CN100346558C

CN100346558C - 永磁型三相步进电机

Info

Publication number: CN100346558C
Application number: CNB021407657A
Authority: CN
Inventors: 坂本正文
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: CN1399399A; US20050194846A1; JP2003037969A; EP1280262A2; JP4744023B2; EP1734646A8; US6903476B2; EP1280262A3; EP1734646A2; EP1734646A3; US20030052552A1; US7145278B2

Abstract

在永磁型三相步进电机中，定子(1)有3L个定子磁极，转子(2)有永磁体(4、9)，该永磁体磁化形成多个(Nr)N和S磁极对，其中，满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中L是不小于1的整数，Nr是L(3n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿的宽度。

Description

永磁型三相步进电机

技术领域

本发明涉及永磁型三相步进电机，尤其是涉及在用于办公室自动化等的装置中所采用的永磁型三相步进电机。

背景技术

在永磁型三相步进电机中所产生的振动小于在永磁型两相步进电机中所产生的振动。三相步进电机的驱动电路所需的晶体管的数目是6个，而两相步进电机的驱动电路所需的晶体管的数目是8个。因此，三相步进电机的价格性能比很好。而且，当转子的磁极对数目增加时，可以提高转子的精确定位和低速转动时的波动。不过，即使在三相步进电机中也将产生振动和噪音，因为在多个极齿的影响下，在由永磁体形成的磁通中产生很多谐波。

考虑到在三相步进电机中的定子主磁极的数目是3的倍数，例如3、6、9、12......。有三个定子主磁极的电机结构最简单。而且，应当知道，定子主磁极的数目越少将产生越大的扭矩，因为每个定子主磁极的互连磁通将变大。日本专利No.3140814和相应的美国专利U.S.P.5289064是已知的现有技术。

当这样有三个定子主磁极的普通步进电机通过两相励磁方式驱动时，在径向上产生不平衡的电磁力，且由于大量的小转子齿而产生谐波，因此，变动扭矩增大。而且，由于径向的不平衡电磁力，转子和定子之间的气隙中心偏移，因此，振动和变动扭矩也增大。

在有12个定子主磁极的步进电机中，冲压硅钢板可以在角度位置改变90度的情况下进行堆积，以便形成定子芯，这样，硅钢板由于其滚转方向而引起的特性差异将彼此抵消，从而提高磁平衡，谐波也能减少，因为气隙中的磁通密度基本成正弦波的形式，而定子芯的厚度波动小，气隙均匀。不过，当定子主磁极的数目是6或9时，冲压硅钢板不能在角度位置改变90度的情况下进行堆积，因此变动扭矩大于在定子主磁极的数目为12时的变动扭矩，因为当绕组进行低阶励磁时，例如为三阶或四阶谐波时，振动扭矩将加在根据Fleming左手定律所产生的扭矩上，该Fleming左手定律也就是IBL定律(其中I是电流，B是磁通，而L是堆积的板的厚度)。

而且，在普通结构的步进电机中，当小转子齿的数目Nr变大时，转子的N极和S极的齿之间的齿相位(机械角度)为180/Nr，将变小。因此，即使当机械角度的误差(error)较小时，电角度的误差也较大。而且，当定子主磁极的数目是3或6时，冲压硅钢板不能在角度位置改变90度的情况下进行堆积，因此，由于磁路中的磁阻不平衡或由于气隙不均匀而产生的较低阶的谐波并不在相间消除。

因此，制成的步进电机在变动扭矩、振动或噪音上彼此不同。

发明内容

为了解决普通步进电机中的前述问题，本发明的一个目的是提供一种永磁型三相步进电机，该永磁型三相步进电机包括定子和布置成与定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有三个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件，永磁体保持在该转子元件之间，并磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子是柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成多个(Nr)N和S磁极对，其中定子极齿的节距小于小转子齿或转子磁极的节距，m是整数，并为(Nr±2^k)/3，Nr为3n±1，n为不小于1的整数，而k为不小于1且不大于4的整数。

本发明的另一目的是提供一种永磁型三相步进电机，该永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有三个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件，永磁体保持在该转子元件之间，并磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子具有柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距形成多个(Nr)N和S磁极对，其中定子极齿的节距的电角度为2π±α，α是小转子齿或转子磁极的节距和定子极齿的节距在电角度上的偏移，m是不小于4的偶数，各α₁和α₂是电角度，α₂≤α≤α₁，且α₁和α₂由公式1和公式2获得。

Σ_{k = 1}^{m / 2} \cos 2 (k - 1 / 2) α_{1} = 0 . . . (1)

