CN101167234A

CN101167234A - 步进电动机

Info

Publication number: CN101167234A
Application number: CNA2006800140392A
Authority: CN
Inventors: 关根章芳; 政氏护; 山下俊哉
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp; Tonex Co Ltd
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp; Tonex Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2008-04-23
Also published as: WO2006118150A1; JP2006311708A; EP1876692A1; US20080084127A1; EP1876692A4

Abstract

本发明的步进电动机不需要添加电子部件和不改变现有的配置空间等就可抑制振动的产生。磁轭(41a～41d)的磁极齿(42)形成为其前端部的边(44c)的长度相对于根部分的宽度(b)的比例为65％以上，且其高度(h)相对于根部分的宽度(b)的比例为90％以上110％以下，而且，其周向的最大宽度设定为机械角为30度以内，由此可改变与定子绕组交链的磁通量，并使定子绕组(31a、31b)的感应电压波形成为可抑制产生作为引起振动主要原因的转矩的形状，且与以往相比可廉价地抑制振动等级。

Description

步进电动机

技术领域

本发明涉及步进电动机，特别涉及实现抑制振动、提高安静性等的步进电动机。

背景技术

步进电动机使用在需要进行位置控制的装置等各种装置中。例如，在机动车用空气调节装置中，步进电动机作为控制各种空调风闸的风闸开度的驱动电动机使用，且多使用凸极(磁极齿)型的永磁铁式步进电动机等(例如，参照专利文献1)。

在此类步进电动机中，在其构造方面难以避免在转动开始时和停止时产生由转矩变化引起的振动。特别地，机动车用空调装置等对安静性要求较高的情况下，如何降低振动就是重要的问题。

在降低此类振动的对策中较简单的方法有这样的方法：例如如果不考虑降低上述振动则步进电动机的驱动信号通常使用矩形波的脉冲信号，但使该驱动信号的上升、下降缓慢，即成为正弦波那样的信号。

但是，为了得到具有上述那样所期望波形的驱动信号，在步进电动机内部或其外部设置的驱动信号发生电路中，需要添加将驱动信号的波形整形为所期望的信号波形等用的电路，所以部件数量增加并导致装置的高价化，另外在如机动车用空调装置那样强烈要求各结构部件小型化的情况下，在内部空间没有富裕的步进电动机中添加电子部件的方法在现实中难以实现。

专利文献1：日本特开平5-308767号公报

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供不需要添加电子部件和不改变现有配置空间等就可抑制振动的步进电动机。

根据本发明的方式，提供了一种步进电动机，该步进电动机具备：转子，其是使用形成为圆柱状的永磁铁而成的；磁轭，其与所述转子的外周面对置且具有在周向上形成的多个磁极齿；以及定子绕组，其以中心轴与所述转子的旋转轴同轴的方式配置于所述多个磁极齿的外周附近，其特征在于，所述磁轭的磁极齿形成为：其前端部的宽度相对于根部分的宽度的比例为65％以上，并且该磁极齿的高度相对于根部分的宽度的比例为90％以上且110％以下。

根据本发明，通过使磁极齿的形状为预定的尺寸，可改变与定子绕组交链的磁通量且使定子绕组的感应电压波形成为可抑制产生作为引起振动的主要原因的转矩的形状，因此，可以提供这样的步进电动机：其与以往不同，不需要在电路中添加任何新的电子部件，且不用确保用于配置新部件的空间，就能可靠地抑制转动时的振动且安静性极高。

此外，对于现有的步进电动机，由于通过将该磁轭的磁极齿的形状变为本发明的磁极齿的形状就可实现与本发明同样的作用、效果，所以可廉价地实现高安静性。

另外，由于不在现有结构中添加新部件，所以不违反步进电动机的小型化的要求，且可进一步小型化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所述的步进电动机的结构例的整体分解立体图。

图2是图1所示的步进电动机的磁轭的磁极齿的放大主视图。

图3是第二实施方式的磁轭的磁极齿的放大主视图。

图4是第三实施方式的磁轭的磁极齿的放大主视图。

图5是第四实施方式的磁轭的磁极齿的放大主视图。

图6是第五实施方式的磁轭的磁极齿的放大主视图。

图7是表示本发明的实施方式的步进电动机的振动试验的实例的特性线图。

标号说明

1：转子

2：定子

3：壳体

31a、31b：定子绕组

41a～41d：磁轭

42：磁极齿

具体实施方式

下面参照图1到图7来说明本发明的实施方式。

再有，以下说明的部件、配置等不对本发明进行限定，可在本发明的主旨范围内进行各种改变。

首先，参照图1来说明本发明的实施方式所述的步进电动机的整体结构例。

本发明的实施方式所述的步进电动机是凸极型永磁铁式步进电动机，具体而言，其基本结构除了后述的凸极(磁极齿)的形状之外与以往已知道的这种步进电动机的基本结构相同。

即，本发明的实施方式的步进电动机大致由转动自如地容纳在壳体3中的转子1和以围绕该转子1的方式组装到壳体3内的定子2。

壳体3由形成为有底中空圆筒状的主体部11和盖体部12构成，且在使主体部11的开口部分位于垂直方向下侧(图1中纸面下侧)的状态下，将盖体部12安装在该开口部分以覆盖开口部分。

