CN101752980A - 永磁铁式旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁铁式旋转电机，包括定子和通过空气与定子相对的转子。所述定子包括具有4m个(m为等于或大于2的整数)主磁极的定子铁心，每个主磁极在其尖端有感应齿。所述转子包括两个彼此轴向邻近的单元转子。每个单元转子包括一对转子磁极和设置于其间的永磁铁。转子的永磁铁彼此反向轴向磁化。每个转子磁极在其外部边缘有均等齿距设置的磁齿。每个单元转子的转子磁极以这样的方式设置：一个转子磁片的磁齿从其他转子磁极的磁齿偏移半个齿距；且相邻转子磁极的磁齿轴向相互对齐。为了使定子和转子之间的磁导的第四谐波分量为0，每个定子主磁极的感应齿的齿距不同于转子磁极的磁齿。

Description

永磁铁式旋转电机

技术领域

本发明涉及一种永磁铁式旋转电机例如步进电机，该电机包括具有作为绕组铁心的4m个主磁极的定子，和两个与定子同心设置、并靠近定子的混合式永磁铁转子。

背景技术

应用于办公设备中旋转电机例如步进电机要求在紧凑尺寸内提供低振的高转矩。

在混合式步进电机(下文中，称为“HB型”)中，可以通过增加由多个轴向层压的层板组成的定子的轴向厚度来获得高转矩。然而，电机直径是预先确定的，且磁通量穿过的电机的永磁铁的表面积也是确定的。因此，磁通量不会简单地因磁铁厚度的增加而增加。因为这个原因，有必要使用多个磁铁，这造成包括多个轴向设置的HB转子的结构。

更具体地，两个或更多个单元转子以轴向设置。每个单元转子包括一对磁转子片，在磁转子片之间设置有永磁铁。每个磁转子片包括多个外部边缘有均等齿距设置的磁齿。每个单元转子的转子片设置为：一个转子片的磁齿与另一个转子片的磁齿偏移半个齿距。各单元转子之间设置有垫片例如非磁性盘。然而，这样的多转子结构由于转子和定子的问题而不能提供足够的低振动高转矩。

首先，说明有关转子的问题。在多转子结构中，为了磁绝缘，将预先确定厚度的非磁性盘插入各单元转子之间，且各个单元转子的永磁铁沿轴向同向被磁化。非磁性盘没有产生转矩。而且，在非磁性盘周围，即，两相邻磁路之间的边界周围，转子的互连的磁通量的方向彼此相反，从而在两条磁路之间的边界引起磁干扰。这些因素阻碍了转矩的提高。另外，如果非磁性盘的厚度不够，那么会发生磁通量漏损，使提供的转矩比预期要低。而且，非磁性盘例如铝盘的使用，增加了旋转电机的价格。

有关转子的问题如下所述。为了与转子的多转子结构相对应，当定子的轴向厚度增加时，由永磁铁的磁通量产生的转矩也增加。这个转矩可能导致电机操作过程中的振动转矩或降低定位精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决上述问题的永磁铁式旋转电机。

根据本发明的一个优选实施方式，提供了一种永磁铁式旋转电机。该电机包括定子和转子，该转子通过空气与定子相对，并能自由旋转。定子包括近环形的铁心支持部分和放射状伸出该铁心支持部分的4m个主磁极，其中m为大于或等于2的整数。每个主磁极在其尖端有Ns个感应齿，其中Ns是大于1的整数。转子包括两个单元转子，该两个单元转子在与转子的旋转轴平行的轴向上彼此相邻。每个单元转子包括一对转子磁极和位于其间的永磁铁。两个单元转子的永磁铁轴向被磁化，但其磁化方向彼此相反。每个单元转子的转子磁极在外部边缘具有以均等齿距设置的Nr个磁齿，其中Ns为大于1的整数。每个单元转子中，转子磁极对的设置方式为一个转子磁极的磁齿偏移另一个磁极的磁齿半个齿距。具有上述结构的旋转电机中，定子主磁极的电感器的齿距与转子磁极的磁齿的齿距是不相同的，由此使转子和定子间的磁导的第四谐波分量基本为零。

另外，在具有上述结构的旋转电机里，两个单元转子相邻的转子磁极具有相同的极性。因此，旋转电机能利用两种效应：通过将整个转子的磁路轴向分成两条从而缩短磁路长度产生的效应，和通过在两条缩短的磁路间的边界彼此不干扰的磁场产生的效应。而且，感应齿的磁导向量可以平衡，例如，通过将转子磁极的磁齿的齿距和定子主磁极的感应齿的齿距设置成彼此不同，其磁导向量的总和能够基本归零。这种“磁导向量平衡效应”在每条磁路中都能获得。由于本发明优选实施方式的旋转电机具有两条在轴向彼此相邻的磁路，因此，两条磁路的“磁导向量平衡效应”是叠加的。

