專利名稱：永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其可用于辦公室的自動(dòng)化機(jī)器，例如，復(fù)印機(jī)、打印機(jī)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外圍設(shè)備，車輛，工廠的自動(dòng)化機(jī)器，例如，傳輸機(jī)等。
背景技術(shù)：
有許多永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其諸如具有一永久磁體的轉(zhuǎn)子的PM型步進(jìn)電機(jī)、具有一齒輪形鐵芯和一永久磁體的混合(HB)型步進(jìn)電機(jī)，以及具有一用于反饋控制的磁極探測(cè)單元的無(wú)電刷電機(jī)。一具有面向一轉(zhuǎn)子的梳形磁極齒的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械包括多個(gè)沿軸向方向堆疊的定子單元；以及一具有一永久磁體的轉(zhuǎn)子，其面向定子單元并交替地磁化為N極和S極。使電流通過(guò)電子單元的線圈并切換電流方向，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極互相吸引和排斥，這樣，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)起來(lái)。
在具有面向轉(zhuǎn)子的梳形磁極齒的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，堆疊的定子單元的數(shù)量等于進(jìn)行磁化的電流相位數(shù)。例如，在二相電機(jī)的情形中，一A相定子單元和一B相定子單元堆疊起來(lái)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由磁化電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和由一轉(zhuǎn)子和多個(gè)定子軛之間磁阻變化產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(定位轉(zhuǎn)矩)的合成轉(zhuǎn)矩。變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的成分成為電機(jī)轉(zhuǎn)矩的高階諧波成分，由此造成轉(zhuǎn)動(dòng)的波動(dòng)和振動(dòng)。因此，該步進(jìn)電機(jī)串聯(lián)地連接到所述步進(jìn)電機(jī)(它是永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械的一實(shí)例)，且其相位沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向互相變換半周的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這樣可減小由變動(dòng)轉(zhuǎn)矩造成的振動(dòng)成分(參見(jiàn)日本專利公報(bào)No.9-163798)。
此外，為了快速地減小由包括在一感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)的波形中的高階諧波成分造成的電機(jī)振動(dòng)，已經(jīng)研制了一種步進(jìn)電機(jī)，其中，定子軛的梳形齒的面積和其間的間隙可以變化而偏離三階諧波并減小振動(dòng)(參見(jiàn)日本專利公報(bào)No.10-127024)。
近年來(lái)，一直需要高轉(zhuǎn)矩的小型電機(jī)。因此，已經(jīng)研制出高的最大能量輸出的具有其磁體由稀土金屬(例如，Nd-Fe-B)制成的轉(zhuǎn)子的電機(jī)。使用如此的稀土金屬可以實(shí)現(xiàn)一高轉(zhuǎn)矩的小型電機(jī)。
可以產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，然而，磁通量在多個(gè)定子軛和一永久磁體之間形成的磁路內(nèi)有很大變化。因此，變動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)增加，轉(zhuǎn)動(dòng)的波動(dòng)變得更差。
在使用其最大能量輸出很高的稀土金屬磁體的情形中，通過(guò)磁路的磁通量增加，于是，通過(guò)定子軛的磁路的磁通任意飽和。為了解決該問(wèn)題，定子軛的厚度必須較厚。然而，在具有梳形磁極齒的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，難于通過(guò)壓力加工來(lái)精確地形成定子軛。此外，用于壓力加工的模具組必須很大，這樣就必須需要巨大的制造設(shè)備，生產(chǎn)成本也必定提高。
另一方面，多個(gè)定子單元可以堆疊起來(lái)。在此情形中，定子芯厚度不變，但定子軛彼此堆起來(lái)。然而，磁路形成在一定子和一永久磁體之間，視一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置而定，通過(guò)形成在相鄰定子軛的磁極齒之間的磁路內(nèi)的磁通量變化，可以重新產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，于是，電機(jī)生成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮解決上述的問(wèn)題。
本發(fā)明的一目的是提供一永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其尺寸很小并能減小由形成在相鄰定子軛的磁極齒之間的磁路內(nèi)的磁通量變化造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)。
