CN100376074C - 永久磁铁型步进电机 - Google Patents

Abstract

提供旋转角度精度和静止角度精度高的永久磁铁型步进电机。爪极形轭铁单元111的轭铁113、117，有n个极齿。轭铁113，在360°/m(m是除了1和n之外的n的约数)的角度范围θ内分别有n/m个极齿115。处在各角度范围θ内的n/m个极齿115间的节距a，取为(90°/n)[4-m/(n-m)]＜a＜(360°/n)的范围内的值。位于邻接的两个角度范围的边界B的两侧的两个极齿间的节距b，取为(360°/n)＜b＜(450°/n)的范围内的值。把轭铁117的极齿119配置在轭铁113的极齿115之间。

Description

永久磁铁型步进电机

技术领域

本发明涉及永久磁铁型步进电机。

背景技术

图8是把典型的现有技术的二相永久磁铁型步进电机的定子剖开并展开的图，图9是表示现有技术的定子的极齿与转子的磁极的关系的图。在图8中，1是固定在旋转轴3上的备有固定在圆柱形轴套5上的圆筒形的永久磁铁元件7的转子。旋转轴3，由未画出的两个轴承来支承。此外永久磁铁元件7，圆筒状地构成，使得n个(n为大于4的正整数)N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现。固定在未画出的壳体上并配置在转子1的外周侧的定子9，备有第1和第2爪极(claw pole)形轭铁单元11和25。第1和第2爪极形轭铁单元11和25，沿着旋转轴3的轴线方向并列地配置。第1和第2爪极形轭铁单元11和25，沿着周向错开永久磁铁元件7的磁极节距P的1/4节距而配置。第1爪极形轭铁单元11，备有分别备有与永久磁铁元件7沿着径向留出规定的间隔地对峙而且沿着周向以规定的节距P并列的n个极齿15...和19...的第1和第2轭铁13和17，以及把第1轭铁13的n个极齿15...和第2轭铁17的n个极齿19...分别励磁成不同的极性的励磁线圈21。励磁线圈21绕装在线圈架23上。第2爪极形轭铁单元25也是，备有分别备有与永久磁铁元件7沿着径向留出规定的间隔地对着而且沿着周向以规定的节距P并列的n个极齿29...和33...的第1和第2轭铁27和31，以及把第1轭铁27的n个极齿29...和第2轭铁31的n个极齿33...分别励磁成不同的极性的励磁线圈35。励磁线圈35也是，绕装在线圈架37上。如图9中所示，在典型的现有技术的永久磁铁型步进电机中，两个极齿15间的节距P，两个极齿17间的节距P，两个极齿29间的节距P，两个极齿33间的节距P以及永久磁铁元件7的两个磁极间的节距P，全都是同一节距(角度)。

这种构成的永久磁铁型步进电机，与混合型的步进电机相比旋转角度精度和静止角度精度要差些。因此历来，提出了许多解决这些问题用的技术(例如，参照日本专利申请公开特开平7-245929号公报、特开平7-245930号公报及特开平10-127024号公报)。历来所提出的技术，或是改变极齿的形状，使一方的轭铁相对于另一方的轭铁沿着周向错开规定节距等，或是减小起动转矩，降低或去除包含感应电动势波形在内的特定的高次谐波分量，借此来解决上述问题。再者在现有技术中，把爪极形轭铁单元的各轭铁的极齿间的节距取为一定的。

历来，本行业的人员是在把爪极形轭铁单元的各轭铁的极齿间的节距取为一定这一条件下，解决上述问题的。可是，在此一条件下即使作出种种努力，提高旋转角度精度和静止角度精度还是有限的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种旋转角度精度和静止角度精度比现有技术要高的永久磁铁型步进电机。

根据本发明的第一方面，提供了一种永久磁铁型步进电机，包括转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，不分别是360°/n的一定节距，而是大于270°/n小于450°/n的两种以上不同值的节距，前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，定为使前述第1轭铁的前述n个极齿与前述第2轭铁的前述n个极齿成为非接触的啮合状态。

根据本发明的第二方面，提供了一种永久磁铁型步进电机，包括转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，其中，m是除了1和n之外的n的约数，处在一个前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a，为(90°/n)[4-m/(n-m)]<a<(360°/n)的范围内的值，位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b，为(360°/n)<b<(450°/n)的范围内的值。