定子铁心可以由冲压获得的多个磁片而形成。优选层压同向连续旋转90°的磁片。在这种情况下，Ns个感应齿的磁导第四谐波分量的Ns个磁导向量的不同(如由厚度不同和磁片的磁方向导致的差异)，能够在每条磁路达到平衡，这是由磁片90°旋转的层压结构产生的四种磁导向量的叠加而引起的。

本发明的其他功能、原理、优点和特性从以下对优选实施例和相应附图的详细说明而变得更清楚。

附图说明

图1A，1B和1C是本发明优选实施例1的永磁铁式旋转电机的剖视图；

图2是图1A-1C旋转电机的定子和转子的剖视图；

图3是图1A-1C旋转电机的定子主磁极的感应齿和转子的转子磁极的磁齿之间的位置关系图；

图4A是本发明优选实施例1的为平衡均等齿距设置的感应齿的第四平面中向量的向量分布示例图；

图4B是本发明优选实施例1的为平衡不均等齿距设置的感应齿的第六平面中向量的向量分布示例图；

图5是图1A-1C旋转电机另一个示例的定子铁心的侧视图；

图6是图1A-1C旋转电机另一个示例的定子铁心的侧视图；

图7A、7B、7C、7D分别是图6主磁极A、C、E和G磁导向量的平衡图；

图8A和图8B展示了图1A-1C旋转电机的磁导向量的另一种平衡方式；

图9是本发明优选实施例2旋转电机的定子主磁极和转子磁极的位置关系图；

图10展示了图9旋转电机的向量平衡；

图11所示为图9旋转电机定子的感应齿与相对的转子磁齿的偏移角。

具体实施方式

参阅图1-11，将详细阐述本发明优选实施例。需要注意的是，在以下对本发明的说明中，当用上/下或左/右来描述不同结构间的位置关系或方位时，最终位置关系或方位如附图中所显示；已经组装成实际电机的结构间的位置关系或方位没有显示出来。同时，在以下描述中，轴向表示与旋转轴平行的方向，径向表示与旋转轴垂直的方向。

优选实施例1

图1A，1B和1C所示为本发明优选实施例1的旋转电机。在这个优选实施例中，旋转电机是步进电机，该步进电机包括含有4m个(m是一个大于或等于2的整数)主磁极的二相定子和具有两个HB单元转子的转子，其中m＝2。也就是说，定子含有八个主磁极。图1A和1C是旋转电机沿垂直于旋转轴的平面的剖视图，且分别是从北极侧和南极侧观察。图1B是这个优选实施例的旋转电机沿平行于旋转轴的平面的剖视图。

这个优选实施例的旋转电机包括电机盒1，该电机盒1由基本为圆柱形的外壳11和设置在外壳11两端的端板12和13形成。该旋转电机还包括近环形的定子2和转子3，它们设置在外壳11内。定子2固定在外壳11里。转子3径向设置在定子2的内侧。转子3的旋转轴31两端通过设置于终板12和13中部的轴承12a和13a支撑，可以自由旋转。

定子2包括：具有近圆环形磁体21a和4m个(m是大于或等于2的整数)主磁极21b的定子铁心21，以及围绕每个主磁极21设置的线圈绕组22，该主磁极21b放射状地从磁体21a伸出，伸入磁体21a里。作为线圈磁极的每个主磁极21b在其尖端具有Ns个(Ns是大于1的整数)感应齿21c。定子铁心21由多个层压的硅钢片形成。在这个优选实施例中，m是2，Ns是6。也就是说，设置了八个主磁极，每个主磁极具有6个感应齿。

图2所示为本优选实施例的定子2和转子3。转子3包括4个转子磁极32、33、34和35，所述4个转子磁极固定在旋转轴31，且轴向并排排列。每个转子磁极32、33、34和35由多个层压片例如硅钢片形成，且在其外部边缘具有均等齿距设置的Nr个(Nr为大于1的整数)磁齿。当Nr为50时，该优选实施例的步进电机的步进角为1.8°。

转子磁极32和33设置为其齿彼此偏离半个齿距。盘状的、轴向磁化的永磁铁36夹在转子磁极32和33之间。同样地，转子磁极34和35设置为其齿彼此偏移半个齿距。盘状的、轴向磁化的永磁铁37夹在转子磁极34和35之间。永磁铁36和37的磁化方向彼此相反。转子磁极32和33被永磁铁36磁化，转子磁极34和35被永磁铁37磁化。四个转子磁极的相邻的转子磁极33和34具有相同的极性。

在图2所示图例中，转子磁极32和35极性为南极；转子磁极33和34极性为北极。请注意，转子磁极33的齿和相邻的转子磁极34的齿大体上在轴向彼此对齐。转子磁极32、33和永磁铁36形成单元转子3a，转子磁极34、35和永磁铁37形成单元转子3b。尽管在图2所示的图例中，单元转子3a和3b彼此无空隙接触，但单元转子3a和3b也可以彼此有小的空隙。

