专利名称：外转子电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一外转子电机，其用于诸如复印机或打印机那样的一OA器具、计算机外围设备、汽车、涉及FA(工厂自动化)的传输装置等。
背景技术：
在一电机中，一装备有永久磁体的转子设置成面向定子的磁极，通过切换通过设置在定子单元内的多个线圈的电流的方向，致使转子转动。诸线圈连接到一电机的电路板以便切换电流的方向。作为一个实例，在一普通无电刷电机的情形中，定子芯上线圈的绕组方向设定为诸线圈平行于输出轴缠绕(即，使绕组芯方向垂直于轴向方向)，绕组起始的引线端头和线圈绕组端头都沿轴向方向向外延伸，并连接到电机的电路板上。
另一方面，一爪极型步进电机包括一定子和一转子，其中，定子通过同轴向地堆叠多个形成的定子单元而形成，这样，各个线圈被定子轭和爪极夹在中间，它们接合在一起，而转子装备有永久磁体，使形成的磁极面向形成在定子轭上的爪极。在此爪极型步进电机中，线圈绕线筒上的线圈的缠绕方向垂直于轴向方向(而绕线筒的绕组芯与输出轴同心)。绕组起始处的引线端头和各线圈的绕组端头，使用一内转子电机内的定子轭的外圆周部分内的切去部分从线圈延伸出(见专利文献1)，或从一外转子电机内的定子轭的极齿之间朝向线圈的外圆周延伸，并连接到电机电路板上。如专利文献2所述，还有一种方法，它按压接线端以将动力供应到各线圈的线圈绕线筒内并实施一布线过程而连接引线端头。
一爪极型步进电机组装成使定子轭的极中心与相邻定子轭的极中心沿圆周方向具有一预定的相位差。为此，例如，有一种方法，其中，凸出和凹陷设置在相邻的定子轭上，使诸凸出和凹陷接合由此定位定子轭。再者，如专利文献1所述，形成在线圈绕线筒上的凸出部分可装配到设置在定子轭内的通孔内，这样，电机装配成具有形成在圆周方向上在相邻定子轭的极中心之间的预定的相位差。
专利文献1日本公开专利申请No.2000-217332专利文献2日本专利No.3,013,288对于上述的外转子电机，由于转子直径较大，存在的优点是，可获得大的扭矩，且提高的惯量能抑止转动的波动。另一方面，也存在着如何使外转子电机小型化的问题，以使组装更加容易，并以提高的可靠性绝缘从线圈延伸的引线端头，而不降低电机的特性。
尤其是爪极型的电机，如果电机小型化了，则存在着定子轭变得磁饱和的危险，从而导致电机特性的下降。由于定子轭形状的缘故，还存在着磁性吸力变得不平衡的危险，从而导致发生振动。
由于形成在电流流过的定子轭内的磁路的横截面区域通常朝向内圆周侧逐渐变小，所以，磁饱和可能发生在内圆周侧上。例如，如专利文献2中所揭示的电机，当布线空间设置在定子轭的内圆周侧上时，为了在线圈绕线筒上提供接线端，必须在定子轭的内圆周侧上提供间隙，由于轭部分的磁饱和，导致电机特性下降的危险。还有，当设置在定子轭内接线端的间隙形成在轭的内圆周侧上的不平衡的位置时，曳拉转子朝向输出轴的中心的吸力将沿圆周方向在不同的位置之间波动，导致发生转动的振动和/或转动波动的可能性。还有，为了在各绕线筒内提供可压入接线端的通孔，有必要减小线圈沿径向方向缠绕在其上的各绕线筒的部分的区域。这意味着，存在着电机特性下降的危险，具体来说，电机效率的下降，由于电流的增加或线圈电阻的增加，这又增加产生的热量。
此外，当组装一外转子型爪极电机时，各定子轭(定子芯)上的线圈的缠绕方向垂直于输出轴。因此，为了从定子轭的诸极之间延伸绕组起头处的引线端头和绕组端头朝向轴，并将引线端头连接到电机电路板上，该操作十分复杂并需要许多的过程。另一方面，尽管存在着一种方法，其中，通过省略掉定子轭上的某些磁极，来配装线圈以形成布线的空间，但由于磁的不平衡存在着电机特性的下降，导致转动振动的危险。