即，本發(fā)明的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械包括一由多個(gè)定子單元構(gòu)成的定子，多個(gè)定子單元同軸地堆疊，在每個(gè)定子單元中，一線圈夾在定子軛之間；以及一包括具有多個(gè)磁極的永久磁體的轉(zhuǎn)子，多個(gè)磁極分別面對(duì)定子軛的磁極齒，該轉(zhuǎn)子被一輸出軸保持，并能圍繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以及一個(gè)相位內(nèi)的定子單元分成n個(gè)(n是整數(shù)1或1以上的整數(shù))，垂直布置的相鄰定子軛的至少一對(duì)磁極齒的磁中心轉(zhuǎn)移一規(guī)定的相位差，以便互相抵消其變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
在永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，該規(guī)定的相位差是90°±30°的電角度。
在永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，補(bǔ)充磁極可同軸地堆疊在偶數(shù)定子單元上，以及補(bǔ)充磁極具有磁極齒，它們布置成相對(duì)于相鄰的定子軛的磁極齒有規(guī)定的相位差，以便消除由形成在相鄰定子軛之間的邊界面內(nèi)的磁路產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
在永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，一空間可形成在相鄰定子單元之間。
在本發(fā)明的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，一個(gè)相位內(nèi)的定子單元分成n個(gè)(n是整數(shù)1或1以上的整數(shù))，垂直布置的相鄰定子軛的至少一對(duì)磁極齒的磁中心轉(zhuǎn)移一規(guī)定的相位差，以便互相抵消其變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。采用該結(jié)構(gòu)，由形成在相鄰定子軛的磁極齒之間的磁路內(nèi)的磁通量的變化造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩可偏移相位差，這樣，可減小整個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)械生成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。尤其是，由形成在垂直堆疊的定子軛的磁極齒之間的磁路內(nèi)的磁通量的變化造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過(guò)穿過(guò)其間的磁通來(lái)有效地降低。在垂直布置的相鄰定子軛的至少一對(duì)磁極齒的磁中心轉(zhuǎn)移90°±30°的相位差的情形中，最好是90°，可大大地減小變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
通過(guò)使用其最大能量輸出較高的一稀土金屬的磁體，并增加堆疊定子單元的數(shù)量，可加大定子軛的總的橫截面面積，這樣，可生產(chǎn)出能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的小型永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，而不需大大地增加加工精度和生產(chǎn)成本。
在以下的情形中，補(bǔ)充磁極同軸地堆疊在一偶數(shù)定子單元上，且具有的磁極齒布置成有規(guī)定的相位差以便消除由形成在相鄰定子軛之間的邊界面內(nèi)的磁路產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則所述變動(dòng)轉(zhuǎn)矩可較佳地消除。
通過(guò)在垂直堆疊的相鄰定子單元之間形成空間，則通過(guò)垂直的相鄰定子單元的磁極齒的磁路在磁性上被阻塞，于是，可減小由磁路內(nèi)的磁通量變化造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)將借助于實(shí)例并參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的諸實(shí)施例，在附圖中

圖1是一二相步進(jìn)電機(jī)的局部剖切圖；圖2是一定子的立體圖；圖3是一定子單元的立體圖；圖4是第一磁路的解釋圖；圖5是第二磁路的解釋圖；圖6是第三磁路的解釋圖；圖7是定子單元的磁極齒之間的相位差的解釋圖；圖8是定子單元的磁極齒之間的相位差的解釋圖；圖9是另一實(shí)施例的一二相步進(jìn)電機(jī)的局部剖切圖；圖10是還有一實(shí)施例的一二相步進(jìn)電機(jī)的局部截面圖；圖11是在形成在圖7所示的定子單元內(nèi)的第一至第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖；圖12是在形成在圖8所示的定子單元內(nèi)的第一至第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖；圖13是圖11和12生成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖；圖14是在形成在圖9所示的定子單元內(nèi)的第一至第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖；圖15是圖7和8所示定子單元內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