Σ_{k = 1}^{m / 2} \cos 7 (k - 1 / 2) α_{2} = 0 . . . (2)

本发明的另一目的是提供一种永磁型三相步进电机，该永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有三个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件，永磁体保持在该转子元件之间，并磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子具有柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距形成多个(Nr)N和S磁极对，其中定子极齿的节距的电角度为2π±α，α是小转子齿或转子磁极的节距和定子极齿的节距在电角度上的偏移，m是不小于3的奇数，各α₁和α₂是电角度，α₂≤α≤α₁，且α₁和α₂由公式3和公式4获得。

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 2 k α_{1} = 0 . . . (3)

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 7 k α_{2} = 0 . . . (4)

本发明的还一目的是提供一种永磁型三相步进电机，该永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有3L个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子为柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成多个(Nr)N和S磁极对，其中满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中L是不小于1的整数，Nr是L(3n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿或转子磁极的宽度。

本发明的还一目的是提供一种永磁型三相步进电机，该永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有3K个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上移动1/2节距，或者所述转子为柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距形成多个(Nr)N和S磁极对，其中满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中K是不小于2的偶数，Nr是(K/2)×(6n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿或转子磁极的宽度。

三相励磁通过三相绕组进行，经过各三相绕组的电流可以控制，以便消除径向不平衡力。

转子由非磁性材料的托架保持，该托架有沿轴向向内延伸的部分，以便支承定子磁极的内周表面。

结合下面的说明和附图，可以更好地了解本发明的这些和其它方面和目的。不过，应当知道，下面的说明以及所述优选实施例都是举例说明，是非限定的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行多种改变和变化，本发明包括所有这些变化形式。

附图说明

图1A是本发明的永磁型三相步进电机的垂直正剖图。

图1B是图1A中所示的步进电机的垂直侧剖图。

图2A是本发明的永磁型三相步进电机的柱形磁转子的透视图。

图2B是图1B中所示的步进电机的混合型转子的透视图。

图3是说明定子齿和转子齿之间的关系的视图。

图4是说明定子齿和转子齿之间的关系的视图。

图5所示为用于驱动本发明的永磁型三相步进电机的三相绕组的星形连接的晶体管电路。

图6所示为用于驱动本发明的永磁型三相步进电机的三相绕组的三角形连接的晶体管电路。

图7所示为用于独立驱动本发明的永磁型三相步进电机的三相绕组的晶体管电路。

图8是说明由本发明的永磁型三相步进电机的三相绕组的励磁所产生的不平衡径向力的视图。

图9是说明在三相步进电机中所产生的变动扭矩的视图。

图10是说明在本发明的永磁型三相步进电机中的变动扭矩的曲线图。

具体实施方式

下面将参考附图介绍本发明的第一实施例。

在图1A和图1B中，参考标号1表示有三个主磁极的定子，2表示混合型的两个磁转子元件(HB)，这两个磁转子元件的磁齿的位置为彼此转向偏移1/2齿距，3表示绕组，各绕组环绕各定子主磁极，以便形成各相，4表示转子轴，5表示由两个磁转子元件2保持的永磁体，并磁化形成沿其轴向的N和S极，6和7表示非磁材料的托架，该非磁材料例如铝，该托架有沿轴向延伸的部分，以便支承定子1的内周表面，从而在定子1和转子2之间形成气隙。

在本发明的三相混合型步进电机中，定子极齿的节距小于小转子齿的节距，一个主磁极的定子极齿的数目m确定为(Nr±2^k)/3，Nr确定为(3n±1)，其中m为整数。Nr是小转子齿的数目，n是不小于1的整数，k是不小于1且不大于4的整数。

在该结构的步进电机中，扭矩基本可以与Nr或m成比例增加。换句话说，通过将数值m设置成最大值和使定子极齿的节距小于小转子齿的节距，可以增大扭矩，同时抑制振动和防止扭矩减小。

图1A和图1B表示了当n为17、Nr为50、k为1和m为16时的步进电机。本发明不仅能用于具有HB型转子的三相电机，而且能用于具有这样的转子的三相电机，在该转子中，N极和S极交替形成于柱形磁体9的外周表面上，磁极对数目为Nr，该转子与HB型定子相结合。图2A表示了柱形永磁体转子的外观，用于与图2B所示的HB型转子的外观进行比较。在图2A中，参考标号4表示转子轴，9表示柱形永磁体。

