专利名称：步进电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学拾取装置的步进电机，尤其涉及一种步进电机的改进结构，此结构简化了电机转轴通过螺杆与拾取器啮合、让拾取器通过螺杆按轴线方向推进时的支持结构。对该结构进行改进可减少所需元件、简化组装工序、改善运行的可靠性而且还可以提高步进电机的生产量。
通常，步进电机，又称步进伺服电机，是光学拾取器上用于推进拾取器的电机。在该电机上，转轴通过螺杆与拾取器在螺杆处啮合，使拾取器沿着螺杆随转轴的旋转以轴线方向往复移动。
常规的拾取器步进电机可参见日本专利公开号为平成9-154217。以下描写的就是此种日本步进电机，参见
图1和图2。
如图1所示，常规的步进电机分为两大部分定子(100)和转轴(200)。而定子(100)是由外壳(110)、两个环形线圈(120)和一个磁轭(130)组成。
定子(100)的外壳(110)为空心的柱状结构，上壁和下壁从其外壁上下两端向内径方向伸展，且呈环形。外壳(110)的上下壁分别从其内端伸展，呈垂直相对状，即，上壁从其内端向下伸展形成上内壁，而下壁从其内端向上伸展形成下内壁，两内壁间留有间隙。为定子(100)内的磁力线提供通道的磁轭(130)水平排列在外壳(110)两内壁端部间的间隙内，与外壳(110)外壁内表面形成整体。磁轭(130)在外壳(110)内形成两个环形室，而两个环形线圈(120)分别位于两个环形室内。
定子(100)固定在光学拾取器下壁的第一支撑板上。转轴(200)向上经过第一支撑板(600)的中心，然后从外壳(110)底部部分插入定子(100)的中心。转轴(200)暴露在支撑板(600)外面的部分设有外螺纹，形成一螺杆(210)，与拾取器啮合移动。
柱形磁铁(220)固定在定子(100)外壳(110)内的转轴(200)的顶端，这样，磁铁(200)和环形线圈(120)以同心方式固定在外壳(110)内。当线圈(120)通电时，外壳(110)内的磁铁(220)和线圈(120)间将产生电磁力。
转轴(200)的两端各有一个V形槽(230)，每个槽内均有一个可旋转的钢球(240)。
在定子(100)的上壁上面设有一导板(300)，其中心位置上设有一个导孔，其直径为预先设定。
第一支架(410)或在下表面上设有一凹形球座的可移动式支架安装于导板(300)的导孔内，第一支架(410)可在导孔内垂直移动。而凹形球座朝下，第一钢球(240)位于第一支架(410)的凹形球座和转轴(200)的上槽(230)间。
位于定子(100)上壁的导板(300)的上端设有一外盖(500)，此外盖(500)的一部分沿U形切线以一个或多角间距位置切开，见图2。从而形成一个或多个切片。外盖(500)的切片向下以倾角方式弯曲，形成一个或多个板簧(510)。
当外盖(500)装在定子(100)的上端时，每个板簧与第一支架(410)空端的上部表面接触，从而正常地向下偏离第一支架(410)。
外盖(500)的侧缘与外壳下部边缘的外表面弹性咬合，所以，必要时外盖(500)可很容易地从定子(110)处移开。
位于转轴(200)底槽上的第二个可旋转钢球(240)，同样也在第二支架(420)的凹形球座上且可旋转。即第二个钢球位于转轴(200)的底槽(230)和第二支架(420)的球座间且可旋转。
所以，转轴(200)是由第一支架(410)弹性支撑，而不是由第二支架(420)支撑。
当定子(100)的线圈(120)接通外部电源时，磁铁(220)和线圈(120)间则会形成电磁力，使转轴(200)转动。转轴转动时，与转轴(200)上的螺杆(210)咬合的拾取器将沿螺杆(210)的方向轴向移动。
以上所述的步进电机的转轴(200)的旋转方向设计成反方向旋转，这样，拾取器便可沿螺杆(210)进行轴向往复移动。在惯性的作用下，转轴(200)的轴向移动可能会不尽人意，因为拾取器的移动方向改变时，拾取器会产生此种惯性力。如果转轴(200)轴向移动时不采用减震手段来进行有效减震，那么转轴(200)可能会出现震动，导致损坏和变形。
