專利名稱：步進電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學拾取裝置的步進電機，尤其涉及一種步進電機的改進結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)簡化了電機轉(zhuǎn)軸通過螺桿與拾取器嚙合、讓拾取器通過螺桿按軸線方向推進時的支持結(jié)構(gòu)。對該結(jié)構(gòu)進行改進可減少所需元件、簡化組裝工序、改善運行的可靠性而且還可以提高步進電機的生產(chǎn)量。
通常，步進電機，又稱步進伺服電機，是光學拾取器上用于推進拾取器的電機。在該電機上，轉(zhuǎn)軸通過螺桿與拾取器在螺桿處嚙合，使拾取器沿著螺桿隨轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)以軸線方向往復(fù)移動。
常規(guī)的拾取器步進電機可參見日本專利公開號為平成9-154217。以下描寫的就是此種日本步進電機，參見

圖1和圖2。
如圖1所示，常規(guī)的步進電機分為兩大部分定子(100)和轉(zhuǎn)軸(200)。而定子(100)是由外殼(110)、兩個環(huán)形線圈(120)和一個磁軛(130)組成。
定子(100)的外殼(110)為空心的柱狀結(jié)構(gòu)，上壁和下壁從其外壁上下兩端向內(nèi)徑方向伸展，且呈環(huán)形。外殼(110)的上下壁分別從其內(nèi)端伸展，呈垂直相對狀，即，上壁從其內(nèi)端向下伸展形成上內(nèi)壁，而下壁從其內(nèi)端向上伸展形成下內(nèi)壁，兩內(nèi)壁間留有間隙。為定子(100)內(nèi)的磁力線提供通道的磁軛(130)水平排列在外殼(110)兩內(nèi)壁端部間的間隙內(nèi)，與外殼(110)外壁內(nèi)表面形成整體。磁軛(130)在外殼(110)內(nèi)形成兩個環(huán)形室，而兩個環(huán)形線圈(120)分別位于兩個環(huán)形室內(nèi)。
定子(100)固定在光學拾取器下壁的第一支撐板上。轉(zhuǎn)軸(200)向上經(jīng)過第一支撐板(600)的中心，然后從外殼(110)底部部分插入定子(100)的中心。轉(zhuǎn)軸(200)暴露在支撐板(600)外面的部分設(shè)有外螺紋，形成一螺桿(210)，與拾取器嚙合移動。
柱形磁鐵(220)固定在定子(100)外殼(110)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(200)的頂端，這樣，磁鐵(200)和環(huán)形線圈(120)以同心方式固定在外殼(110)內(nèi)。當線圈(120)通電時，外殼(110)內(nèi)的磁鐵(220)和線圈(120)間將產(chǎn)生電磁力。
轉(zhuǎn)軸(200)的兩端各有一個V形槽(230)，每個槽內(nèi)均有一個可旋轉(zhuǎn)的鋼球(240)。
在定子(100)的上壁上面設(shè)有一導(dǎo)板(300)，其中心位置上設(shè)有一個導(dǎo)孔，其直徑為預(yù)先設(shè)定。
第一支架(410)或在下表面上設(shè)有一凹形球座的可移動式支架安裝于導(dǎo)板(300)的導(dǎo)孔內(nèi)，第一支架(410)可在導(dǎo)孔內(nèi)垂直移動。而凹形球座朝下，第一鋼球(240)位于第一支架(410)的凹形球座和轉(zhuǎn)軸(200)的上槽(230)間。
位于定子(100)上壁的導(dǎo)板(300)的上端設(shè)有一外蓋(500)，此外蓋(500)的一部分沿U形切線以一個或多角間距位置切開，見圖2。從而形成一個或多個切片。外蓋(500)的切片向下以傾角方式彎曲，形成一個或多個板簧(510)。
當外蓋(500)裝在定子(100)的上端時，每個板簧與第一支架(410)空端的上部表面接觸，從而正常地向下偏離第一支架(410)。
外蓋(500)的側(cè)緣與外殼下部邊緣的外表面彈性咬合，所以，必要時外蓋(500)可很容易地從定子(110)處移開。
位于轉(zhuǎn)軸(200)底槽上的第二個可旋轉(zhuǎn)鋼球(240)，同樣也在第二支架(420)的凹形球座上且可旋轉(zhuǎn)。即第二個鋼球位于轉(zhuǎn)軸(200)的底槽(230)和第二支架(420)的球座間且可旋轉(zhuǎn)。