的磁性分析的幅值曲線圖；圖16是示出第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩影響的曲線圖；圖17是定子單元之間的邊界面內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖，其中，分別形成一空間和沒(méi)有空間；圖18是一恒定電流通過(guò)的定子單元之間的邊界面內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖，其中，分別形成一空間和沒(méi)有空間；以及圖19是一曲線圖，示出兩個(gè)邊界面內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形之間的相位差以及生成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)于一標(biāo)準(zhǔn)波的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幅值之比之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在以下實(shí)施例中，步進(jìn)電機(jī)將被解釋為永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械。
在各實(shí)施例中，步進(jìn)電機(jī)是一爪極型步進(jìn)電機(jī)，其包括一由多個(gè)定子單元構(gòu)成的定子，諸定子單元同軸地堆疊，在各個(gè)定子單元中一線圈夾在諸定子軛之間，而磁極齒(爪極)互相嚙合；以及一包括具有多個(gè)磁極的永久磁體的轉(zhuǎn)子，它們分別面向定子軛的爪極。
步進(jìn)電機(jī)作為對(duì)此解釋所給出的實(shí)例，它是一外轉(zhuǎn)子型的二相步進(jìn)電機(jī)，并可組裝在辦公室的自動(dòng)化機(jī)器內(nèi)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外圍設(shè)備，車輛，工廠自動(dòng)化機(jī)器(例如，傳輸機(jī))等。
現(xiàn)將參照?qǐng)D1解釋二相步進(jìn)電機(jī)的概述。在圖1中，多個(gè)極沿圓周方向形成在一永久磁體2內(nèi)，該永久磁體2固定在一圓柱形轉(zhuǎn)子軛3的內(nèi)圓周面上。永久磁體2由稀土金屬(例如，Nd-Fe-B)制成，其最大能量輸出很高，并面向一定子的爪極(將在下面描述)。一轉(zhuǎn)子1與轉(zhuǎn)子軸(輸出軸)4連接并由該轉(zhuǎn)子軸支承。
在圖2所示的定子中，一個(gè)相位內(nèi)的定子單元分成n個(gè)(n是整數(shù)1或1以上的整數(shù)；在本實(shí)施例中n＝2)，并沿軸向方向同軸地堆疊。例如，定子5包括第一定子單元5a(A相)和5b(B相)以及第二定子單元5c(A相)和5d(B相)。兩個(gè)定子單元分配給各A相和B相。即，四個(gè)定子單元以所述次序(A相、B相、A相和B相)同軸地堆疊。即使永久磁體2由其最大能量輸出很高的稀土金屬制成，定子軛8a和8b的總的截面面積和磁路徑也可通過(guò)增加堆疊的定子單元的數(shù)量予以加大，不需加厚定子軛8a和8b。A相的定子單元5a和5c以及B相的定子單元5b和5d堆疊有一相位差，以便沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏置轉(zhuǎn)子1。應(yīng)該指出的是，定子單元可以A相、B相、B相和A相的次序堆疊。
現(xiàn)將參照?qǐng)D3解釋定子5的定子單元5a。在定子單元5a中，一纏繞在線圈繞線筒6上的線圈7垂直地夾在由磁性磁路制成的定子軛8a和8b之間，而梳形磁極齒(爪極)9a和9b互相嚙合。即，線圈7纏繞在線圈繞線筒6上，其構(gòu)造在A相和B相的定子軛8a和8b的軸線中心內(nèi)。當(dāng)一電流通過(guò)線圈7時(shí)，一偶數(shù)的定子磁極形成在一垂直于轉(zhuǎn)子軸4的平面上。N極和S極交替地形成為定子磁極。該定子單元5a和5c(A相)的線圈7串聯(lián)地或并聯(lián)地連接；該定子單元5b和5d(B相)的線圈7串聯(lián)地或并聯(lián)地連接。
在圖1中，定子軛8a和8b同軸地組裝在一由磁性材料制成的圓筒12的外圓周面上。用來(lái)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承轉(zhuǎn)子軸4的軸承10和11組裝在圓筒12的內(nèi)部。此外，一電機(jī)的電路板13和一支架14一體地組裝在圓筒12的外圓周面上。
接下來(lái)，將解釋形成在產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的永久磁體(PM)型步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的磁路，應(yīng)指出的是，圍繞定子5的定子單元5a和5b形成在磁路將在下面的描述中進(jìn)行解釋。
一第一磁路示于圖4中。在定子單元5a中，例如，磁通從永久磁體2(未示出)進(jìn)入下爪極9b，并通過(guò)定子軛8b、圓筒12和定子軛8a返回到永久磁體2，于是形成磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)爪極9a和9b的磁通量的磁密度變化，于是產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