下面将介绍本发明的第二实施例。当在图1A中所示的定子极齿的节距设置成小于小转子齿的节距时，气隙中的谐波和由永磁体的磁通引起的变动扭矩都将减小。为了获得良好的效果，必须知道在永磁型三相步进电机由电流励磁时所产生的变动扭矩或扭矩中包含有何种谐波。不过，应当知道，三相步进电机的变动扭矩主要涉及六阶谐波，由电流产生的扭矩涉及奇阶谐波。

公式5表示了由三相步进电机中各相的永磁体所产生的磁通。

3P₀＞＞P_m

Φ_A＝(P_mF_m/3P₀)P_A

Φ_B＝(P_mF_m/3P₀)P_B

Φ_C＝(P_mF_m/3P₀)P_C ......(5)

公式6表示了三相步进电机中各相的磁导P_A、P_B、P_C、 P_A、 P_B、 P_C。

P_A＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ)}

P_B＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ+2π/3)}

P_C＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ+4π/3)}

P_A＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ+π)}

P_B＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ+2π/3+π)}

P_C＝P₀{1+∑k_ncosn(N_rθ+4π/3+π)} ......(6)

这里，Fm是磁体的磁通势，Pm是磁体的磁导，P₀是各相的磁导常数。相A的变动扭矩T_A可以由公式7计算。

T_A＝-(1/2)δ{Φ² _A/P_A}/δθ

＝(-N_rP² _mF² _m/18P₀)(k₁sinNrθ+2k₂sin2N_rθ+3k₃sin3N_rθ+...) ...(7)

类似的，也可以计算相B、相C、相 A、相 B、相 C的变动扭矩。通过在相A至相 C中添加从n＝1(基波)到n＝12(12阶谐波)而获得的变动扭距T可以由公式8表示。

T＝(-2NrP² _mF² _m/P₀)(k₆sin6Nrθ+2k₁₂sin12Nrθ+...) ...(8)

应当知道，主要消除6阶谐波将很有效，因为变动扭矩T由6阶和12阶谐波组成。因此，优选是将定子极齿的节距和小转子齿的节距之间的偏移角α确定成能够消除磁导的6阶项，该磁导的6阶项形成变动扭矩中的6阶谐波。

另一方面，相A的电流扭矩T_CA为EI/ωm，其中E是感应电动力，I是电流，而ωm是机械角速度。感应电动力E可以由公式9表示，而T_CA可以由公式10表示。

E＝dΦ/dt＝dQ(P_A- P_A)/dt ......(9)

T_CA＝(I/ωm)dQ(P_A- P_A)/dt ......(10)

(P_A- P_A)可以由公式6获得，可以发现，常数P₀和偶数阶谐波被消除，但是还留有奇数阶谐波。在奇数阶谐波中，3阶谐波最宽。因此，优选是将定子极齿的节距和小转子齿的节距之间的偏移角α确定成能消除磁导的3阶项，该磁导的3阶项形成电流扭矩中的3阶谐波。

下面将介绍消除气隙中的3阶和6阶谐波的方式。

图3表示了当定子极齿是偶数时，即为6时，一个主定子磁极与相应转子部分之间的关系。图4表示了当定子极齿是奇数时，即为5时，一个主定子磁极与相应转子部分之间的关系。在两种情况下，定子极齿的节距都相对于小转子齿的节距偏移α(电角度)。例如，图3中的磁导的基波P₁由公式11表示，而3阶磁导P₃由公式12表示。

P_{1} = \frac{2}{6} P_{0} (\cos \frac{α}{2} + \cos \frac{3 α}{2} + \cos \frac{5 α}{2}) . . . (11)

P_{3} = \frac{2}{6} P_{0} (\cos 3 \times \frac{α}{2} + \cos 3 \times \frac{3 α}{2} + \cos 3 \times \frac{5 α}{2}) . . . (12)

因此，通过在公式12中将P₃设为0并获得电角度α，就可以消除3阶谐波。类似的，当m为偶数时，通过建立公式13，可以消除f阶磁导。

Σ_{k = 1}^{m / 2} \cos f (k - 1 / 2) α = 0 . . . (13)

因此，为了消除3阶磁导，通过在公式13中将f设定为3，即可获得电角度α。而且，为了消除7阶磁导，建立公式14。

Σ_{k = 1}^{m / 2} \cos 7 (k - 1 / 2) α_{2} = 0 . . . (14)

如上所述，为了消除6阶谐波，α的范围定为α₂≤α≤α₁，其中，α₁是当f为5时的值，α₂是当f为7时的值。类似的，为了消除3阶谐波，α的范围定为α₂≤α≤α₁，其中，α₁是当f为2时的值，α₂是当f为4时的值。