如图1A和1C所示，单元转子3a和3b的每个转子磁极32、33、34和35的磁齿，与定子2主磁极21b的感应齿21c相对，它们之间具有径向方向的气隙。由单元转子3a产生的磁通量的磁路Φ1，和由单元转子3b产生的磁通量的磁路Φ2如图2所示。如图2所示，磁路Φ1和Φ2在定子2的中心部位在轴向上方向相同。因此，不会出现由干扰引起的磁通量弱化现象。这在本说明书中描述为“由在上述两条磁路间的边界彼此不干扰的磁场引起的效应”。

与通过使用单个单元转子来构成相同大小转子的情况相比，具有上述结构的转子3在轴向可以将磁路长度减少一半。也就是说，缩短磁路具有有益效果。例如，电磁阻力减少一半。于是，可以得到性能变化小的低损耗旋转电机。

具有相同极性的转子磁极33和34可以彼此无空隙或小空隙相邻设置。在其间插入有永磁铁的转子磁极之间(即，在转子磁极32和33之间，转子磁极34和35之间)，靠近永磁极的外部边缘处，会发生磁通量漏损。另一方面，在具有相同极性的转子磁极33和34之间几乎没有磁通量漏损，几乎所有来自转子磁极33和34的磁通量流向定子2。因此，磁通量的损耗极其低，且能得到高转矩。

假设与转子3北极转子磁极33和34相对的定子2的八个主磁极N1-N8，如图1A所示按顺时针方向的顺序设置，与转子3南极转子磁极32和35相对的八个主磁极S1-S8，如图1C所示按顺时针方向的顺序设置。线圈22围绕主磁极N1和S1，N3和S3，N5和S5，N7和S7形成第一相，另一个线圈围绕剩下的主磁极形成第二相。图1A中N极侧定子2的实心箭头表示来自北极转子的磁通量的流动，图1C中S极侧定子2的实心箭头表示从北极转子到南极转子的磁通量的流动。

图3展示了在该优选实施例中，定子2一个主磁极21b的六个感应齿21c与转子3一个转子磁极的磁齿之间的关系，图3说明了当主磁极21b的中心线与相邻两个磁齿之间的凹槽的中心彼此对齐时，每个感应齿是怎样偏离相对的磁齿的。如图3从右到左的顺序，感应齿和相对的磁齿分别以偏移角θ1-θ6偏移。请注意在该实施例中，感应齿的中心和相应的相对磁齿的中心之间的角度定义为偏移角。假设，定子2感应齿的齿距是一个常数，比转子磁极的磁齿的齿距小θs，θs定义为约360°/(n·Ns·Nr)。意思即为：通过平衡主磁极的Ns个感应齿的Ns个磁导向量，使该主磁极的磁导的第n个谐波分量最小化。在转子的磁齿数目为Nr的情况下，这个转子的磁齿的齿距是360°/Nr机械角度。在这种情况下，第四谐波平面的Ns个感应齿的第四谐波分量的向量通过90°/Nr来平均分配该平面Ns向量而获得。在该优选实施例中，Nr为50，Ns为6，n为4，θs为0.3°。当转子磁极的磁齿的齿距为7.2°机械角度，定子主磁极的感应齿21c的齿距为6.9°机械角度。

假设，转子的磁齿的齿距，7.2°机械角度，对应于360°电角度，偏离角θ1至θ6以电角度定义如下：

θ3＝θ4＝(0.3°/2)(360°/7.2°)＝7.5°

θ2＝θ5＝(0.3°+0.3°/2)(360°/7.2°)＝22.5°

θ1＝θ6＝(0.3°+0.3°+0.3°/2)(360°/7.2°)＝37.5°

参阅图3，形成齿槽转矩的主磁极21c磁导的第四谐波分量P4，通过表达式1得到。

P4＝cos(4·θ3)+cos(4·θ2)+cos(4·θ1)+cos(4·θ4)+cos(4·θ5)+cos(4·θ6)

＝2(cos30°+cos90°+cos150°)                                   (表达式1)

＝0

从表达式1可以看出，第四谐波分量计算为0。

图4A所示为第四谐波平面的六个感应齿的磁导的第四谐波分量。感应齿的第四磁导向量V1-V6总和为0。在这个实施例中，如图3所示，当转子磁极的磁齿关于主磁极21b的中心线对称设置时，向量被平衡。另一方面，当转子相对于定子从图3所示位置旋转λ°时，第四谐波平面的向量与如图4A所示通过将六个向量旋转λ/4°时产生的向量是相同的。因此，在这种情况下，向量的总和也为0。这意味着六个感应齿的磁导的第四谐波分量的向量对每个主磁极来说都是平衡的。因此，当主磁极设计好时，只要所有八个主磁极有完全对称的形状，那么只需考虑一个主磁极。在那样的设置之下，齿槽转矩分量彼此抵消，理论上振动被抑制到很低。

形成互连磁通量、并作为电机转矩的主磁极21b的磁导的基波分量，由表达式2确定。

P1＝cosθ3+cosθ2+cosθ1+cosθ4+cosθ5+cosθ6

＝2(cos7.5°+cos22.5°+cos37.5°)/6            (表达式2)