根据本发明的第三方面，提供了一种永久磁铁型步进电机，包括转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，其中，m是除了1和n之外的n的约数，处在一个前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a，为(90°/n)[4+m/(n-m)]>a>(360°/n)的范围内的值，位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b，为(360°/n)>b>(270°/n)的范围内的值。

本发明作为改进的对象的永久磁铁型步进电机的转子，具有这样的结构，即是由圆筒状地构成，使得n个(n为大于4的正整数)N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成的。此外，定子具有这样的结构，即由两个以上的爪极形轭铁单元沿着旋转轴的轴线方向并列地配置而构成，上述爪极形轭铁单元包括分别备有与永久磁铁元件沿着旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿着周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把第1轭铁的n个极齿和第2轭铁的n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，第1和第2轭铁组合起来使得第1轭铁的n个极齿和第2轭铁的n个极齿以非接触的啮合状态(以非接触状态相互错开地)来配置。

在本发明中，爪极形轭铁单元的第1轭铁的n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，分别不是取为360°/n的一定节距，而是取为大于270°/n小于450°/n的两种以上不同值的节距。当然，n个极齿的邻接的两个极齿间的n个节距的合计值为360°。本发明的根基在于，舍弃把爪极形轭铁单元的轭铁的极齿间的节距取为一定这一常识，使至少一方的第1轭铁的多个极齿的极齿间的节距在上述角度条件的范围内不同。像现有技术那样在把爪极形轭铁单元的各轭铁的极齿间的节距取为一定的场合，从原理上来看，在各节距间部分地产生的静止转矩的相位(按电气角呈现的相位)是一致的。历来，通过改变极齿的形状等，来改变此一部分静止转矩的特性形状，使多个部分静止转矩合成而得到的合成静止转矩接近于正弦波。与此相对照在本发明中，通过至少把第1轭铁的极齿间的节距不取为一定，使各部分静止转矩的相位错开，来使合成静止转矩的特性接近于正弦波。基本上，如果是可以使合成静止转矩的特性比把各极齿的形状取为一定而不改变轭铁的极齿间的节距的场合更接近正弦波(换句话说可以减小起动转矩或者可以提高旋转角度精度和静止角度精度)，则使n个节距按什么样的节距模式而不同都可以。目前，虽然还不知道取为什么样的节距模式才能得到最佳的结果，但是知道通过使节距在上述条件的范围内不同，可以降低或去除特定的高次谐波分量，使特性比现有技术有所改善。像本发明这样，即使在把n个极齿间的节距不取为一定的场合，只要定子的磁性平衡不被极端地打破或者只要保持一定程度的磁性平衡，就可以采用种种的节距模式。

再者爪极形轭铁单元的第2轭铁的n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，可以定为使第1轭铁的n个极齿与第2轭铁的n个极齿成为非接触的啮合状态。例如也可以与现有技术同样是一定节距。可是在第2轭铁中也是，与第1轭铁中的节距模式同样地，如果不把节距取为一定，而是使在各节距间产生的部分静止转矩的相位错开，则可以得到与把节距取为一定的场合相比更好的结果。

就目前知道的使第1轭铁的n个极齿的n个节距不同的方案(节距模式)的好的例子进行说明。首先在第1种节距模式中，爪极形轭铁单元的第1轭铁，在360°/m(m是除了1和n之外的n的约数)的一定角度范围(机械角)内分别有n/m个极齿。而且在第1种节距模式中，使处在各角度范围内的n/m个极齿间的节距与位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距不同，以便减小起动转矩而提高旋转角度精度和静止角度精度。在采用此一第1种节距模式的场合，为了容易地进行设计和制造，可以把处在各角度范围内的n/m个极齿间的节距(a)分别取为一定，也可以把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距(b)分别取为一定。

在第1种节距模式中，改变第1轭铁的极齿间的节距时的具体的极齿配置方式中有两种方式。首先在第1种配置方式(短节距配置方式)中，把处在各角度范围内的n/m个极齿间的节距a，取为(90°/n)[4-m/(n-m)]<a<(360°/n)的范围内的值，把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距b，取为(360°/n)<b<(450°/n)的范围内的值。在此一配置方式中，节距a变成比现有技术的节距(360°/n)要小，节距b变成比现有技术的节距(360°/n)要大。

