感器定子磁极缠绕。传感器定子4位于机壳2的、远离电机定子3的端部处。台阶24形成于机壳2的内周上。传感器定子4通过与该台阶24接触而固定就位。芯23例如通过穿过机壳2的侧部件或后盖9的连接器、接线端子或电缆(图1中未示出)而与外部线路相连。也可选择，连接器销可以添加到连接器10上，以便与线圈23相连。

柱形衬套25(内部套管部件)插入定子芯14和定子芯21之间。在衬套25的相对端处形成有台阶26和27。定子芯14和21分别与台阶26和27接触，从而轴向固定定子芯14和21的相对位置，还固定定子芯14和21的径向位置。轴承29插入柱形衬套25的一端。弹簧垫片37布置在轴承29和衬套25之间。

电机转子6包括转子芯30和31。转子芯30和31由层叠磁性材料制成。环形磁体32布置在转子芯30和31之间。电机转子6通过在轴5上对它进行挤压而固定就位。轴5支承在轴承28和29中。小齿形成于转子芯30和31的外周上。在转子芯30和31上的小齿相互错开半个节距。在转子芯30和31上的小齿以及在电机定子3的磁极上的小齿有相同节距并彼此相对。在定子芯14和转子芯30和31之间的间隙大约为40至50微米。

传感器转子7包括由磁性材料制成的转子芯33。转子芯33通过在轴5上对它进行挤压而固定就位。在定子芯21和转子芯33之间的间隙大约为100至150微米。

前部法兰8通过使爪部分12卷曲而固定在机壳2的一端上。在机壳2和前部法兰8之间的间隙例如通过O形环34密封。其它装置也可以用于密封机壳2和前部法兰8之间的间隙。柱形支承部分35(内部套筒部分)基本位于前部法兰8的中心。该支承部分35凸出到步进电机的内部。滚珠轴承28固定在支承部分35的内部。滚珠轴承28和29通过弹簧垫片37进行预加载。台阶36形成于支承部分35的外周的顶端。定子芯14的一端和内周与该台阶36接触，从而固定电机定子3的轴向和径向位置。

后盖9通过使爪13弯曲而安装在机壳2的另一边缘上。在机壳2和后盖9之间的间隙例如通过O形环密封。其它装置也可以用于密封机壳2和后盖9之间的间隙。后盖9的边缘与定子芯21接触，从而固定传感器定子4在机壳2中的位置。

连接器10是防水的。该连接器10安装在凹槽11内，且也与前部法兰8啮合。连接器10和机壳2之间气密密封。

前部法兰8和轴5之间的间隙可通过安装在轴5上并由步进电机1驱动的装置(图1中未示出)密封。也可选择，前部法兰8和轴5之间的间隙例如可以通过O形环密封。

在使用时，接线侧连接器(图1中未示出)与连接器10相连，且电机定子3的线圈17通过连接器销19通电。该线圈17再使电机定子3的磁极励磁。当磁相顺序转换时，电机转子6以等于小齿节距一半的节距而进行旋转。电机转子6的旋转使得传感器转子7旋转，该传感器转子7再使得传感器定子4的线圈23中的电压变化。通过外部检测线路(图1中未示出)检测该电压变化，可以检测轴5的旋转位置。因此，可以监测轴5的实际旋转位置，并提供用于轴5的准确定位的合适反馈。

在机壳2中安装旋转位置传感器减小了在汽车使用中的安装空间要求。连接器10安装在机壳2上以及机壳2通过前部法兰8和后盖9密封，这将可靠防止外部污染物例如灰尘微粒、滑油、水汽等进入。

定子芯14的内周分别与柱形衬套25和支承部分35的台阶26和36接触，轴承29和28分别安装在柱形衬套25和支承部分35内。因此，可以增加轴承29和28的同心性，结果大大减小电机定子3和电机转子6之间的间隙，从而减小步进电机1的尺寸和增加步进电机1的扭矩。

传感器定子芯21的内周与柱形衬套25上的台阶27接触。还有，传感器转子7安装在轴5上，该轴5再支承在轴承29内。因此，可以增加传感器定子4和传感器转子7的同心性，从而增加检测准确性。

步进电机1可以很容易地以如下方式装配：连接器10安装在电机定子3上，从而使线圈17的绕组线和连接器销19连接。然后，使连接器10与机壳2的凹槽匹配。在滚珠轴承28内的前部法兰8安装在机壳2的一端，并通过使爪12卷曲而固定就位。上面安装有电机转子6的轴5从机壳2的另一端插入电机定子3内。其中有弹簧垫片37和滚珠轴承29的衬套25从机壳2的另一端插入，并布置成与电机定子3的定子芯14接触。传感器定子4从机壳2的开口端插入，并使定子芯21与衬套25接触。传感器定子4的线圈23的绕组线与合适端子(图1中未示出)进行合适连接。传感器转子7压入轴5中。后盖9安装在机壳2的另一端上，并通过使爪13卷曲而固定就位。因为机壳2内部很容易从两端接近，因此有很高的装配自由端，这导致有良好的装配性能。

上述实施例只是实例。例如，编码器或电磁旋转传感器可以用于代替分辨器。为了便于读者，上述说明集中了所有可能实施例的典型实例，该实例解释了本发明原理，并表示了用于实现本发明的最佳预计方式。该说明并不是为了穷举所有可能变化形式。也可以有其它未说明的变化或改变。例如，在所述多个可选实施例中，在很多情况下可以使不同实施例的元素进行组合，或者使这里所述实施例的元素与未说明的其它变化或改变进行组合。很多这些未说明的变化、改变和改进在下面的权利要求和等效物的书面范围内。

Claims (7)

1.一种步进电机，包括：

机壳，该机壳有第一端和第二端；

电机定子，该电机定子位于机壳的第一端；

传感器定子，该传感器定子芯位于机壳的第二端；

电机转子，该电机转子对着电机定子；

传感器转子，该传感器转子对着传感器定子；

轴，该轴可旋转地安装在机壳内，电机转子和传感器转子安装该轴上；

第一盖体，该第一盖体安装在第一端；以及

第二盖体，该第二盖体安装在第二端。

2.根据权利要求1所述的步进电机，还包括：

第一套筒，该第一套筒与第一盖体成一体；

第二套筒，该第二套筒位于电机定子和传感器定子之间；

第一轴承，该第一轴承安装在第一套筒中；以及

第二轴承，该第二轴承安装在第二套筒中；其中

轴支承在第一轴承和第二轴承中，电机定子的内周与第一套筒和第二套筒接触，传感器定子的内周与第二套筒接触。

3.根据权利要求1所述的步进电机，还包括：

连接器，该连接器安装在机壳的侧部，该连接器与电机定子和传感器定子中的至少一个相连。

4.根据权利要求1所述的步进电机，其中：在电机定子和电机转子之间的间隙在40至50微米的范围内。

5.根据权利要求1所述的步进电机，其中：在传感器定子和传感器转子之间的间隙在100至150微米的范围内。

6.根据权利要求1所述的步进电机，还包括：

第一密封件，该第一密封件形成于第一盖体和机壳之间；以及

第二密封件，该第二密封件形成于第二盖体和机壳之间。

7.根据权利要求6所述的步进电机，其中：第一密封件和第二密封件由O形环形成。

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