对于带有爪极型磁极的电机，为了通过堆叠多个定子单元来形成定子，必须在对应单元的极中心之间形成一预定的相位差。然而，当相对于绕线筒定位定子单元以使定子单元被上和下定子轭夹在中间时，由于凹和凸配合在一起，所以相位误差可能累积，当将定子单元彼此定位时，也可能积累相位误差。
此外，尽管有必要电气地绝缘定子轭和线圈，采用一种布线方法，使线圈引线从磁极之间延伸并连接到电机的电路板上，但必须防止引线接触到磁极。尤其是，当电机小型化时，磁极之间间隙的间距变窄，使得连接引线端头的过程困难，从而电机更加难于制造。
当接线端形成在线圈绕线筒上而线焊接在电机电路板上时，在线圈的引线端头连接到接线端的部分处，当连接到电路板上时存在着连接可靠性的下降，因此必须增加定子轭的间隙。如上所述，在定子轭处提供间隙可造成电机特性的下降。在电机布线在内圆周侧上的情形中，当从线圈的外圆周侧朝向内圆周侧延伸一引线端头时，有必要彼此绝缘线圈引线和定子轭。当提供一绝缘材料和/或将一空间设置在定子轭内时，线圈或轭的体积减小，电机特性下降和绝缘的问题具有的可靠性很差。
发明内容
本发明考虑解决上述的问题，本发明的目的是提供一小型化且容易进行组装的外转子电机，其中，线圈的引线端头的绝缘具有提高的可靠性，而不下降电机的特性。
为了实现上述目的，根据本发明的一外转子电机包括一同心地设置在一输出轴的圆周上的圆柱；一定子，其中，每相n定子单元同心地堆叠在圆柱的圆周上，这里，n是1或大于1的整数，在各个定子单元内，一缠绕在线圈绕线筒周围的线圈被定子轭夹在中间；以及一转子，其中，具有形成的磁极的永久磁体面向形成在定子轭上的磁极，所述永久磁体被支承而围绕输出轴可转动，其中，至少一个槽部分沿轴向设置在圆柱的圆周表面上，配合到至少一个槽部分内的至少一个转动阻挡部分设置在面向圆柱的各线圈绕线筒的表面上，而一通孔设置在平行于输出轴的各个转动阻挡部分内。
一磁性材料可用于圆柱，而该圆柱可层叠起来，使定子轭的内圆周表面沿径向方向以形成磁路。
彼此接合的圆柱的槽部分和线圈绕线筒的转动阻挡部分，可离输出轴的中心呈等距离地并沿圆周方向以等角度的间距设置。
设置在各定子单元的绕线筒上的各个转动阻挡部分的通孔可构造成沿轴向方向通过而没有间隙。
一通过该通孔的槽可以沿轴向方向连续地形成在各线圈绕线筒的各转动阻挡部分内。
一从内圆周侧到外圆周侧的槽和邻近于该槽并容纳一线圈引线的外壳通道，可以形成在各线圈绕线筒的突缘部分内，而外壳通道的延伸的引线可对应于一转动阻挡部分的通孔设置。
通过使用上述的外转子电机，一个或多个槽部分沿轴向方向设置在圆柱的圆周表面内，所述圆柱同心地设置在输出轴的圆周上，而配装到至少一个槽部分内的至少一个转动阻挡部分，设置在面向圆柱的各线圈绕线筒的一表面内。这样，能精确地定位对中在圆柱上的对应定子单元的定子轭的极中心，而不减小缠绕在线圈绕线筒周围的线圈的体积，也不大大地减小绕线筒的内圆周侧上的磁路，以保持电机的特性不变。还有，通过使用用于圆柱的磁性材料并层叠该圆柱，使定子轭的内圆周表面沿径向方向形成磁路，位于轭的内圆周侧上的磁路的横截面区域增加，由此，使得磁饱和难于发生。因此，即使电机变得小型化，电机的特性也不会下降。