为了减轻转轴(200)轴向移动时因惯性作用造成的震动，通常，步进电机上会装上导板(300)、第一支架(410)和板簧(510)。具体地说，第二钢球(240)在转轴(200)上的底槽(230)和固定的第二支架(420)上的球座间旋转，这样仅仅在旋转时支撑转轴(200)的底端。同时，第一钢球(240)在转轴(200)的上槽(230)和第一支架(410)的凹形球座间旋转，而第一支架受外盖(500)上的板簧(510)的影响通常会向下偏移，这样即可减轻转轴(200)轴向移动时可能造成的震动。
由于拾取器的移动方向改变时会产生惯性力致使转轴(200)轴向移动不稳定，而这种不稳定性又因为外盖(500)上的板簧(510)向下弹性偏离第一支架(410)得到减轻，所以转轴(200)即使在拾取器轴向移动方向改变时仍可保持稳定。
但是如上所述的步进电机具有构造十分复杂的致命弱点。
即，为了在旋转的过程中能支撑反向旋转的转轴(200)，而同时又能使转轴在惯性力的作用于下仍然保持稳定的轴向移动，有必要在转轴的两端设一个V形槽(230)。另外，钢球(240)应在每个V形槽(230)中就位旋转，而两个支架(410)和(420)必须在旋转的同时在转轴(200)的两端支承两个钢球(240)。
而且，在拾取器移动方向改变时，为了保持转轴(200)进行稳定的轴向移动，必须用外盖(500)上的板簧(510)对第一支架(410)进行弹性支撑，同时又使支架(410)能沿转轴(200)顶端进行垂直移动。
所以，在生产步进电机时，为了支撑旋转轴(200)，所需的零件比较多，那么产品的成本就会上升，组装工序也变得复杂，生产效率下降，零件与零件间的摩擦变得频繁，引起很大的噪音，由于磨损，耐久性和操作可靠性也会降低，给用户带来不便。
常规步进电机的另一个不足之处是要在旋转轴的两端形成V型槽，在加工过程中，需要非常高的精密度，这样就会产生加工困难的问题。
本发明的目的是为了解决上述问题，而对此电动机进行了改进。在转轴的两端形成加工方便的半球型状态，使支持转轴的结构变得简单，减少使用的零件，缩短组装工序，使生产效率大大提高。不仅如此，本发明的目的还在于减少摩擦接触面，由此减小噪音的发生。
为了达到上述目的，本发明包括定子内部由线圈和磁轭构成，固定在第一支架上；转轴一端伸入定子内部，并拥有半球型顶端的部分；露在定子外部，形成螺杆的部分和拥有半球型底端的部分；第一支架设有一个与第一端部半球形端部点接触的第一凹槽，以支撑其半球形端部。
第二支架设有一个与第二端部半球形端部点接触的第二凹槽，以支撑其半球形端部，而第二支架在受弹簧部件影响沿转轴轴线方向弹性偏移时，由第二支撑板支撑，按轴线方向支撑转轴。
图1是以前步进电机的截面图。
图2是图1中步进电机的截面图。
图3是按照本发明描绘的步进电机的截面图。
图4是本发明中，转轴的半球形顶端与带有梯形凹部的第一支架相接触的平面放大图。
图5是本发明中，转轴的半球形底端与带有梯形凹部的第二支架相接触的平面放大图。
图6是本发明的另一种设计，转轴的小直径半球形底端与第二支架相接触的平面放大图。
以下结合附图对本发明进行详细说明。
图3是根据本发明描绘的步进电机截面图，定子(10)从外部引入电源，使电机产生驱动力。
定子(10)是由两个环形线圈(11)或有卷线的上下两个绕组(11)和分开上下两个绕阻的磁轭(12)组成。与常规步进电机一样，定子(10)的外壳为空心的柱形结构，上下壁分别从外壁的上下两端径向向内伸展，呈环形状。外壳的上下壁也分别从各自内端伸展，垂直相对，即，上壁从其内端向下伸展形成上部内壁，下壁向上伸展形成下部内壁，而内壁间留有间隙。磁轭(12)位于两内壁间，与外壳的外壁内部表面形成整体，形成两个环形室，而两个环形线圈(11)分别位于这两个环形室内。
磁轭(12)为线圈的磁能量提供了一条通路。如图3所示，上述定子(10)下端被牢牢地固定在作为拾取器的一元件的第一支撑板(60)上。