所以，轉(zhuǎn)軸(200)是由第一支架(410)彈性支撐，而不是由第二支架(420)支撐。
當定子(100)的線圈(120)接通外部電源時，磁鐵(220)和線圈(120)間則會形成電磁力，使轉(zhuǎn)軸(200)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，與轉(zhuǎn)軸(200)上的螺桿(210)咬合的拾取器將沿螺桿(210)的方向軸向移動。
以上所述的步進電機的轉(zhuǎn)軸(200)的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)計成反方向旋轉(zhuǎn)，這樣，拾取器便可沿螺桿(210)進行軸向往復(fù)移動。在慣性的作用下，轉(zhuǎn)軸(200)的軸向移動可能會不盡人意，因為拾取器的移動方向改變時，拾取器會產(chǎn)生此種慣性力。如果轉(zhuǎn)軸(200)軸向移動時不采用減震手段來進行有效減震，那么轉(zhuǎn)軸(200)可能會出現(xiàn)震動，導(dǎo)致?lián)p壞和變形。
為了減輕轉(zhuǎn)軸(200)軸向移動時因慣性作用造成的震動，通常，步進電機上會裝上導(dǎo)板(300)、第一支架(410)和板簧(510)。具體地說，第二鋼球(240)在轉(zhuǎn)軸(200)上的底槽(230)和固定的第二支架(420)上的球座間旋轉(zhuǎn)，這樣僅僅在旋轉(zhuǎn)時支撐轉(zhuǎn)軸(200)的底端。同時，第一鋼球(240)在轉(zhuǎn)軸(200)的上槽(230)和第一支架(410)的凹形球座間旋轉(zhuǎn)，而第一支架受外蓋(500)上的板簧(510)的影響通常會向下偏移，這樣即可減輕轉(zhuǎn)軸(200)軸向移動時可能造成的震動。
由于拾取器的移動方向改變時會產(chǎn)生慣性力致使轉(zhuǎn)軸(200)軸向移動不穩(wěn)定，而這種不穩(wěn)定性又因為外蓋(500)上的板簧(510)向下彈性偏離第一支架(410)得到減輕，所以轉(zhuǎn)軸(200)即使在拾取器軸向移動方向改變時仍可保持穩(wěn)定。
但是如上所述的步進電機具有構(gòu)造十分復(fù)雜的致命弱點。
即，為了在旋轉(zhuǎn)的過程中能支撐反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸(200)，而同時又能使轉(zhuǎn)軸在慣性力的作用于下仍然保持穩(wěn)定的軸向移動，有必要在轉(zhuǎn)軸的兩端設(shè)一個V形槽(230)。另外，鋼球(240)應(yīng)在每個V形槽(230)中就位旋轉(zhuǎn)，而兩個支架(410)和(420)必須在旋轉(zhuǎn)的同時在轉(zhuǎn)軸(200)的兩端支承兩個鋼球(240)。
而且，在拾取器移動方向改變時，為了保持轉(zhuǎn)軸(200)進行穩(wěn)定的軸向移動，必須用外蓋(500)上的板簧(510)對第一支架(410)進行彈性支撐，同時又使支架(410)能沿轉(zhuǎn)軸(200)頂端進行垂直移動。
所以，在生產(chǎn)步進電機時，為了支撐旋轉(zhuǎn)軸(200)，所需的零件比較多，那么產(chǎn)品的成本就會上升，組裝工序也變得復(fù)雜，生產(chǎn)效率下降，零件與零件間的摩擦變得頻繁，引起很大的噪音，由于磨損，耐久性和操作可靠性也會降低，給用戶帶來不便。
常規(guī)步進電機的另一個不足之處是要在旋轉(zhuǎn)軸的兩端形成V型槽，在加工過程中，需要非常高的精密度，這樣就會產(chǎn)生加工困難的問題。
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，而對此電動機進行了改進。在轉(zhuǎn)軸的兩端形成加工方便的半球型狀態(tài)，使支持轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)變得簡單，減少使用的零件，縮短組裝工序，使生產(chǎn)效率大大提高。不僅如此，本發(fā)明的目的還在于減少摩擦接觸面，由此減小噪音的發(fā)生。