＝0.902

表达式2表明约90％的磁导继续作为转矩分量。

上述说明基于假设定子主磁极21b的六个感应齿的磁导完全相同。然而，设置在主磁极21b中心区域的一对最里面感应齿，邻近最里面感应齿外表的一对中间感应齿，邻近中间感应齿外表的一对最外面感应齿，与定子主磁极21b的中心线的距离是彼此不同的。另外，最外面感应齿与中间和最里面感应齿的磁通量漏损是不同的，这是因为最外面感应齿的外面是空隙。因为这些原因，感应齿的磁导的第四谐波分量的总和实际上不完全为0。因此，有必要再采取另外的途径来抵消感应齿的磁导的第四谐波分量。

接下来，阐述在二相旋转电机中每个主磁极和其相对的转子之间的磁导的第四分量形成转矩分量。如前所述，磁导用余弦式来表示。由于齿槽转矩Tc是磁导的角度变化率，当磁导关于角度求微分时，且磁导通过正弦式傅立叶(Fourier)级数来表示，Tc能用表达式3来表示。

Tc＝K₁·sinθ+K₂·sin2θ+K₃·sin3θ+K₄·sin4θ

                                                (表达式3)

+K₅·sin5θ+K₆·sin6θ+K₇·sin7θ+........

在表达式3中，θ是定子主磁极21b的感应齿和其相对的转子磁极的磁齿之间的偏移角，k₁，k₂，k₃，...分别为各个谐波分量的系数。

在二相旋转电机中，定子2主磁极21b以π/2角间距设置。因此，当假设定子2主磁极的中心线位置(其与转子3的相邻磁齿之间的凹槽的中心线重合)是参考位置时，离该参考位置的第p个主磁极的齿槽转矩Tc通过用(θ-p·π/2)代替θ来表示。在这个优选实施例中，当p为0至7时，所有主磁极的总齿槽转矩为八个主磁极的齿槽转矩的总和，在表达式3中，除第四谐波分量外，八个主磁极的各个谐波分量总和都为0。更具体地，当表达式3中第1项到第7项分别以第一到第七谐波平面的向量形式表示，奇数谐波分量的向量以四种类型的向量表示，每种类型包括两个向量，它们在彼此相距π/2电角度的四个位置平衡。同样地，偶数谐波分量的向量(除了第四谐波分量)是以两种类型的向量表示，每种类型包括四个向量，它们在彼此相距π电角度的两个位置平衡。然而，对于第四谐波分量，八个向量在一个位置表示，没有平衡。各个主磁极的转矩的第四谐波分量的总和通过下式得到：

Tc/K₄＝sin(4·θ)+sin{4·(θ-π/2)}+sin{4·(θ-π)}+sin{4·(θ-3π/2)}

+sin{4·(θ-π)}+sin{4·(θ-π/2-π)}+sin{4·(θ-2π)}+sin{4·(θ-π/2)}

＝8sin(4·θ)

(表达式4)

因为这个原因，二相旋转电机的齿槽转矩分量通过其第四谐波分量形成。这是表达式1应当为0的原因。当磁导的第四谐波分量不存在时，齿槽转矩变得接近0。齿槽转矩越小，旋转电机运转时产生的振动越小。

在三相旋转电机，主磁极彼此相距2π/3，因此，因为相同的原因，磁导的第六谐波分量形成旋转电机的齿槽转矩分量。通常认为，当主磁极的4m数目为12，即，m＝3时，包括有4m个主磁极的定子的旋转电机可以用作二相电机和三相电机。在这种情况下，当每个主磁极的感应齿的磁导基于第六谐波分量平衡时，θs定义为360°/(6Ns·Nr)。这样，得到了下面的表达式。

θs＝60°/(Ns·Nr)(表达式5)

当Ns个感应齿在每个主磁极的尖端以多种齿距设置时，齿槽转矩的减小可以通过使感应齿的齿距的平均值与转子磁极的齿距相差θs的方式达到。在这种情况下，转矩的奇数谐波分量在各个谐波平面的四个位置平衡，而偶数谐波分量在两个位置平衡。因此，平衡偶数谐波分量不像平衡奇数谐波分量那么容易，它们之间的平衡因为旋转电机的局部精确度不够而轻易丧失。一般来说，偶数谐波分量形成齿槽转矩分量。

因为这个原因，在一些情况下，在不均等齿距设置中，更优选平衡感应齿的磁导的第六谐波分量，代替平衡第四谐波分量，第六谐波分量次高于第四谐波分量。在这样的情况下，作为电机转矩的基波分量也增加了。假设Nr和Ns分别为50和6，根据表达式5，θs为0.2°。在这个优选实施例中，当感应齿的齿距的平均值设定为与转子磁极的磁齿的齿距(本实施例中为7.2°)相差θs时，感应齿的齿距的平均值设定为7°。