转轴(20)或转子是依靠引入到线圈绕组上的电源而转动，转轴(20)向上通过第一支撑板(60)的中心，然后从外壳底部部份插入定子(10)的中心。即，转轴上端位于定子内而下端露在第一支撑板(60)外面。
柱形磁铁(21)固定在定子外壳内转轴(20)的上端，而露在第一支撑板(60)外面的转轴为外螺纹，形成与拾取器啮合的螺杆(22)。
旋转轴(20)一侧的第一端部(23)和另一侧的第二端部(24)分别为半球型。
这时，固定在旋转轴周围的磁铁(21)和线圈绕组(11)呈垂直方向，在磁场的相互作用下，会产生电动力。
在定子(10)的顶端，拥有罩着它的第一托架(30)，如图4所示，为了使托架底部与旋转轴的半球型顶端呈点接触状态，将其形成口朝下的梯形凹槽。
所以，伸入定子(10)内部的转轴(20)第一端部(23)位于第一托架(30)的梯形凹槽部分(31)，并与其表面呈点接触状态，使转轴(20)与它的摩擦程度减少到最小。
而第二支架(40)位于第二支撑板(70)上，其位置与第一支架(30)相对，在旋转的过程中，它能托住转轴(20)的第二个半球形端部(24)。具体来说，如图5所示，第二支架(40)在其顶部表面的中心位置设有一梯形凹槽(41)。
第二支架(40)旋转过程中在凹槽(41)的位置上托起转轴(20)的第二个半球形端部，而又与该端部(24)呈点接触，这样，支架(40)仅仅让转轴(20)的第二端部(24)在凹槽(41)中旋转。
转轴呈半球型的第一端部(23)和第二端部(24)在第一支架(30)和第二支架的(40)的凹槽(31、41)中托起，并与(31)、(41)呈点接触状态。
特别是，被第二托架(41)所支撑的转轴(20)第二端部(24)的直径，如图6所示，比螺杆(22)的直径要小，当然，第二端部(24)同样呈半球形状。
在让半球形端部(24)和凹槽(41)间进行点接触的同时，为了在旋转的时候能托起转轴(20)小直径半球形第二端部，第二支架(40)的凹槽(41)设计为一个两级梯形凹槽。按第二种设计方案，转轴(20)的半球形第二端部(24)的支撑特殊设计的，以便进一步减少第二端部(24)的摩擦力。
在托起转轴(20)第一和第二端部(23)、(24)的两个支架中，第一个支架(30)固定在定子(10)上方，这样可以防止转轴(20)出现向上不稳定的移动。
本发明中，第二支架(40)在其中心位置装有一个凸台(43)，凹槽则位于凸台(43)的上表面，而凸缘部分在凹槽(41)周围向外伸展。设有凹槽的第二支架(40)在相对于第二支撑板导孔进行垂直移动时位于第二支撑板的导孔内，这样，第二支撑板(70)成为光学拾取装置的支撑件。当第二托架(40)如上所述的装在第二支撑板(70)上时，支架(40)的凸缘部分(42)则位于支撑板的上表面的上方。第二支架(40)通常也会常受凸缘部分(42)和第二支撑板(70)间的弹簧部件影响而向上偏移。在本发明中，更为可取的是采用了一个普通波形线圈、一个普通垫圈式弹簧或一个普通波形板构成的弹簧部件(50)。
由定子(10)，转轴(20)，第一支架(30)和第二支架(40)所构成的本发明，即步进电机，依靠弹性部件使第二支架(40)在向上偏移时被弹性控制，所以可以有效降低转轴(20)因受拾取器改变移动方向产生惯性力而出现的轴向不稳定性。转轴由此也不容易变形。
上述步进电机中，第二端部或转轴(20)的底端(24)从定子(10)延伸出来，经过第一支撑板(60)，在其末端形成半球形结构。转轴(20)的第二半球形端部由第二支架(40)的梯形凹槽支撑，并或在第二支撑板(70)上弹性移动，这样，第二半球形端部(24)和凹槽间可呈点接触状态。
另外，定子(10)的上端罩有外盖(80)，第一支架(30)被完全盖住，它阻止第一支架(30)从定子(10)外意外脱离，并可使支架不受周围影响。
特别是由于外盖(80)下部边缘与定子(10)的外表面弹性啮合，必要时外盖(80)可很容易地从定子(10)上移开。即使定子(10)受到转轴(20)轴向移动产生的冲击影响，第一支架(30)在稳定支撑转轴(20)的第一半球形端部(23)的同时也可以牢牢地被支撑住。