為了達到上述目的，本發(fā)明包括定子內(nèi)部由線圈和磁軛構(gòu)成，固定在第一支架上；轉(zhuǎn)軸一端伸入定子內(nèi)部，并擁有半球型頂端的部分；露在定子外部，形成螺桿的部分和擁有半球型底端的部分；第一支架設(shè)有一個與第一端部半球形端部點接觸的第一凹槽，以支撐其半球形端部。
第二支架設(shè)有一個與第二端部半球形端部點接觸的第二凹槽，以支撐其半球形端部，而第二支架在受彈簧部件影響沿轉(zhuǎn)軸軸線方向彈性偏移時，由第二支撐板支撐，按軸線方向支撐轉(zhuǎn)軸。
圖1是以前步進電機的截面圖。
圖2是圖1中步進電機的截面圖。
圖3是按照本發(fā)明描繪的步進電機的截面圖。
圖4是本發(fā)明中，轉(zhuǎn)軸的半球形頂端與帶有梯形凹部的第一支架相接觸的平面放大圖。
圖5是本發(fā)明中，轉(zhuǎn)軸的半球形底端與帶有梯形凹部的第二支架相接觸的平面放大圖。
圖6是本發(fā)明的另一種設(shè)計，轉(zhuǎn)軸的小直徑半球形底端與第二支架相接觸的平面放大圖。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
圖3是根據(jù)本發(fā)明描繪的步進電機截面圖，定子(10)從外部引入電源，使電機產(chǎn)生驅(qū)動力。
定子(10)是由兩個環(huán)形線圈(11)或有卷線的上下兩個繞組(11)和分開上下兩個繞阻的磁軛(12)組成。與常規(guī)步進電機一樣，定子(10)的外殼為空心的柱形結(jié)構(gòu)，上下壁分別從外壁的上下兩端徑向向內(nèi)伸展，呈環(huán)形狀。外殼的上下壁也分別從各自內(nèi)端伸展，垂直相對，即，上壁從其內(nèi)端向下伸展形成上部內(nèi)壁，下壁向上伸展形成下部內(nèi)壁，而內(nèi)壁間留有間隙。磁軛(12)位于兩內(nèi)壁間，與外殼的外壁內(nèi)部表面形成整體，形成兩個環(huán)形室，而兩個環(huán)形線圈(11)分別位于這兩個環(huán)形室內(nèi)。
磁軛(12)為線圈的磁能量提供了一條通路。如圖3所示，上述定子(10)下端被牢牢地固定在作為拾取器的一元件的第一支撐板(60)上。
轉(zhuǎn)軸(20)或轉(zhuǎn)子是依靠引入到線圈繞組上的電源而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸(20)向上通過第一支撐板(60)的中心，然后從外殼底部部份插入定子(10)的中心。即，轉(zhuǎn)軸上端位于定子內(nèi)而下端露在第一支撐板(60)外面。
柱形磁鐵(21)固定在定子外殼內(nèi)轉(zhuǎn)軸(20)的上端，而露在第一支撐板(60)外面的轉(zhuǎn)軸為外螺紋，形成與拾取器嚙合的螺桿(22)。
旋轉(zhuǎn)軸(20)一側(cè)的第一端部(23)和另一側(cè)的第二端部(24)分別為半球型。
這時，固定在旋轉(zhuǎn)軸周圍的磁鐵(21)和線圈繞組(11)呈垂直方向，在磁場的相互作用下，會產(chǎn)生電動力。
在定子(10)的頂端，擁有罩著它的第一托架(30)，如圖4所示，為了使托架底部與旋轉(zhuǎn)軸的半球型頂端呈點接觸狀態(tài)，將其形成口朝下的梯形凹槽。
所以，伸入定子(10)內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸(20)第一端部(23)位于第一托架(30)的梯形凹槽部分(31)，并與其表面呈點接觸狀態(tài)，使轉(zhuǎn)軸(20)與它的摩擦程度減少到最小。
而第二支架(40)位于第二支撐板(70)上，其位置與第一支架(30)相對，在旋轉(zhuǎn)的過程中，它能托住轉(zhuǎn)軸(20)的第二個半球形端部(24)。具體來說，如圖5所示，第二支架(40)在其頂部表面的中心位置設(shè)有一梯形凹槽(41)。
第二支架(40)旋轉(zhuǎn)過程中在凹槽(41)的位置上托起轉(zhuǎn)軸(20)的第二個半球形端部，而又與該端部(24)呈點接觸，這樣，支架(40)僅僅讓轉(zhuǎn)軸(20)的第二端部(24)在凹槽(41)中旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)軸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，并與(31)、(41)呈點接觸狀態(tài)。