还有，通过提供圆柱的槽部分和线圈绕线筒的转动阻挡部分，它们彼此接合并离输出轴的中心等距离且沿圆周方向保持等角度的间距，曳拉转子朝向中心的吸力将沿轴向方向在圆周方向的不同位置处不可能变得不平衡，转动的振动和转动波动不可能发生并可保持转动稳定。
由于通孔平行于输出轴设置在转动阻挡部分，所以，可使用通孔布线从线圈延伸出的线圈引线，并可将线圈引线连接到电路板上，而不提供用于布线或绝缘材料的空间。这样，除了沿圆周方向定位绕线筒和定子轭，转动阻挡部分能绝缘线圈引线而不使用特定的空间或材料。
如果设置在定子单元的绕线筒上的转动阻挡部分的通孔构造成沿轴向方向通过而没有间隙，则由于形成了覆盖有绝缘材料的单一的通孔，所以，可方便线圈引线的布线操作并使线圈引线的绝缘更加可靠。
如果通过通孔的槽沿轴向方向连续地形成在各线圈绕线筒的各转动阻挡部分内，则槽可用来将线圈引线传递到通孔内，而不必将线圈引线传递到通孔内的开口中，这使得布线操作更加容易。
如果一从内圆周侧到外圆周侧的槽和邻近于该槽并容纳一线圈引线的外壳通道，形成在各线圈绕线筒的突缘部分内，而外壳通道的延伸的引线可对应于一转动阻挡部分的通孔设置，则使用外壳通道，一从一绕线筒的外圆周侧延伸的引线可被引导朝向绕线筒的内圆周侧，而与定子轭没有干扰。这样，引线端头使用仅一个小空间就可高度可靠地得到绝缘，且由于引线可通过一转动阻挡部分的通孔并连接到电路板上，所以，布线操作也变得很容易。
本技术领域内的技术人员阅读和理解以下参照附图的详细描述，将会明白本发明上述和其它的目的和优点。
在附图中图1是一二相步进电机的转子和定子的剖切的立体图；图2是示出定子单元的立体图；图3是示出一线圈的缠绕区域的视图；图4是一线圈绕线筒的局部剖切的立体图；图5是线圈绕线筒的局部截面图；图6是一线圈绕线筒的另一实例的立体图；图7A和7B是示出圆柱的横截面形状的视图；以及图8A和8B是示出线圈缠绕方向的视图。
具体实施例方式
现将参照附图描述根据本发明的一外转子电机的优选实施例。根据本发明的外转子电机是一爪极型电机，其中，多个定子单元同轴地堆叠在定子内，各个定子单元形成为使一线圈被定子轭夹在中间，而爪极彼此接合。
现将使用一用于OA器具、计算机外围设备、汽车、涉及FA(工厂自动化)的传输装置等中的二相步进电机来描述外转子电机。
现将参照图1描述一二相步进电机的总体结构。在图1中，转子1构造成一永久磁体2设置在呈一圆柱形形式的转子轭3的内圆周表面上，所述永久磁体2沿圆周方向已经磁化具有交替的N和S磁极。永久磁体2设置成面向定子轭的磁极(爪极)，这将在下面进行描述。转子1通过一体地偶联到一转子轴(输出轴)4而被支承。
一定子5包括一围绕转子轴4同心地设置的圆柱6和每相n个定子单元10(这里，n是1或大于1的整数，在本实施例中n＝2)，它们同心地附连到圆柱6的一圆周。在各个定子单元10中，一围绕一线圈绕线筒8缠绕的线圈9被定子轭7a、7b夹在中间。一磁性材料用于圆柱6，通过沿径向方向层叠圆柱6和定子轭7a、7b的内圆周表面，形成磁路。可转动地支承转子轴4的轴承11a、11b同心地附连到圆柱6。一安装板12附连到圆柱6，而一电机电路板13附连到安装板12上。线圈9的引线端头被引导通过形成在圆柱6和线圈绕线筒8之间的布线路径(下面描述)，并连接到电机电路板13。
在图2中，已经缠绕在一线圈绕线筒8上的各个线圈9被夹在一由磁性材料组成的上和下定子轭7a、7b之间，而形状像一梳子的齿那样的爪极7c、7d的极中心沿圆周方向形成有一预定的相位差，并定位成使爪极7c、7d接合在一起。定子单元10沿圆柱6的轴向方向堆叠，且定子单元10定位成在单元之间有一预定的相位差，而爪极7c、7d的极中心沿圆周方向位置没有位移。