当外部电源引到具有以上述结构的步进电机的定子(10)的线圈(11)上时，在磁铁(21)和线圈(11)间会形成电磁力，使转轴转动。转轴转动时，拾取器因为与转轴(20)的螺杆(22)啮合会沿螺杆(22)方向轴向移动。
在本发明所述的步进电机中，转轴(20)在向上正常偏移时，其第二端部(24)会受到弹簧部件(50)的弹性支撑，从而有效降低因受拾取器改变移动方向所产生和惯性力影响而造成轴向移动的不稳定性。转轴(20)则可完全受到保护而不变形。
不仅如此，转轴的第一端部(23)和第二端部(24)与第一支架(30)和第二支架(40)的凹槽(31、41)呈点接触形态，这样可减少转轴(20)和支架(30)、(40)间的磨擦力。步进电机的驱动负荷也将降低。
特别是对转轴(20)进行弹性支持的弹簧部件(50)不象以前装在定子内部，而是装在外面，从而可以使定子(10)和转轴(20)更容易地装在第一、第二支架(30)、(40)上，同时也便于用户必要时调节转轴的偏移力。
转轴呈半球形的第一端部和的第二端部(23)、(24)比以前的V形槽在加工方面容易了很多。另外，转轴(20)和半球形端部(23)、(24)更容易装在第一和第二支架(30)、(40)上，因为只要把两个半球形端部(23)、(24)装入支架(30)和(40)的梯形凹槽(31)和(41)即可，而同时又可保证两个半球形端部(23)和(24)与两个梯形凹槽(31)、(41)间的点接触。
通过以上的说明可以看出来，本发明是对转轴两端的第一端部和第二端的形状以及支持它们的第一支架和第二支架的构造进行了很简单的改进。它使转轴驱动时的负荷降低到最小；同时，节省了零件，缩短了组装时间。除此以外，用于轴向上支撑转轴的弹簧部件不是装在定子内部，而是装在定子外面的第二支架和第二支撑板之间，这种弹簧部件可简化步进电机元件的组装过程，使用户更容易调节转轴的偏移力。本发明极大地改善了操作可靠性和步电机的生产效率。
权利要求
1.一种步进电机，它包括定子由线圈和磁轭构成，下端固定在第一支撑板上；转轴伸入定子内部，并拥有半球型上端部的部分；露在定子外部，形成螺杆的部分和拥有半球型下端部的部分；第一支架设有一个与第一端部半球形端部点接触的第一凹槽，以支撑其半球形端部；第二支架设有一个与第二端部半球形端部点接触的第二凹槽，以支撑其半球形端部，而第二支架在受弹簧部件影响沿转轴轴线方向弹性偏移时，由第二支撑板支撑，按轴线方向支撑转轴。
2.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于上述第二支架的中心位置设有一凸台，凸台表面设有一凹槽，其凸缘在凹槽周围向外延伸，第二支架的凸台设于第二支撑板的导孔内，以便于轴线方向的移动，凹槽及凸缘均暴露于第二支撑板外。
3.根据权利要求2所述的步进电机，其特征在于上述弹簧部件介于第二支架凸缘部分和第二支撑板之间。
4.根据权利要求3所述的步进电机，其特征在于此弹性部件为垫圈式弹簧。
5.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于转轴的第二端部的直径比所形成的螺杆直径要小。
6.根据权利要求1所述的步进电机，其特征在于所述的第一支架和第二支架的凹槽形成相对的梯形结构。
全文摘要
本发明公开了一种拾取器步进电机。步进电机转轴的第一和第二端部均为半球形结构。第一支架和第二支架分别设有在与第一半球形端部和第二半球形端部点接触时可托住第一半球形端部和第二半球形端部的梯形凹槽。第二支架在受弹簧部件影响沿转轴轴线方向弹性偏移时,由第二支撑板支撑。这样,步进电机的元件数量减少了,只要经过简单组装即可生产出此类电机,但其运行可靠性以及生产效率得到改善,而且还降低了电机运行时的噪音。
文档编号F16C17/08GK1267949SQ9912733
公开日2000年9月27日 申请日期1999年12月28日 优先权日1999年3月17日
发明者李仁浩 申请人:三星电机株式会社