此外在第2种配置方式(长节距配置方式)中，把处在一个角度范围内的n/m个极齿间的节距a取为(90°/n)[4+m/(n-m)]>a>(360°/n)的范围内的值，把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距b取为(360°/n)>b>(270°/n)的范围内的值。在此一配置方式中，节距a变成比现有技术的节距(360°/n)要大，节距b变成比现有技术的节距(360°/n)要小。

第1和第2种配置方式中的任何一种，在电气角为90°的范围内，在各节距中产生的各部分静止转矩的相位依次向-侧或+侧错开。由此起动转矩或高次谐波分量减小，旋转角度精度和静止角度精度提高。

再者只要各角度范围中的磁性中心不改变，也可以在一个角度范围中使节距a在上述条件的范围内不同，此外也可以使m个节距b在上述条件的范围内不同。可是如果考虑设计的容易性，节距a和节距b最好是一定的，在此一场合成为把a和b的值定成使得(n-m)×a+m×b＝360°。这样一来不仅设计变得容易，而且旋转角度精度和静止角度精度进一步提高。

在第1种节距模式中在确定第1轭铁的节距时，爪极形轭铁单元的第2轭铁的n个极齿，可以按与第1轭铁的n个极齿非接触的啮合状态来配置。也可以例如把第1轭铁和第2轭铁取为同一形状，把同一形状的第1轭铁和第2轭铁组合起来。如果是上述具体例子的场合，则第2轭铁也是，取为在360°/m(m是除了1和n之外的n的约数)的角度范围内分别有n/m个极齿的结构。而且使处在各角度范围内的n/m个极齿间的节距与位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距不同。此外把处在角度范围内的n/m个极齿间的节距(a)分别取为一定，把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距(b)分别取为一定。再者在此一场合，最好是把第1和第2轭铁组合起来，以便处在第2轭铁的角度范围内的n/m个极齿的中心，位于处在第1轭铁的角度范围内的n/m个极齿间的中心位置。

可是为了使磁性平衡更好，最好是第2轭铁的n个极齿间的节距，定为使第2轭铁的对应的一个极齿的中心位于第1轭铁的n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。在前述节距a和节距b分别为一定，且符合上述条件的场合，如果m为除了n/2以外的值，则爪极形轭铁单元的第2轭铁的n个极齿间的节距，可以定为使中心位于前述边界的极齿与邻接于该极齿的两个极齿之间的节距实质上成为(a+b)/2，其他邻接的两个极齿间的节距实质上成为a。此外在m为n/2的值时，爪极形轭铁单元的第2轭铁的n个极齿间的节距，可以定为实质上全都成为(a+b)/2。

在第1轭铁的n个极齿的节距的确定方法的第2种节距模式中，合计值为360°的多个角度范围(除了所有角度范围的角度全都相同的场合之外)内分别有两个以上的极齿。而且多个角度范围，分别有360°/n的角度的M倍[M是从大于2小于(n-2)的正整数中选出的数]的角度，而且M个极齿处在该角度范围内。有时多个角度范围的角度全都不同(各角度范围的所选择的M的值不同的情况)，而有时两个以上的角度范围具有相同的角度(两个以上的角度范围的所选择的M的值相同时)。在这样的的场合，使处在多个角度范围内的两个以上的极齿间的节距与位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距不同。在此一场合，可以把处在一个角度范围内的两个以上的极齿间的节距(a1～a3)分别取为一定，也可以把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距(b)分别取为一定。再者在采用这样的第2种节距模式的场合也是，第2轭铁的n个极齿间的节距，最好是定为使第2轭铁的对应的一个极齿的中心位于第1轭铁的n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。

如果采用本发明，则由于通过至少改变第1轭铁的极齿间的节距，使各节距间处产生的部分静止转矩的相位错开使合成静止转矩的特性接近于正弦波，所以可以使合成静止转矩的特性比现有技术更接近于正弦波，可以得到旋转角度精度和静止角度精度比现有技术要高的永久磁铁型步进电机。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例中所用的两个爪极形轭铁单元的极齿，与转子侧的永久磁铁元件的磁极的关系的概略展开图。