特別是，被第二托架(41)所支撐的轉(zhuǎn)軸(20)第二端部(24)的直徑，如圖6所示，比螺桿(22)的直徑要小，當然，第二端部(24)同樣呈半球形狀。
在讓半球形端部(24)和凹槽(41)間進行點接觸的同時，為了在旋轉(zhuǎn)的時候能托起轉(zhuǎn)軸(20)小直徑半球形第二端部，第二支架(40)的凹槽(41)設(shè)計為一個兩級梯形凹槽。按第二種設(shè)計方案，轉(zhuǎn)軸(20)的半球形第二端部(24)的支撐特殊設(shè)計的，以便進一步減少第二端部(24)的摩擦力。
在托起轉(zhuǎn)軸(20)第一和第二端部(23)、(24)的兩個支架中，第一個支架(30)固定在定子(10)上方，這樣可以防止轉(zhuǎn)軸(20)出現(xiàn)向上不穩(wěn)定的移動。
本發(fā)明中，第二支架(40)在其中心位置裝有一個凸臺(43)，凹槽則位于凸臺(43)的上表面，而凸緣部分在凹槽(41)周圍向外伸展。設(shè)有凹槽的第二支架(40)在相對于第二支撐板導(dǎo)孔進行垂直移動時位于第二支撐板的導(dǎo)孔內(nèi)，這樣，第二支撐板(70)成為光學拾取裝置的支撐件。當?shù)诙屑?40)如上所述的裝在第二支撐板(70)上時，支架(40)的凸緣部分(42)則位于支撐板的上表面的上方。第二支架(40)通常也會常受凸緣部分(42)和第二支撐板(70)間的彈簧部件影響而向上偏移。在本發(fā)明中，更為可取的是采用了一個普通波形線圈、一個普通墊圈式彈簧或一個普通波形板構(gòu)成的彈簧部件(50)。
由定子(10)，轉(zhuǎn)軸(20)，第一支架(30)和第二支架(40)所構(gòu)成的本發(fā)明，即步進電機，依靠彈性部件使第二支架(40)在向上偏移時被彈性控制，所以可以有效降低轉(zhuǎn)軸(20)因受拾取器改變移動方向產(chǎn)生慣性力而出現(xiàn)的軸向不穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)軸由此也不容易變形。
上述步進電機中，第二端部或轉(zhuǎn)軸(20)的底端(24)從定子(10)延伸出來，經(jīng)過第一支撐板(60)，在其末端形成半球形結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸(20)的第二半球形端部由第二支架(40)的梯形凹槽支撐，并或在第二支撐板(70)上彈性移動，這樣，第二半球形端部(24)和凹槽間可呈點接觸狀態(tài)。
另外，定子(10)的上端罩有外蓋(80)，第一支架(30)被完全蓋住，它阻止第一支架(30)從定子(10)外意外脫離，并可使支架不受周圍影響。
特別是由于外蓋(80)下部邊緣與定子(10)的外表面彈性嚙合，必要時外蓋(80)可很容易地從定子(10)上移開。即使定子(10)受到轉(zhuǎn)軸(20)軸向移動產(chǎn)生的沖擊影響，第一支架(30)在穩(wěn)定支撐轉(zhuǎn)軸(20)的第一半球形端部(23)的同時也可以牢牢地被支撐住。
當外部電源引到具有以上述結(jié)構(gòu)的步進電機的定子(10)的線圈(11)上時，在磁鐵(21)和線圈(11)間會形成電磁力，使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，拾取器因為與轉(zhuǎn)軸(20)的螺桿(22)嚙合會沿螺桿(22)方向軸向移動。
在本發(fā)明所述的步進電機中，轉(zhuǎn)軸(20)在向上正常偏移時，其第二端部(24)會受到彈簧部件(50)的彈性支撐，從而有效降低因受拾取器改變移動方向所產(chǎn)生和慣性力影響而造成軸向移動的不穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)軸(20)則可完全受到保護而不變形。
不僅如此，轉(zhuǎn)軸的第一端部(23)和第二端部(24)與第一支架(30)和第二支架(40)的凹槽(31、41)呈點接觸形態(tài)，這樣可減少轉(zhuǎn)軸(20)和支架(30)、(40)間的磨擦力。步進電機的驅(qū)動負荷也將降低。