当在普通表达式中m为奇数时，为了消除f阶磁导，可获得公式15中的电角度α。

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos f kα = 0 . . . (15)

为了消除7阶磁导，建立公式16。

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 7 k α_{2} = 0 . . . (16)

这时，电角度α₁和α₂选择为α₂≤α≤α₁。

通过如上述设定电角度α，可以减小有三个主定子磁极的电机的振动，在该电机中，冲压硅钢板不能在角度位置改变90度的情况下进行堆积。并不需要总是严格选择电角度α以消除3阶和6阶谐波。减小三相电机的3阶和6阶谐波也有效。当谐波阶数增加时，谐波的幅值将变小。因此，可以很容易地知道，为了减小振动，消除大幅值的低阶谐波例如3阶谐波将很有效。通常，通过研究在电机的感应电压中大幅值的谐波的阶次，可以选择电角度α。通常，α的优选值在能消除2阶至7阶谐波α值范围内进行选择。

为了实现三相步进电机的三端励磁，6个晶体管Tr1至Tr6桥形连接，并与如图5所示星形连接的三个定子绕组相连，或者与如图6所示三角形连接的三个定子绕组相连。当在如图1A和1B中所示有三个主定子磁极的步进电机中进行两相励磁时，仅有两个主定子磁极励磁，因此，施加在转子上的径向力不能抵消，该径向力总是施加在轴承等上，噪音将变大。例如，在如图5所示的星形连接中，通过将晶体管Tr1和Tr4或晶体管Tr5和Tr4同时转换到ON，就可以进行两相励磁。相反，当晶体管Tr1、Tr4和Tr6同时转换到ON时，就可以进行三相励磁，这样，径向的不平衡力能够减小至大约13％。在如图6所示的三角形连接中，通过同时将晶体管Tr1和Tr4转换到ON，就可以进行两相励磁。不过，当进行三相励磁时，没有空载绕组，因此可以增大扭矩。而且，当如图7所示将三相绕组分开并与晶体管相连时，需要两倍数目的晶体管。不过，该励磁方式的自由度显著增加，且即使在有三个主定子磁极的步进电机中，通过独立控制各相中的电流，也可以完全消除径向不平衡力。

对有三个主定子磁极的三相步进电机进行三端励磁将产生大约13％的不平衡力的理由将参考图8进行说明。当星形或三角形连接的三个绕组进行励磁时，当电流I经过第一相的一个主磁极绕组时，电流I/2将经过第二和第三相的各绕组。当第一相的定子极齿完全正对着相应的小转子齿时，第二相或第三相的定子极齿将相对于相应的小转子齿偏移30°(电角度)。因此，在图8中，当径向不平衡力F1为I时，F2＝F3＝(1/2)cos30°，因此F2+F3＝0.87I。也就是，将产生大约13％F1的径向不平衡力。不过，在图7所示的系统中，当在环绕定子极齿完全正对着相应小转子齿的定子磁极而缠绕的绕组中所经过的电流相对于正常值减小大约13％时，可以消除径向不平衡力。相反，也可以考虑增加经过其它绕组的电流。

除了有三个主定子磁极的三相电机，在实际的电机中，三相电机还可以有3的倍数的主定子磁极，例如6、9或12。下面将介绍在这样的情况下，当绕组没有励磁时减小振动和使仅由转子的永磁体所产生的变动扭矩减至最小的其它方法。变动扭矩由场的谐波分量产生，该谐波分量受到定子齿宽和转子齿宽的很大影响。由实验和磁场分析可知，改变变动扭矩的因素是由定子齿宽和转子齿宽之和改变的。图9表示了彼此相对的定子极齿宽度Ws和小转子齿宽度Wr之间的关系。在图9中，Dr是转子的外径，Ds是定子的内径。转子和定子之间的气隙的中心的直径为(Ds+Dr)/2。图10表示了(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)的比例h和变动扭矩Tc之间的关系，其中，当h为0.4时，变动扭矩Tc为最小值1。而且，由图10可知，当比例h在0.3和0.5之间选择或为0.4的±25％时，变动扭矩将大幅度减小。

在有3L或3K个主定子磁极的永磁型三相步进电机中，将h选择为0.3≤h≤0.5是一个有效方法。

根据本发明，永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有3L个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子为柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成多个(Nr)N和S磁极对，其中满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中L是不小于1的整数，Nr是L(3n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿或转子磁极的宽度。