图2是在整个360°上示出图1的实施例的分别设在一个爪极形轭铁单元的第1和第2轭铁上的极齿的配置位置的图。

图3是表示本发明的另一个实施例的两个爪极形轭铁单元的极齿与转子侧的永久磁铁元件的磁极的关系的概略展开图。

图4是表示本发明的又一个实施例的两个爪极形轭铁单元的极齿与转子侧的永久磁铁元件的磁极的关系的概略展开图。

图5是用来比较本发明的实施例与现有技术例的静止角度误差的图。

图6是在整个360°上示出在把第1轭铁和第2轭铁取为同一形状时的本发明的另一实施例的分别设在一个爪极形轭铁单元的第1和第2轭铁上的极齿的配置位置的图。

图7是在整个360°上示出本发明的另一实施例的分别设在一个爪极形轭铁单元的第1和第2轭铁上的极齿的配置位置的图。

图8是把现有技术的二相永久磁铁型步进电机的定子剖开并展开的图。

图9是表示现有技术的定子的极齿与转子的磁极的关系的图。

图10是表示现有技术的步进电机的爪极形轭铁单元的极齿之一例的图。

下面参照附图详细说明本发明的实施例。图1是表示把本发明运用于图8中所示的二相永久磁铁型步进电机时的两个爪极形轭铁单元111和125的极齿115、119、129及133，与转子侧的永久磁铁元件107的磁极的关系的概略展开图。此外图2是在整个360°上简略地示出分别设在一个爪极形轭铁单元111的第1和第2轭铁113及117上的极齿115、119的配置位置的图。

此一实施例的步进电机，除了爪极形轭铁单元111和125的极齿115、119、129及133的节距不同这一点之外，是与图8中所示的现有技术的永久磁铁型步进电机相同的。在此一实施例中，永久磁铁元件107有48个磁极，爪极形轭铁单元111的第1和第2轭铁113及117分别有24(＝n)个极齿。24的约数，为1、2、3、4、6、8、12、24。在此一永久磁铁型步进电机中，分散配置第1轭铁113的极齿115...，以便在用除了1和24的约数m(＝2，3，4，6，8，12)来分割机械角360°的角度范围θ(＝360°/m)内存在着n/m个极齿115。而且在此一例子中，采用第1种配置方式也就是短节距配置方式。在短节距配置方式中，把处在各角度范围θ内的n/m个邻接的两个极齿115...间的节距a取为下述式(1)的范围内的值。

(90°/n)[ 4-m/(n-m)]<a<(360°/n)...(1)

此外把位于邻接的两个角度范围的边界B的两侧的两个极齿间的节距b取为下述式(2)的范围内的值。

(360°/n)<b<(450°/n)  ...(2)

式(1)，是满足处在一个角度范围θ内的n/m个极齿的各节距a与相等配置中的极齿的一个节距(360°/n)之差的合计，落入相等配置中的极齿的一个节距(360°/n)的1/4节距(电气角为90度)的范围内这一条件的公式。式(2)，是在式(1)中确定节距a时能得到的节距b的范围。此一范围，如果节距a和节距b分别取为一定，则可以以(n-m)×a+m×b＝360°成立为前提来确定。满足这些公式的节距a和b成为大于270°/n小于450°/n的两种不同值的节距。

在此一例子中，为了得到更好的结果，第2轭铁117的n个极齿119...间的节距，定为使第2轭铁117的对应的一个极齿119的中心位于第1轭铁113的n个极齿115...的邻接的两个极齿间的中心位置。具体地说，如果m为n/2以外的值，则第2轭铁117的n个极齿119间的节距，定为使其中心位于边界B的极齿119与邻接于该极齿的两个极齿119之间的节距c实质上成为c＝(a+b)/2，其他邻接的两个极齿间的节距实质上成为a。此外在m为n/2的值时，第2轭铁117的n个极齿间的节距，定为实质上全都成为(a+b)/2。

结果，在图1和图2的配置方式中，节距a成为大于270°/n小于360°/n的值，节距b成为大于360°/n小于450°/n。在图1中，在上述条件下，选择m＝6。因而第1轭铁113，有6个角度范围θ(＝60°)，在各角度范围θ内分别备有4个极齿115...。一个角度范围θ内的邻接的两个极齿115间的节距a，如果把n＝24，m＝6代入上述式(1)和式(2)求出a、b、c的范围，则如下。