特別是對轉(zhuǎn)軸(20)進行彈性支持的彈簧部件(50)不象以前裝在定子內(nèi)部，而是裝在外面，從而可以使定子(10)和轉(zhuǎn)軸(20)更容易地裝在第一、第二支架(30)、(40)上，同時也便于用戶必要時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸的偏移力。
轉(zhuǎn)軸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，轉(zhuǎn)軸(20)和半球形端部(23)、(24)更容易裝在第一和第二支架(30)、(40)上，因為只要把兩個半球形端部(23)、(24)裝入支架(30)和(40)的梯形凹槽(31)和(41)即可，而同時又可保證兩個半球形端部(23)和(24)與兩個梯形凹槽(31)、(41)間的點接觸。
通過以上的說明可以看出來，本發(fā)明是對轉(zhuǎn)軸兩端的第一端部和第二端的形狀以及支持它們的第一支架和第二支架的構(gòu)造進行了很簡單的改進。它使轉(zhuǎn)軸驅(qū)動時的負荷降低到最小；同時，節(jié)省了零件，縮短了組裝時間。除此以外，用于軸向上支撐轉(zhuǎn)軸的彈簧部件不是裝在定子內(nèi)部，而是裝在定子外面的第二支架和第二支撐板之間，這種彈簧部件可簡化步進電機元件的組裝過程，使用戶更容易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸的偏移力。本發(fā)明極大地改善了操作可靠性和步電機的生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種步進電機，它包括定子由線圈和磁軛構(gòu)成，下端固定在第一支撐板上；轉(zhuǎn)軸伸入定子內(nèi)部，并擁有半球型上端部的部分；露在定子外部，形成螺桿的部分和擁有半球型下端部的部分；第一支架設(shè)有一個與第一端部半球形端部點接觸的第一凹槽，以支撐其半球形端部；第二支架設(shè)有一個與第二端部半球形端部點接觸的第二凹槽，以支撐其半球形端部，而第二支架在受彈簧部件影響沿轉(zhuǎn)軸軸線方向彈性偏移時，由第二支撐板支撐，按軸線方向支撐轉(zhuǎn)軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于上述第二支架的中心位置設(shè)有一凸臺，凸臺表面設(shè)有一凹槽，其凸緣在凹槽周圍向外延伸，第二支架的凸臺設(shè)于第二支撐板的導(dǎo)孔內(nèi)，以便于軸線方向的移動，凹槽及凸緣均暴露于第二支撐板外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進電機，其特征在于上述彈簧部件介于第二支架凸緣部分和第二支撐板之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進電機，其特征在于此彈性部件為墊圈式彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于轉(zhuǎn)軸的第二端部的直徑比所形成的螺桿直徑要小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機，其特征在于所述的第一支架和第二支架的凹槽形成相對的梯形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拾取器步進電機。步進電機轉(zhuǎn)軸的第一和第二端部均為半球形結(jié)構(gòu)。第一支架和第二支架分別設(shè)有在與第一半球形端部和第二半球形端部點接觸時可托住第一半球形端部和第二半球形端部的梯形凹槽。第二支架在受彈簧部件影響沿轉(zhuǎn)軸軸線方向彈性偏移時,由第二支撐板支撐。這樣,步進電機的元件數(shù)量減少了,只要經(jīng)過簡單組裝即可生產(chǎn)出此類電機,但其運行可靠性以及生產(chǎn)效率得到改善,而且還降低了電機運行時的噪音。
文檔編號F16C17/08GK1267949SQ9912733
公開日2000年9月27日 申請日期1999年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月17日
發(fā)明者李仁浩 申請人:三星電機株式會社