[0001]根据图3来说明在这个优选实施例中，一种采用前述不均等齿距设置的示例的旋转电机。当定子主磁极的六个感应齿的中心与转子磁极的磁齿间的凹槽的中心线重合时，六个感应齿偏离相应的相对磁齿的偏移角通过如下获得：

θ1＝θ6＝25°(0.5°)

θ2＝17.5°(0.35°)

θ3＝θ4＝5°(0.1°)

θ5＝12.5°(0.25°)

请注意上述没有括号的角度值表示电角度，括号内的角度值为机械角度。图4B所示为这个实施例中第六谐波平面的感应齿的磁导的六个向量。从图4B明显可以看出，六个向量平衡了。六个向量的总和用下式表示。

P6＝cos(6·θ3)+cos(6·θ2)+cos(6·θ1)+cos(6·θ4)+cos(6·θ5)+cos(6·θ6)

＝cos(6×5°)+cos(6×17.5°)+cos(6×25°)+cos(6×35°)+cos(6×42.5°)+cos(6×55°)

＝0

(表达式6)

在这个实施例中，在图3中感应齿的齿距从右到左的顺序分别为7.05°，6.95°，7.0°，7.05°，和6.95°，其平均值为7.0°。同样，在这种情况下，尽管感应齿以不均等齿距设置，形成定子的旋转薄片的层压结构非常容易。本领域技术人员知道上述说明(不均等齿距设置的感应齿具有多个齿距，因而平衡六个谐波分量)仅仅是个例子。本发明不限于平衡第六平面的第六谐波向量。

一般来说，四个磁极或六个磁极旋转电机在低速旋转时能提供高转矩，然而，在高速旋转时，转矩会由于线圈绕组的感应系数的增加而降低。一般来说，主磁极的数目与配线感应系数成反比。因此，对于二相旋转电机，在高速旋转时，12个磁极定子比4个磁极定子和8个磁极定子更有助于提供高转矩。同样地，对于三相旋转电机，在高速旋转时，12个磁极定子比4个磁极定子和6个磁极定子更有助于提供高转矩。本发明该优选实施例能提供适于高速旋转的电机。

如前说明，在这个优选实施例中，均等齿距设置的感应齿的齿距或不均等齿距设置的感应齿的齿距的平均值与转子磁极的齿距相差θs。因此，组成齿槽转矩分量的磁导谐波分量的向量能平衡，每个单元转子的每条磁路能相互抵消。因此，本发明该优选实施例的旋转电机在高速旋转时能够提供低振高转矩。这种效应在说明书中被称为第一种磁导向量平衡效应。

当齿距或定子主磁极的感应齿的平均齿距设定为与转子磁齿相差预先设定角θs时，优选为齿距或定子主磁极的感应齿的平均齿距比磁齿小θs角，因为，相邻的主磁极之间的空隙会加宽。这使线圈绕组更加容易。而且，在八个磁极旋转电机中，Nr为50，Ns为6，所有主磁极的感应齿的数目为48，接近于转子磁齿的数目Nr。因此，有必要使均等齿距设置的感应齿的齿距或不均等齿距设置的齿距的平均值比磁齿的齿距小θs。

在这个优选实施例中，除了前述第一种磁导向量平衡，还可以采用另一种平衡磁导向量的方式。接下来，请参阅图5说明第二种方式。图5所示为：在这个优选实施例中，应用于具有八个主磁极的二相定子2中的另一种示例的定子铁心21A。定子铁心21是通过层压硅钢片而形成的，硅钢片是在冲压加工过程中，冲压硅钢片箍环而形成的。硅钢片以相同方向，如逆时针方向连续旋转90°。用于该优选实施例的硅钢片箍环是厚度约为0.5mm、包含主要为减少涡流铁损耗的百分之几的硅的磁铁片箍环。当硅钢片箍环开始朝一个方向输送时，有所需形状的薄片被连续冲压，然后，层压薄片使其达到所需的厚度并相互固定。纵向如箍环的绕组方向，为硅钢片轧制方向，在图5中表示为Z轴。在这个优选实施例中使用的箍环在垂直于轴向的方向的宽度比要形成的定子铁心的直径稍大，这是为了减少冲压之后的残料。为了方便起见，如图5所示，以作为轴向的Z轴，以及垂直于Z轴的L-R轴，来说明定子铁心21A。

定子铁心21A包括具有近环形外部形状的圆形铁心支持部分21Aa，和八个放射状地从铁心支持部分21Aa伸向内侧的主磁极21Ab。每个主磁极21Ab在其尖端具有以均等齿距设置的六个感应齿。为方便起见，按图5顺时针顺序，八个用作线圈绕组心部的主磁极21Aa被称为主磁极A至H。这个优选实施例中的二相、八磁极HB步进电机的定子铁心21A，是通过堆积薄片到预期厚度，并采取如压接等使彼此机械固定的方式而形成的。在该实施例中，当堆积薄片时，冲压获得的薄片被连续旋转90°。结果是当四个薄片层压时，层压结构的主磁极的所有磁导是完全相同的。也就是说，所有主磁极之间的磁导的第四谐波分量是相同的。因此，磁导的第四谐波分量可以平衡或相互抵消。这很大程度上促进了齿槽转矩和振动的减少。