13.75°<a<15°

15°<b<18.75°

15°<c<16.25°

在选择m＝6的场合，实际制造电机时选择的，a、b、c的值之一例，为a＝14°，b＝18°，c＝16°。

在n＝24下选择m＝12的场合，因为在第1轭铁113中极齿的节距a和节距b交替地出现，故在第2轭铁117中，极齿的节距仅为节距c，结果成为相等配置。在此一场合也可以得到本发明的效果。

图3是表示在二相永久磁铁型步进电机中令n＝25，m＝5时的，两个爪极形轭铁单元211和225的极齿215、219、229及233，与转子侧的永久磁铁元件207的磁极的关系的概略展开图。在此一场合也是，前述节距a、节距b和节距c的关系成立。此时的a、b、c的范围如下。

13.5°<a<14.4°

14.4°<b<18°

14.4°<c<15.75°

于是在此一场合，在实际制造电机时设计容易进行的，a、b、c的值之一例为a＝13.68°，b＝17.28°，c＝15.48°。

虽然上述例子，都是按短节距配置方式来配置极齿，但是即使在节距a大于相等配置的节距(360°/n)的场合(长节距配置方式)，也可以运用本发明。在长节距配置方式中，处在一个角度范围内的n/m个极齿间的节距a，为下述式(3)的范围内的值，

(90°/n)[ 4+m/(n-m)]<a<(360°/n)...(3)

此外位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距b，为下述式(4)的范围内的值。

(360°/n)>b>(270°/n)    ...(4)

在此一配置方式中，节距a成为大于现有技术的节距(360°/n)，节距b成为小于现有技术的节距(360°/n)。

式(3)，是满足处在一个角度范围θ内的n/m个极齿的各节距a与相等配置中的极齿的一个节距(360°/n)之差的合计，落入相等配置中的极齿的一个节距(360°/n)的1/4节距(电气角为90度)的范围内这一条件的公式。式(4)，是在式(3)中确定节距a时能得到的节距b的范围。此一范围，如果设节距a和节距b分别取为一定，则可以以(n-m)×a+m×b＝360°成立为前提来确定。

图4是表示在二相永久磁铁型步进电机中令n＝24，m＝6，采用长节距配置方式时的，两个爪极形轭铁单元311和325的极齿315、319、329及333，与转子侧的永久磁铁元件307的磁极的关系的概略展开图。在此一场合也是，前述式(3)和式(4)的节距a、节距b和节距c的关系成立。此时的a、b、c的范围如下。

16.25°>a>15°

15°>b>11.25°

15°>c>13.75°

于是在此一场合，在实际制造电机时设计容易进行的，a、b、c的值之一例为a＝16°，b＝12°，c＝14°。

图5是用来比较图1的实施例的步进电机的静止角度误差(X)，图8和图9中所示的现有技术的步进电机(取为n＝24者)的静止角度误差(Y)，以及如图10中所示把极齿15’、19’的节距取为一定，减小一方轭铁的极齿15’的宽度尺寸的现有技术的步进电机(参照日本专利申请公开特开平10-127024号公报的图3)的静止角度误差(Z)而表示的图。从图5可以看出，如果用本发明的步进电机，则与现有技术的步进电机(Y，Z)相比静止角度误差相当地减小。也就是说在本发明的实施例中，静止角度误差成为几乎±1.5％以下。

在上述各例子中，因为第1轭铁的形状与第2轭铁的形状不同，故有必要做出两种轭铁。图6是表示在把第1轭铁413和第2轭铁417取为同一形状的场合的本发明的一个实施例的一个爪极形轭铁单元411的极齿的配置方式(节距模式)的图。在此一实施例中，第1和第2轭铁413和417，分别有24个极齿415、419。而且在4个90°的角度范围(m＝4)内，分别配置着6个极齿。在此一例子中，与图1的例子同样，处在一个角度范围内的6个极齿415...的邻接的两个极齿间的节距a一定，此外位于邻接的两个角度范围的边界两侧的两个极齿间的节距b一定，是成为a<b的关系的短节距配置方式。而且在此一例子中，第1和第2轭铁413和417被组合成，使第2轭铁417的处在一个角度范围内的6个极齿419...的中心，位于第1轭铁413的处在对应的一个角度范围内的6个极齿415...的中心位置。再者在图6中I是第1轭铁413的磁性中心，II是第2轭铁417的磁性中心，III是第1和第2轭铁的合成磁性中心。即使是这样的配置构成，也可以比现有技术改善静止转矩特性。