一第二磁路示于圖5中。圖5示出一垂直于轉(zhuǎn)子軸4的軸線的橫截面。當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)直到永久磁體2的邊界N極和S極與爪極9a和9b的中心對(duì)齊為止時(shí)，磁通從永久磁體2的各個(gè)N極跑出并通過(guò)爪極9a和9b進(jìn)入相鄰的S極，于是形成磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)永久磁體2的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，通過(guò)爪極9a和9b的磁通量的磁密度變化，因此產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
一第三磁路示于圖6中。在圖6中，定子單元5a和5b堆疊起來(lái)。例如，磁通從永久磁體2(未示出)跑出，并通過(guò)定子單元5a的爪極9b和定子單元5b的爪極9a返回到永久磁體2，于是在定子單元5a和5b之間的邊界面內(nèi)形成磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)爪極9a和9b的磁通量的磁密度變化，因此產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。變動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在定子單元5b和5c之間的邊界面內(nèi)以及定子單元5c和5d之間的邊界面內(nèi)。產(chǎn)生在堆疊的定子單元的邊界面內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行組合，這樣，對(duì)于電機(jī)特性的設(shè)計(jì)它不會(huì)被忽略。
圖16示出在第一至第三磁路中產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的磁性分析的幅值。在圖16中，一個(gè)定子單元的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即，第一和第二磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用J表示；計(jì)算變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它是進(jìn)一步堆疊的四個(gè)定子單元的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩J之和，用K表示；四個(gè)定子單元的磁性分析的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩表示為L(zhǎng)；而變動(dòng)轉(zhuǎn)矩L和K之間的差，即，第三磁路內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用M表示。根據(jù)圖16的曲線，第三磁路內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩理論上大于第一和第二磁路的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在本發(fā)明中，定子單元堆疊成在相鄰定子軛的上和下磁極齒的磁性中心之間有規(guī)定的相位差，以便減小第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在以下的描述中，垂直堆疊的定子軛的相鄰磁極(爪極)之間的中心位置將被解釋為形成在定子單元和轉(zhuǎn)子之間的第三磁路的磁性中心。
圖7和8是同軸地堆疊的定子單元5a-5d的爪極9a和9b的平面展開(kāi)圖。在圖7中，符號(hào)A、B和C代表定子單元5a-5d的相鄰定子軛之間的邊界面。定子單元堆疊起來(lái)，形成在邊界面A和C內(nèi)的第三磁路的磁性中心P變換一90°的電角度。
圖11是一波形圖，示出邊界面A、B和C的第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形(用虛線表示)，以及它們的合成變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(用實(shí)線表示)。根據(jù)圖11的波形圖，邊界面A和C內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形是包括較高階諧波成分的理想正弦波，它們彼此抵消，這樣，只留下邊界面B的第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形。因此，通過(guò)定子軛8a和8b、爪極9a和9b以及永久磁體2而運(yùn)轉(zhuǎn)的第三磁路內(nèi)的磁通變化所造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩可有效地降低。
在圖8中，符號(hào)D、E和F代表定子單元5a-5d的相鄰定子軛之間的邊界面。定子單元堆疊起來(lái)，形成在邊界面D和F內(nèi)的第三磁路的磁性中心P變換一180°的電角度。
圖12是一波形圖，示出邊界面D、E和F的第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形(用虛線表示)，以及它們的合成變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(用實(shí)線表示)。應(yīng)該指出的是，邊界面D內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形與根據(jù)圖12的波形圖的邊界面F內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩相一致，邊界面D和F內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形是包括較高階諧波成分的理想正弦波，它們彼此重疊，這樣，合成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形幅值增加。