而且，根据本发明，永磁型三相步进电机包括定子和布置成与该定子同心的转子，在该定子和转子之间有气隙，所述定子有3K个定子磁极，各三相定子绕组环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有多个(Nr)小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，或者所述转子为柱形永磁体，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距形成多个(Nr)N和S磁极对，其中满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中K是不小于2的偶数，Nr是K/2(6n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿或转子磁极的宽度。

在上述方法所适合的电机中，L为2、n为8、主定子磁极的数目为6、Nr为50且步进角度为1.2°；或者L为4、n为8、主定子磁极的数目为12、Nr为100且步进角度为0.6°；或者K为4、n为4、主定子磁极的数目为12、Nr为50且步进角度为1.2°。小转子齿的数目Nr可以通过公式17和公式18获得，其中n是自然数。

60°/Nr＝-/+{360°/3L-360°(n±1/2)/Nr} ......(17)

60°/Nr＝-/+{360°/3K-360°n/Nr} ......(18)

公式17的左侧和右侧分别表示了三相电机的步进角(机械角度)，因此，可以获得等式Nr＝L(3n±1)。

类似的，由公式18可以获得等式Nr＝K/2(6n±1)。

根据本发明，可以以低成本制造结构简单、振动小、径向不平衡力小的永磁型三相步进电机。

尽管本发明通过参考优选实施例而特别表示和说明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离由附加的权利要求所确定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行多种变化。

Claims

1.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有三个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子(2)有两个分开的转子元件，永磁体(5)保持在该转子元件之间，并磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有Nr个小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，

其中，定子极齿的节距小于小转子齿的节距，m是整数，并为(Nr±2^k)/3，Nr为3n±1，n为不小于1的整数，而k为不小于1且不大于4的整数。

2.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有三个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子(2)是柱形永磁体(9)，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成Nr对N和S磁极，

其中，定子极齿的节距小于转子磁极的节距，m是整数，并为(Nr±2^k)/3，Nr为3n±1，n为不小于1的整数，而k为不小于1且不大于4的整数。

3.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有三个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子(2)有两个分开的转子元件，永磁体(5)保持在该转子元件之间，并磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有Nr个小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，

其中，定子极齿的节距的电角度为2π±α，α是小转子齿的节距和定子极齿的节距在电角度上的偏移，m是不小于3的奇数，各α₁和α₂是电角度，α₂≤α≤α₁，且α₁和α₂由公式3和公式4获得，

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 2 k α_{1} = 0 . . . (3)

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 7 k α_{2} = 0 . . . (4) .

4.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有三个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有m个定子极齿，所述转子(2)是柱形永磁体(9)，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成Nr对N和S磁极，

其中，定子极齿的节距的电角度为2π±α，α是转子磁极的节距和定子极齿的节距在电角度上的偏移，m是不小于3的奇数，各α₁和α₂是电角度，α₂≤α≤α₁，且α₁和α₂由公式3和公式4获得，

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 2 k α_{1} = 0 . . . (3)

1 + Σ_{k = 1}^{(m - 1) / 2} \cos 7 k α_{2} = 0 . . . (4)

5.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与该定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有3L个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子(2)有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体(5)，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有Nr个小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，

其中，满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中L是不小于1的整数，Nr是L(3n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿的宽度。

6.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与该定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有3L个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子(2)为柱形永磁体(9)，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成Nr对N和S磁极，

其中，满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中L是不小于1的整数，Nr是L(3n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子磁极的宽度。

7.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与该定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有3K个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子(2)有两个分开的转子元件和保持在该转子元件之间的永磁体(5)，该永磁体磁化形成沿其轴向的N和S极，在各所述转子元件的外周表面上等节距形成有Nr个小转子齿，所述两个分开的转子元件的小转子齿彼此在周向上错开1/2节距，

其中，满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中K是不小于2的偶数，Nr是(K/2)×(6n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子齿的宽度。

8.一种永磁型三相步进电机，包括定子(1)和布置成与该定子同心的转子(2)，在该定子和转子之间有气隙，所述定子(1)有3K个定子磁极，各三相定子绕组(3)环绕各定子磁极，各所述定子磁极有多个定子极齿，所述转子(2)为柱形永磁体(9)，该柱形永磁体磁化成在其周向上等节距交替形成Nr对N和S磁极，

其中，满足条件0.3≤{(Nr/π)(Ws+Wr)/(Ds+Dr)}≤0.5，其中K是不小于2的偶数，Nr是(K/2)×(6n±1)，n是不小于1的整数，Ds是定子的内径，Dr是转子的外径，Ws是定子极齿的宽度，而Wr是转子磁极的宽度。