一个或多个槽部分沿着轴向方向设置在圆柱6的圆周表面内。在本实施例中，具有相同深度的凹陷槽6a沿轴向形成在圆周方向上等角度间距的位置上。应注意到，如果对于布线空间存在足够的地方(如图7B所示)，则代替凹陷槽6a，可在一个或多个位置处设置一斜面的部分6b。尽管一磁性材料用于圆柱6，但只要磁路可形成在轭的内圆周侧上，也可使用一非磁性材料代替。
再者，一个或多个转动阻挡部分14接合诸槽部分，它们设置在面向圆柱6的线圈绕线筒8的表面内。在各个转动阻挡部分14内，一通孔15平行于转子轴4设置。该通孔15用作为布线路径，以将从线圈9的外圆周表面延伸的引线连接到电机电路板13上。
在图8A所示的线圈绕线筒8上，线圈9沿垂直于转子轴4的方向缠绕(即，绕线筒缠绕芯与输出轴同心)。绕组起始处的引线端头和各线圈的绕组端头被引导到各线圈绕线筒8的内圆周侧，并连接到电机电路板13(见图1)。应注意到，如果定子轭具有的磁极沿径向向外地突出(如图8B所示)，则线圈9平行于输出轴缠绕(即，各线圈9缠绕成使绕组芯方向垂直于轴向方向)，而绕组起始处的引线端头和线圈的绕组端头被引导沿轴向方向，并连接到电机电路板13(见图1)。
在图2中，圆柱6的凹陷槽6a和线圈绕线筒8的转动阻挡部分14配装在一起，它们沿圆周方向以等角度的间距设置，并离转子轴4的中心为等距离。接下来，将利用图3描述以下的关系(i)由圆柱6的凹陷槽6a和线圈绕线筒8的转动阻挡部分14的凹/凸接合而产生的布线空间以及(ii)磁路之间的关系。如果不设置转动阻挡部分14，则线圈可在区域P内布线，所述区域P位于圆柱6的外圆周直径φa外面，或线圈绕线筒8的内圆周外面。如果具有一直径φa的用于布线的通孔15设置在直径φx外面的区域P内，则线圈可缠绕在其中的范围是φ(x+2a)的直径外面的区域Q。另一方面，如果至少一个转动阻挡部分14设置在线圈绕线筒8的内圆周侧上，且设置有具有直径φa用于布线目的的通孔15，则可以与不设置通孔15时相同的方式，将线圈缠绕在直径φx外面的区域P内。与包括圆柱6的定子轭7a、7b的内圆周侧上的磁性材料的横截面区域相比，如果转动阻挡部分14的截面区域足够小，则可以认为，对于磁路内电机特性的局部降低的影响将是很小(见图3中的阴影部分)。
这样，通过将凹陷槽6a和转动阻挡部分14配装在一起，定子单元10相对于圆柱6定位，围绕圆周在爪极7c、7d的极中心之间形成预定的相位差，而用于从线圈9中延伸的引线的布线路径可形成，不提供一特殊的空间或绝缘材料。由于沿轴向方向曳拉转子1朝向中心的吸引力可能在圆周方向的不同点上变得平衡，所以，转动的振动和转动的波动不可能发生而转动可保持稳定。
设置在各定子单元10的线圈绕线筒8内的转动阻挡部分14的通孔15较佳地构造成沿轴向方向通过而没有间隙，因为引线可以高度可靠性进行绝缘，所以插入布线的操作变得较为容易。
在图4中，转动阻挡部分14设置在线圈绕线筒8的内圆周表面上，所处的位置是沿圆周方向上等角度的间距，并面向圆柱6的凹陷槽6a。槽16也沿径向方向形成在线圈绕线筒8的突缘部分8a上。容纳线圈引线R的外壳通道17邻近于这些槽16而形成。从外壳通道17引出的引线的设置对应于转动阻挡部分14的通孔15。一凹陷的表面部分形成在与槽16的相对表面的部分内，所述槽16通过沿径向方向切割突缘部分8a而形成，使形成外壳通道17的凹陷的表面部分接纳一引线R。