上述各实施例，都是用于把第1轭铁的多个极齿分组的场合的多个角度范围，按全都成为同一角度的节距模式来确定各极齿间的节距的。图7的实施例，是在用于把第1轭铁513的多个极齿515...分组的场合的多个角度范围θ1～θ3全都不同时的节距模式下，按短节距配置方式来确定各极齿515...间的节距的例子。在此一例子中，极齿515...的数目为12(也就是n＝12)。而且在此一例子中，合计值为360°的多个角度范围(具体地说3个角度范围θ1～θ3)，不是同一的而是不同的。而且在各角度范围中，分别含有两个以上的极齿。这3个角度范围θ1～θ3，分别有360°/n的角度的M倍[M是从大于2小于(n-2)的正整数中选出的数]的角度。而且在各角度范围内有M个极齿存在着。具体地说，角度范围θ1，为360°/12的3倍的角度也就是90°，在此一角度范围θ1内有3个极齿515...。3个极齿间的节距 a1一定，因为此一节距a1是短节距，所以从 26.25°<a1<30°的范围来选择。此外角度范围θ2，为360°/12的4倍的角度也就是120°，在此一角度范围θ2内有4个极齿515...。4个极齿515...间的节距 a2一定，因为此一节距a2是短节距，所以从27.25°<a2<30°的范围来选择。角度范围θ3，为360°/12的5倍的角度也就是150°，在此一角度范围θ3内有5个极齿515...。5个极齿间的节距a3一定，因为此一节距a3是短节距，所以从28.125°<a3<30°的范围来选择。而且在此一例子中，与图1的例子同样，位于邻接的两个角度范围的边界B的两侧的两个极齿515、515间的节距b分别一定。此一节距b，从30°<b<37.5°的范围来选择。

与此相对照，在第2轭铁517中，把12个极齿519...间的节距定为，使第2轭铁517的对应的一个极齿519的中心，位于第1轭铁的12个极齿515...的邻接的两个极齿间的中心位置。如果这样配置，则第2轭铁517的12个极齿519...的邻接的极齿间的节距，如图所示成为包含a1、a2、a3、c1、c2、c3这6种节距。a1、a2、a3的值如前所述，c1为30°<c1<31.875°，c2为30°<c2<32.5°，c3为30°<c3<32.8125°。在此一实施例中，容易进行设计的节距之一例为，a1＝27°，a2＝28°，a3＝28.5°，b＝36°，c1＝31.5°，c2＝32°，c3＝32.5°。

在图7的例子中，多个角度范围的角度θ1～θ3全都不同。可是如果是角度范围为3个以上的场合，则也可以两个以上的角度范围有同一角度。此外虽然在图7的例子中，把处在一个角度范围内的两个以上的极齿间的节距(a1～a3)分别取为一定，此外把位于邻接的两个角度范围的边界的两侧的两个极齿间的节距b分别取为一定，但是当然也可以使这些节距在前述的条件的范围内有所不同。

虽然上述例子，是把本发明运用于二相永久磁铁型步进电机的例子，但是本发明当然也可以运用于使3个、4个...Q个爪极形轭铁单元与沿着旋转轴的轴线方向并列的Q相永久磁铁型步进电机。在Q相永久磁铁型步进电机中，Q个爪极形轭铁单元按前述磁极的节距的1/(2Q)节距沿着周向错开配置。

Claims (19)

1.一种永久磁铁型步进电机，包括

转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及

两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；

其特征在于，

前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，不分别是360°/n的一定节距，而是大于270°/n小于450°/n的两种以上不同值的节距，

前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的节距，定为使前述第1轭铁的前述n个极齿与前述第2轭铁的前述n个极齿成为非接触的啮合状态。

2.权利要求1中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，

前述第1轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，其中，m是除了1和n之外的n的约数，

处在前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距与位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距是不同的。