圖15是經(jīng)磁性分析的圖7和8的合成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩G和H的曲線圖。與合成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩G和H的最大值相比，圖7的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小到約為圖8變動(dòng)轉(zhuǎn)矩H的四分之一。
接下來(lái)，將描述第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的組合。例如，包括一標(biāo)準(zhǔn)波形分量(其幅值定義為1)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在圖7中所示的邊界面A-C之一內(nèi)，或產(chǎn)生在圖8中所示的邊界面D-F之一內(nèi)。然后，變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的一波形與另一變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形組合，它們的相位互相變換為一任意的相位差。此外，計(jì)算該兩個(gè)的合成變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖19是一曲線圖，示出兩個(gè)變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(X-軸線)的波形之間的相位差和合成變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幅值相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)波的幅值之比之間的關(guān)系，這里標(biāo)準(zhǔn)波的幅值為1(Y-軸線)。當(dāng)相位差大于90°時(shí)，曲線對(duì)角地向右上延伸，像一直線對(duì)稱的曲線。盡管組合了變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)波形，但比值超過(guò)2，因?yàn)榘斯┻x擇的較高階的諧波成分。
如上所述，變動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨著相位差的增加而減小并在相位差是90°時(shí)為最小。即使相位差不是90°，兩者的組合波形的幅值也等于相位差為90°±30°時(shí)在一個(gè)邊界面內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幅值。
當(dāng)考慮構(gòu)成第三磁路的磁性中心P的相位差時(shí)(見(jiàn)圖7)，減小變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的有效范圍是一90°±30°的電角度。當(dāng)相位差是90°電角度時(shí)，變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響可以最小。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D9解釋用來(lái)進(jìn)一步減小第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的一定子結(jié)構(gòu)。
在圖9中，一偶數(shù)的定子單元，例如，四個(gè)定子單元5a-5d堆疊起來(lái)，還堆疊一由磁性材料制成的補(bǔ)充磁極15。梳形磁極齒15a沿著補(bǔ)充磁極15的外邊緣連續(xù)地形成。補(bǔ)充磁極15的梳形磁極齒15a布置成令用來(lái)抵消第三磁路內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的相位差僅形成在定子單元5b和5c之間的邊界面B內(nèi)。通過(guò)補(bǔ)充磁極15呈包括較高諧波成分的理想正弦波的邊界面A和C內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形彼此抵消。此外，邊界面B內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形和補(bǔ)充磁極15和永久磁體2之間產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形彼此抵消。因此，理論上合成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩是抵消的(見(jiàn)圖14)。在以奇數(shù)邊界面堆疊起來(lái)的偶數(shù)定子單元的情形中，補(bǔ)充磁極15有效地工作。
在圖10中，變動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在定子單元5b和5c之間的邊界面內(nèi)，而上定子軛8b和下定子軛8a磁性上絕緣，或它們之間的磁阻通過(guò)形成一空間16而增加。在此情形中，圓筒12用非磁性材料制成，以便不形成一新的磁路。利用該結(jié)構(gòu)難于使磁通通過(guò)相鄰定子軛的邊界面，這樣不可能發(fā)生磁通的變化。因此，可大大地防止在第三磁路內(nèi)產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
圖17是圖1所示的堆疊定子單元的定子單元5b和5c之間產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖，其中，分別形成空間16(例如，1mm)和沒(méi)有空間。根據(jù)圖17，在沒(méi)有空間的定子單元內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(用虛線表示)的波形Q的幅值大于帶有空間16的定子單元內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩(用實(shí)線表示)的波形R的幅值。