以前述方式通过层压旋转90°的薄片能很大程度上减少转矩和振动的原因将更详细地说明。首先，当形成定子铁心的薄片连续地旋转90°时，一般而言，磁力线通过箍环的轧制方向和其垂直方向间的硅钢片箍环的容易程度的差异能抵消。

第二，材料的箍环通常通过轧制材料使其变薄而形成，很可能在轧制加工过程中滚筒之间的距离变得不相等，因而，很容易造成L侧和R侧之间的厚度差异。如果不恒定厚度的薄片没有旋转而被层压，在L侧和R侧之间的厚度差异随着层压薄片数量的增加而增加。另外，当由这样的层压结构形成的定子与托架轴承组装时，中心轴可能会倾斜，且定子内表面和转子外表面间的气隙将会变得不一致。因而，可能降低得到的步进电机的性能。在这个优选实施例中，90°旋转层压结构能消除或使厚度偏差最小化。

第三，由于Z轴方向和R-L方向间的磁导差异，以及R-L方向的厚度差异引起的变化效应，第四谐波磁导向量可以被抵消。

通常在电机中采用无方向性磁板。然后，即使在无方向性磁板里，轧制方向和其垂直方向间也存在磁导差异。在这里，假设硅钢片箍环被连续冲压成如图5所示的形状；磁通量在Z轴方向能轻易地通过定子铁心21A，因而磁导大；L-R方向磁导小。在这种情况下，通过冲压得到的每个薄片的主磁极A部分，主磁极D部分，主磁极E部分，和主磁极H部分因为其轴向接近Z轴方向而有大的磁导。另一方面，每个薄片的主磁极B部分，主磁极C部分，主磁极F部分，和主磁极G部分相对于主磁极A部分，主磁极D部分，主磁极E部分，和主磁极H部分来说，有较小的磁导。

在这里，以定子铁心21A的主磁极A为例来说明。八个主磁极以45°齿距角对称设置。因此，当薄片被连续地逆时针方向旋转90°，并层压形成定子铁心21A时，定子铁心21A的主磁极A依次包括第一薄片的主磁极A部分，第二薄片的主磁极C部分，第三薄片的主磁极E部分和第四薄片的主磁极G部分，重复这样的四薄片层压结构。同样地，定子铁心21A的主磁极H依次包括第一薄片的主磁极H部分，第二薄片的主磁极B部分，第三薄片的主磁极D部分和第四薄片的主磁极F部分，重复这样的层压结构。因此，定子铁心21A的主磁极A包括两个较大磁导部分，即，主磁极A部分和主磁极E部分。因此形成的单元层压结构的主磁极H也包括两个较大磁导部分，即，主磁极D部分和主磁极H部分。主磁极A和H都包括如其他两个部分的较小磁导部分。因此，主磁极A和H的四个薄片的平均磁导在四薄板层压结构内部彼此相同(在下文中，四薄板层压结构被称为单元层压结构)。由于四薄板层压结构被重复，主磁极A和H的磁导是相同的。而且，如果层压的薄片数目不等于单元层压结构数目的整数倍，定子铁心21A每个主磁极A和H位置的平均磁导趋于相同的值，对其他主磁极B至G也是一样的。

当考虑到第四平面的主体的六个感应齿T1-T6的磁导的第四谐波分量的六个向量的平衡，在一个单元层压结构中在每个主磁极的位置两个较大磁导部分和两个较小磁导部分被层压。因此，在单元层压结构内部，八个主体的磁导总是相同的。相反的是，当冲压获得的薄片没有旋转90°而层压，得到的定子铁心的主磁极A、D、E和H有较大磁导，主磁极B、C、F和G有较小磁导。因此，尽管每个主磁极的六个感应齿的磁导向量平衡，八个主磁极之间还是存在磁导差异。这种磁导差异导致如高齿槽转矩或电机的大噪音。

接下来，考虑由冲压形成的具有如图5所示形状的钢片的厚度变化的情况。更具体的，考虑从R侧到L侧厚度减小的箍环的情况。为了易于说明，假设在Z轴的R侧的主磁极A、B、C和D，与在Z轴的L侧的主磁极E、F、G和H相比，有较大厚度和较大磁导。四薄片单元层压结构的主体A包括主磁极A部分，主磁极C部分，主磁极E部分，主磁极G部分；而主磁极H包括主磁极H部分，主磁极B部分，主磁极D部分，主磁极F部分。因此，主体A和H的平均磁导彼此相同。同样地，当考虑到采用与感应齿T1-T6数目相同的向量平衡第四谐波磁导时，单元层压结构中八个主磁极的六个磁导向量的平均值是相同的，因为每个主磁极包含两个较大磁导部分和两个较小磁导部分。因此，每个主磁极的第四平面磁通向量能轻易平衡，整个电机的第四平面磁通向量也能轻易平衡。