在主体部11的顶部侧即与开口部分相反一侧的中央设有轴承13a，且在盖体部12的中央部分也同样地设有轴承13b，轴承13a和轴承13b分别支撑后述的转子1的旋转轴21的两端部。

再有，在主体部11上形成了连接部用切口3a，该连接部用切口3a用于使后述的定子绕组31a、31b的外部连接端子35a～35c的部分向外部突出。

转子1使用与定子2的磁极数对应而在周向上N、S交错地被磁化的永磁铁而构成，且整体形成为大致圆柱状，并以与其中心轴一致地安装有旋转轴21。再有，在该实施例中，为了保护永磁铁的磁极面等，而成为外周面用树脂部件覆盖的结构。

定子2具有形成为圆环状的一对定子绕组31a、31b和从上下方向安装在各定子绕组31a、31b上的磁轭41a、41b、41c、41d。

定子绕组31a、31b使用非磁性材料在形成为圆环状的线轴33上卷绕线材而成。在本实施例的定子绕组31a、31b中，在线轴33的一个端部的周缘部分，设置有由导电性部件构成的向外侧突出的外部连接端子35a～35c，外部连接端子35a～35c与线圈卷线的端部连接，且可从外部经该外部连接端子35a～35c施加驱动信号。

对于磁轭41a～41d将在后面描述其详细尺寸、形状，但由于都具有相同的形状、构造，所以磁轭41a、41b从其上下夹入一个定子绕组31a，且磁极齿42以沿着在定子绕组31a的形成为中空的部分的内周面的方式安装在定子绕组31a上。此外，磁轭41a、41d同样地安装在另一定子绕组31b上。

本发明的实施方式的磁轭41a～41d形成有六个磁极齿42。而且，上下成组的磁轭41a、41b被安装在定子绕组31a上时，它们的位置关系设定为一个磁轭41b的磁极齿42位于另一磁轭41a的磁极齿42之间。这对于磁轭41c、41d也同样。

而且，如上所述，安装有磁轭41a、41b、41c、41d的定子绕组31a、31b为上下层叠的状态，转子1位于其中空部分中，而且，转子1的旋转轴21和定子绕组31a、31b的中心轴以成为同轴的位置关系被容纳于壳体3内。

再有，在将转子1及定子绕组31a、31b向壳体3进行容纳时，定子绕组31a、31b的外部连接端子35a～35c被定位成从连接部用切口3a向外部突出，且在该连接部用切口3a的部分上安装未图示的连接器，以此外部连接端子35a～35c和外部电路(未图示)可进行电连接。

其次，参照图2来对本发明的实施方式所述的磁轭41a～41d详细描述。

本发明的实施方式的磁轭41a～41d使用平板状的磁性部件，且具有如下的结构：整体形状大体形成为圆环状，在其内周圆的周缘上沿周向以等间隔设有多个磁极齿42(例如在本发明的实施例中为六个磁极齿42)，所以该基本结构除了下述的磁极齿42的尺寸、形状之外与现有的此种磁极齿相同。

即，本发明的实施方式的磁轭41a～41d具有形成为圆环状的基部43，在形成于其中央的通孔43a的周缘部分上，沿周向以等间隔向通孔43a的中心方向延伸设置有六个磁极齿41，再有，与基部43大体成直角地切起。该磁轭41a～41d适于通过例如冲压穿孔加工来制造。

而且，磁极齿42具有作为其前端部的宽度的前端宽度a和作为根部分的宽度的根部宽度b及距离基部43的高度h按如下述那样被限定的尺寸、形状。

首先，前端宽度a相对于根部宽度b的比例r1，以百分率表示为r1＝(a/b)×100＝65％以上，而且，在组装时，需要使一方磁轭的磁极齿42如上述那样位于另一方相邻的磁极齿42之间。本发明的实施方式所述的步进电动机以磁极数是24极为前提，磁轭41a～41d的磁极齿数为六个，所以需要一个磁极齿42在通孔43a的周向上的最大宽度是机械角为30度以内。