圖18是定子單元之間的邊界面內(nèi)產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波形圖，一恒定電流通過(guò)定子單元并其中分別形成空間和沒(méi)有空間。根據(jù)圖18，該兩者的波形彼此相一致。即，造成存在的空間沒(méi)有差別。在由第三磁路在任何的邊界面內(nèi)產(chǎn)生變動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不參照堆疊的定子單元的數(shù)量的情形中，通過(guò)形成空間16而不參照定子5的結(jié)構(gòu)，可減小產(chǎn)生在邊界面內(nèi)的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
在上述的實(shí)施例中，已經(jīng)解釋了二相步進(jìn)電機(jī)，但本發(fā)明不局限于該實(shí)施例。例如，本發(fā)明可適用于多相(三相、四相、n相)步進(jìn)電機(jī)，在每一種步進(jìn)電機(jī)中，軸向長(zhǎng)度必須延伸，但可有效地減小振動(dòng)。此外，一個(gè)相位內(nèi)的定子單元可分成三個(gè)或更多個(gè)。
上述步進(jìn)電機(jī)是外轉(zhuǎn)子型步進(jìn)電機(jī)，但本發(fā)明也可適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子型步進(jìn)電機(jī)。此外，本發(fā)明不僅可適用于一步進(jìn)電機(jī)，其中，電流移動(dòng)相位由一開(kāi)路控制的驅(qū)動(dòng)電路切換，而且也可適用于一無(wú)電刷電機(jī)，其具有一用來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的單元，且其中電流移動(dòng)相位由一閉路控制的驅(qū)動(dòng)電路切換。
本發(fā)明可以其它特殊的形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明基本特征的精神。因此，本實(shí)施例在各個(gè)方面都被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制的，本發(fā)明的范圍由附后的權(quán)利要求書(shū)指明而不是以上的描述，因此，落入權(quán)利要求書(shū)等價(jià)物的含義和范圍內(nèi)的所有變化都欲被包括在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，包括一由多個(gè)定子單元構(gòu)成的定子，多個(gè)定子單元同軸地堆疊，在每個(gè)定子單元中，一線圈夾在定子軛之間；以及一包括具有多個(gè)磁極的永久磁體的轉(zhuǎn)子，多個(gè)磁極分別面對(duì)定子軛的磁極齒，所述轉(zhuǎn)子被一輸出軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承，其中，一個(gè)相位內(nèi)的定子單元分成n個(gè)(n是整數(shù)1或1以上的整數(shù))，垂直布置的相鄰定子軛的至少一對(duì)磁極齒的磁中心轉(zhuǎn)移一規(guī)定的相位差，以便互相抵消其變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
2.如權(quán)利要求1所述的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，該規(guī)定的相位差是90°±30°的電角度。
3.如權(quán)利要求1所述的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，補(bǔ)充磁極同軸地堆疊在偶數(shù)定子單元上，以及所述補(bǔ)充磁極具有磁極齒，它們布置成相對(duì)于相鄰的定子軛的磁極齒有規(guī)定的相位差，以便消除由形成在相鄰定子軛之間的邊界面內(nèi)的磁路產(chǎn)生的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
4.如權(quán)利要求1所述的永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，一空間形成在相鄰定子單元之間。
全文摘要
永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械能減小由磁路內(nèi)磁通量變化造成的變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。永久磁體型回轉(zhuǎn)機(jī)械包括一由多個(gè)定子單元構(gòu)成的定子，多個(gè)定子單元同軸地堆疊，在每個(gè)定子單元中，一線圈夾在定子軛之間；以及一包括具有多個(gè)磁極的永久磁體的轉(zhuǎn)子，多個(gè)磁極分別面對(duì)定子軛的磁極齒，轉(zhuǎn)子被一輸出軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。一個(gè)相位內(nèi)的定子單元分成n個(gè)(n是整數(shù)1或1以上的整數(shù))，以及垂直布置的相鄰定子軛的至少一對(duì)磁極齒的磁中心轉(zhuǎn)移一規(guī)定的相位差，以便互相抵消其變動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)H02K37/04GK101018003SQ20061017324
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者臼井弘明 申請(qǐng)人:信濃絹糸株式會(huì)社