图6所示为在这个优选实施例中的另一个典型的定子铁心21B。定子铁心21B是二相型，含有八个主磁极，每个主磁极具有六个感应齿。定子铁心21B的外部形状约为正方形。定子铁心21B包括约正方圆形铁心支持部分21Ba和主磁极21Bb，主磁极21Bb放射状地伸出铁心支持部分21Ba，伸向21Ba内侧。当由箍环(为减少箍环的无用部分，箍环的宽度接近于近正方形铁心支持部分21Ba的每侧的宽度)冲压获得形成定子铁心21B的薄片时，图6的Z轴方向相当于箍环的绕组方向。在这里，假设箍环的厚度从L侧到R侧减小，虽然为了简化附图，图6只标示有感应齿T1-T6，但感应齿T1-T6是以顺时针方向依次设置的。

在这个实施例中，定子铁心21B的主磁极A的厚度从感应齿T1到感应齿T6减小。因此，感应齿T1～T6的第四磁通向量的量值逐渐变小，变得精确。然而，在以下说明中，为简化说明，假设在Z轴L侧的第四磁通向量的量值较大，R侧的较小。基于这种假设，主磁极F，G和H的六个感应齿第四磁通向量的量值彼此相同，比主磁极B，C和D的量值大，主磁极B，C和D的量值彼此相同。

在主磁极A，感应齿T1、T2和T3的第四磁通向量彼此相同，有较大量值，感应齿T4、T5和T6的第四磁通向量彼此相同，有较小量值。在主磁极E，感应齿T4、T5和T6的第四磁通向量有较大的彼此相同的量值，感应齿T1、T2和T3的第四磁通向量具有小于感应齿T4、T5和T6的彼此相同的量值。在那种情况下，当形成定子铁心21B的薄板连续被旋转，层压形成单元层压结构时，单个单元层压结构的每个主磁极A包括主磁极A部分，主磁极C部分，主磁极E部分和主磁极G部分。对主体E来说，每个薄片感应齿T1，T2和T3的第四磁导向量的量值较小，感应齿T4，T5和T6的第四磁导向量的量值较大。因此，通过堆积主磁极A部分和主磁极E部分，感应齿T1～T6的第四磁导向量的量值被平均。同样地，通过堆积主磁极C部分和主磁极G部分，感应齿T1-T6的第四磁导向量的量值被平均。也就是说，在主磁极A，主磁极A部分，主磁极C部分，主磁极E部分和主磁极G部分被叠加，由此平均了感应齿T1～T6的量值。定子铁心21B的其他主磁极B～H也是一样的。结果是，六个叠加的向量关于第四平面的Z轴和L-R轴的交叉点对称分布，因此平衡。

以下参阅图7A、7B、7C和7D来详细说明。图7A、7B、7C和7D分别表示第四平面主磁极A、C、E和G的感应齿T1～T6的第四磁导向量V1～V6的分布情况。如前所述，由于假设设置于Z轴L侧的感应齿比设置于R侧的感应齿有较大的磁导，每个主磁极A、C、E和G的感应齿T1～T6的第四磁导向量V1～V6分布情况分别如图7A、7B、7C和7D所示。

如果定子铁心是通过无旋转层压各薄片形成的，如图7A所示，主磁极A的第四磁导向量V1、V2和V3的量值比第四磁导向量V4、V5和V6的量值大，因此，第四磁导向量V1～V6不能平衡。对于主磁极C，第四磁导向量V1～V6的量值都相同，都较小。如图7C所示，对于主磁极E，第四磁导向量V1、V2和V3的量值比第四磁导向量V4、V5和V6的量值小，因此，第四磁导向量V1～V6不能平衡。如图7D所示，对主磁极G，第四磁导向量V1～V6的量值都相同，都较大。当图7A、7B、7C和7D叠加时，很明显，通过综合主磁极A、C、E和G的第四磁导向量而得到的六个向量被平均，彼此有相同的量值。

在以上说明中，为简化说明，根据感应齿是位于Z轴的R侧还是L侧，假设每个向量有一个或两个量值，即较大的或较小的量值。然而，上述说明也可以应用于量值逐渐改变的第四磁导向量V1～V6的情况。更具体地，当四个薄板连续地旋转90°，层压形成单元层压结构时，通过叠加主磁极A部分和主磁极E部分，使层压结构的主磁极A的感应齿的磁导向量被平均，使其具有相同的量值。因此，主磁极A部分，主磁极C部分，主磁极E部分和主磁极G部分的叠加也平均了六个感应齿的磁导向量。这种效应由旋转90°的薄片的层压结构而产生，主磁极B～H也能获得这种效应。这样，在这个优选实施例中，旋转90°的薄板的层压结构可以极大地减少硅钢片磁通方向性差异的负面影响，可以显著地提高第四平面的感应齿的磁导向量的平衡。在本发明中，这被称为第四平面中第二种磁通向量平衡效应。由于这种效应，旋转电机可以达到减小转矩和振动的目的。