3.权利要求2中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

处在前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a分别是一定的，

位于前述邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b分别是一定的。

4.权利要求1或3中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述第2轭铁的对应的一个前述极齿的中心位于前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。

5.权利要求3中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

前述第2轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，m是除了1和n之外的n的约数，

处在前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距与位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距是不同的，

处在前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a分别是一定的，

位于前述邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b分别是一定的。

6.权利要求5中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，处在前述第2轭铁的前述角度范围内的n/m个前述极齿的中心，位于处在前述第1轭铁的前述角度范围内的n/m个前述极齿间的中心位置。

7.权利要求1中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，

前述第1轭铁，除了所有的角度范围的角度全都相等的情况之外，在合计值为360°的多个角度范围内分别有两个以上的极齿，

前述多个角度范围，分别有360°/n的角度的M倍的角度，而且M个前述极齿处在各角度范围内，其中，M是从大于2小于n-2的正整数中选出的数，

处在前述多个角度范围内的两个以上的前述极齿间的节距与位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距是不同的。

8.权利要求7中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

处在一个前述角度范围内的两个以上的前述极齿间的节距a1～a3分别是一定的，

位于前述邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b分别是一定的。

9.权利要求7或8中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述第2轭铁的对应的一个前述极齿的中心位于前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。

10.一种永久磁铁型步进电机，包括

转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及

两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；

其特征在于，

前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，其中，m是除了1和n之外的n的约数，

处在一个前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a，为(90°/n)[4-m/(n-m)]＜a＜(360°/n)的范围内的值，

位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b，为(360°/n)＜b＜(450°/n)的范围内的值。

11.权利要求10中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述节距a和前述节距b分别是一定的，a和b的值定成使得(n-m)×a+m×b＝360°。

12.权利要求11中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述第2轭铁的对应的一个前述极齿的中心位于前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。

13.权利要求10中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

前述m为除了n/2以外的值，

前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述中心位于前述边界的前述极齿与邻接于该极齿的两个前述极齿之间的节距实质上成为(a+b)/2，其他邻接的两个前述极齿间的节距实质上成为a。

14.权利要求10中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

前述m为n/2的值，

前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为实质上成为(a+b)/2。

15.一种永久磁铁型步进电机，包括

转子，其由圆筒状地构成，使得n个N极的磁极和n个S极的磁极沿旋转轴的周向以等节距交替地出现的永久磁铁元件固定于前述旋转轴而构成，其中，n为大于4的正整数；以及

两个以上的爪极形轭铁单元沿着前述旋转轴的轴线方向并列地配置而成的定子，所述爪极形轭铁单元包括分别备有与前述永久磁铁元件沿着前述旋转轴的径向留出规定的间隔地对峙，而且沿前述周向以规定的节距并列的n个极齿的第1和第2轭铁以及把前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿分别励磁成不同的极性的励磁线圈，前述第1和第2轭铁组合起来使得前述第1轭铁的前述n个极齿和前述第2轭铁的前述n个极齿以非接触的啮合状态来配置；

其特征在于，

前述爪极形轭铁单元的前述第1轭铁，在360°/m的角度范围内分别有n/m个前述极齿，其中，m是除了1和n之外的n的约数，

处在一个前述角度范围内的n/m个前述极齿间的节距a，为(90°/n)[4+m/(n-m)]＞a＞(360°/n)的范围内的值，

位于邻接的两个前述角度范围的边界的两侧的两个前述极齿间的节距b，为(360°/n)＞b＞(270°/n)的范围内的值。

16.权利要求15中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述节距a和前述节距b为一定的，a和b的值定成使得(n-m)×a+m×b＝360°。

17.权利要求16中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于，前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述第2轭铁的对应的一个前述极齿的中心位于前述第1轭铁的前述n个极齿的邻接的两个极齿间的中心位置。

18.权利要求15中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

前述m为除了n/2以外的值，

前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为使前述中心位于前述边界的前述极齿与邻接于该极齿的两个前述极齿之间的节距实质上成为(a+b)/2，其他邻接的两个前述极齿间的节距实质上成为a。

19.权利要求15中所述的永久磁铁型步进电机，其特征在于

前述m为n/2的值，

前述爪极形轭铁单元的前述第2轭铁的前述n个极齿间的节距，定为实质上成为(a+b)/2。

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