此外，高度h相对于根部宽度b的比例r2，以百分率表示设定为r2＝(h/b)×100＝90％以上110％以下之间。

图2是磁极齿42的主视图，在该主视图表现出的磁极齿42的形状由如下部分构成：与基部43成直角且从磁极齿42的根部延伸的边44a、44b；与磁极齿42的根部平行的前端部的边44c；和将该边44c的两端部和前侧的边44a、44b的端部连接起来的直线边44d、44e。

磁极齿42不限于图2所示的形状，如果满足上述前端宽度a相对于根部宽度b的比例r1和通孔43a的圆周方向的机械角宽度及高度h相对于根部宽度b的比例r2，则其它形状当然也可以。

这样的本发明的实施方式的磁极齿42的形状是本申请的申请人着眼于如下方面锐意研究而得到的：步进电动机工作时产生的振动在转动初始时的转矩为正和转动停止时的转矩为负的峰值附近显著，且该峰值的产生取决于定子绕组41a～41d的感应电压和绕组电流的大小。即，本申请的申请人基于上述观点为了降低转矩的峰值所引起的振动，反复进行试验而得到了定子绕组41a～41d的感应电压的峰值大、使其零交叉附近的变化小的磁场是有效的这一结论，其结果是可导出上述那样的磁极齿的形状。

在图3到图6中，示出了磁极齿的其它实施方式，下面对这些图所示的实施例进行说明。再有，以下说明的任一实例当然都满足上述前端宽度a相对于根部宽度b的比例r1和通孔43a的圆周方向上的机械角宽度及高度h相对于根部宽度b的比例r2，且关于它们的再次说明被省略。此外，对于与图1及图2所示的结构例中的结构要素相同的结构要素标以相同的标记并省略其详细说明，下面以不同点为中心进行说明。

首先，对图3所示的第二实施方式的磁极齿42B进行说明。

该实例的磁极齿42B的前端部与先前在图2中所示的磁极齿42同样为直线边，但在该边44c的两端部和根部之间形成为曲线(例如圆弧等)，这点上与先前的图2的磁极齿42不同。

其次，对图4所示的第三实施方式的磁极齿42C进行说明。

该实例的磁极齿42C的前端部与先前在图2中所示的磁极齿42同样为直线边，但在该前端部的边44c的两端部和根部之间由直线边46a、46b形成。

接着，对图5所示的第四实施方式的磁极齿42D进行说明。

该实例的磁极齿42D的前端部与先前在图2中所示的磁极齿42不同，为曲线(例如圆弧等)边47a，但在该边47a的两端部和根部之间由直线边47a、47b形成。

接着，对图6所示的第五实施方式的磁极齿42E进行说明。

该实例的磁极齿42E的前端部与先前在图4中所示的磁极齿42C同样为直线边44c，且其两端部和根部之间也由直线边46a、46b形成，但在根部宽度b设定为比前端宽度a小这点上与磁极齿42C的情况不同。

其次，参照图7来对有关本发明的实施方式的步进电动机产生的振动等级的试验例进行说明。

首先，图7表示利用在步进电动机的壳体3的外周面的适当部位安装的振动检测传感器(未图示)来检测的振动等级，在该图中，横轴为时间(秒)，竖轴为振动等级(V)。此外，在该图中，实线是表示本发明的实施方式的步进电动机的振动等级的变化特性的特性线，虚线是表示现有的步进电动机的振动等级的变化特性的特性线。

在现有的步进电动机中，在周期性地出现的振动等级成为峰值之处，比较本发明的实施方式的步进电动机的振动等级来看，可确认到最低也有大约0.1V多的改善，此外，最大改善了大约近0.3V。即，本发明的实施方式的步进电动机通过采用上述形状的磁轭41a～41d，与现有相比可靠地抑制了振动等级。

产业上的可利用性

通过使磁极齿为预定形状，而可调整在转动时导致振动的定子绕组的感应电压的波形形状来抑制振动的产生，所以适于用作要求安静性的车辆用空调装置的送风风扇的驱动等用途。

Claims

1.一种步进电动机，该步进电动机具备：转子，其是使用形成为圆柱状的永磁铁而成的；磁轭，其与所述转子的外周面对置且具有在周向上形成的多个磁极齿；以及定子绕组，其以中心轴与所述转子的旋转轴同轴的方式配置于所述多个磁极齿的外周附近，其特征在于，

所述磁轭的磁极齿形成为：其前端部的宽度相对于根部分的宽度的比例为65％以上，并且该磁极齿的高度相对于根部分的宽度的比例为90％以上且110％以下。

2.根据权利要求1所述的步进电动机，其特征在于，步进电动机的磁极数为24，磁极齿在周向上的宽度是机械角为30度以内。