一从线圈绕线筒8的外圆周侧延伸的引线R可使用外壳通道17引向线圈绕线筒8的内圆周侧，而不干扰定子轭7a、7b。这样，引线R可只使用一小的空间就可高度可靠地绝缘，且由于引线端头可通过转动阻挡部分14的通孔15并连接到电机的电路板13，所以布线操作也变得容易。
注意图6，通过通孔15的槽18可连续地沿轴向方向形成在线圈绕线筒8的转动阻挡部分14内。在此情形中，槽18可用来通过线圈引线，引线从线圈的外圆周侧通过外壳通道17延伸到通孔15内，不必将线通入到通孔15内的开口内。这使得布线操作更加容易。
尽管爪极型的二相步进电机在上述实施例中作为一实例进行了描述，但本发明也可适用于带有一传感器电路板的无电刷电机，该电路板装备有一传感器，其可探测转子1的永久磁体2的磁极位置。
此外，定子轭不局限于爪极型的定子轭，本发明可适用于这样的一电机，其中，层叠芯型轭用来设置磁极中心以围绕圆周形成预定的相位差。
本发明不局限于二相步进(无电刷)电机，各种其它修改也是可能的。例如，可提供带有三、四…或n相的多相步进(无电刷)电机，其中，轴向方向的长度增加但只会发生轻微振动。
权利要求
1.一外转子电机，包括一同心地设置在一输出轴的圆周上的圆柱；一定子，其中，每相n个定子单元同心地堆叠在圆柱的圆周上，其中，n是1或大于1的整数，在各个定子单元内，一缠绕在线圈绕线筒周围的线圈被定子轭夹在中间；以及一转子，其中，具有形成的磁极面向形成在定子轭上的磁极的永久磁铁，所述永久磁体被支承而能围绕输出轴转动，其中，至少一个槽部分沿轴向设置在圆柱的圆周表面上，配合到至少一个槽部分内的至少一个转动阻挡部分设置在面向圆柱的各线圈绕线筒的一表面上，而一通孔设置在平行于输出轴的各个转动阻挡部分内。
2.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，一磁性材料可用于圆柱，而该圆柱被层叠起来，以使定子轭的内圆周表面沿径向方向形成磁路。
3.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，彼此接合的圆柱的槽部分和线圈绕线筒的转动阻挡部分，离输出轴的中心呈等距离并沿圆周方向以等角度的间距设置。
4.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，设置在定子单元的绕线筒上的转动阻挡部分的通孔构造成沿轴向方向通过而没有间隙。
5.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，一通过通孔的槽沿轴向方向连续地形成在设置在各线圈绕线筒上的各转动阻挡部分内。
6.权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，一从内圆周侧到外圆周侧的槽和邻近于该槽并容纳一线圈引线的外壳通道，形成在各线圈绕线筒的突缘部分内，而外壳通道的延伸的引线可对应于一转动阻挡部分的通孔设置。
全文摘要
一外转子电机小型化，容易组装，且引线端头可以提高的可靠性绝缘而不降低电机特性。沿轴向设置在一外壳的圆周表面内的一个或多个凹陷槽和接合该凹陷槽的一个或多个转动阻挡部分设置在面向圆柱的各线圈绕线筒的一表面内。通孔设置在平行于转子轴的转动阻挡部分内。
文档编号H02K37/14GK1913303SQ20061011118
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月10日 优先权日2005年8月11日
发明者臼井弘明 申请人:信浓绢糸株式会社