这个优选实施例还采用了另一种平衡磁导向量的方法。接下来，说明第三种平衡磁导向量的方法，参考图8A和8B。在HB型旋转电机，两个HB型转子设置成为在轴向彼此邻近的单元转子，永磁铁在轴向被反向磁化。也就是说，在轴向设置两条独立的磁路。图8A所示为一条磁路(以下称为磁路a)的第四平面中六个感应齿的第四磁导向量的分布情况；图8B所示为另一条磁路(以下称为磁路b)的分布情况。在该优选实施例中，如前所述，为增加转矩而轴向增加定子厚度时，可以提供高效率小振动的旋转电机，这归因于在轴向将磁路一分为二而缩短磁路产生的效应，和在磁路a和b间的边界磁场不会彼此干扰而产生的效应。

一般来说，HB型步进电机，气隙尺寸如定子和转子之间的距离约为0.05mm。这样的小气隙是通过钢片层压后对定子的内表面“开槽加工”而得到的。“开槽加工”是一种采用圆柱形磨石或开槽石碾磨内部半径的工艺。然而，当定子的层压结构厚度大于或等于定子的内部直径时，由于磨石等的轴向跳动，很可能从开槽开始位置例如定子的中心孔的入口处，到开槽末端位置例如定子的中心孔的深部部分，内部直径增加。因为气隙尺寸只有0.05mm小，气隙尺寸的差异导致磁导的差异，即使其差异非常小。即使在旋转90°的薄片的层压结构形成的定子里，例如，当气隙尺寸因为那个原因改变时，气隙变化增加磁路a的磁导，减少磁路b的磁导，磁路a和b的第四磁导向量的分布分别如图8A和图8b所示。

然而，尽管在完工过程中，会发生前述错误，但是因为单元转子3a和3b被固定成具有相同的旋转轴，电机的磁路a和磁路b的磁导向量被叠加和平均。因此，不同电机之间的变化，例如齿槽转矩，是很小的。而且，预期第二种磁导向量平衡的挠性能通过叠加在磁路a中和磁路b中的90°旋转层压结构获得的四种类型的向量，而增强；在第二种磁导向量平衡中，由于厚度变化和冲压形成的磁片的磁方向性而引起的六个感应齿的磁导的第四谐波分量的六个磁导向量的变化，可以通过层压旋转90°的薄片而平衡。

在上述说明中，阐述了一种情况，即包括八个主磁极、每个主磁极具有以均等齿距设置的六个感应齿的定子和第四谐波分量平衡。在具有十二个主磁极的定子中，通过如前所述的层压旋转90°的薄片能够获得相同效应。而且，以上说明也可以应用于第六谐波向量的情况。前述说明的效应被称为通过设置两条磁路获得的第三种磁导向量平衡效应。也就是说，在该优选实施例中的旋转电机，第四谐波磁导分量可以通过三种途径平衡。

在该优选实施例中的旋转电机，转子的永磁铁优选在组装后磁化。这提高了质量，也减少了成本。在该优选实施例中，首先沿着轴向正向进行磁化，之后，反向进行磁化。这是因为，如果同时进行反向磁化，由于磁通量相斥，足够强的磁化力不会延伸到永磁铁。更具体地，参阅图2，为了在第一次磁化中能主要磁化永磁铁36，从旋转电机外部，施加具有所需强度的磁场。然后，部分地施加用于磁化永磁铁37的具有所需强度的磁场。在第二次磁化中，磁化力施加在与第一次磁化相反的方向，而且优选为经过适当调整后，与第一次磁化的磁力强度不同。在该优选实施例中的磁化方式使两个永磁铁彼此充分反向磁化，该磁化方式在轴向反向磁化是在不同时间进行的，磁化力在第一次磁化和第二次磁化之间作适当地改变。由于这种磁化方式，才有可能提供一种便宜的高质量的永磁铁式旋转电机，该旋转电机能提供该优选实施例中的前述性能。

在上述说明中，阐述了冲压获得的薄片以相同方向连续旋转90°的情况。也就是说，每个薄片从相邻薄片旋转90°。但是，本发明不受其限制。当四个薄片以相同方向旋转时，四薄片单元层压结构中的一个薄片只需从剩下薄片中的任何一个开始旋转90°。也就是说，四薄片单元层压结构包括一个作为参考的薄片，以及三个从参考薄片旋转90°，180°和270°的薄片。通过这种层压结构，也可以获得上述相同的效应。

优选实施例2

参阅图9～11，说明本发明优选实施例2。在下面的说明中，与优选实施例1相同的附图标记用于与优选实施例1相同或相似的组成部分。

图9所示为该优选实施例的定子主磁极21b’的六个感应齿21c’。六个感应齿21c’以不均等齿距设置，其宽度不全相同。就像典型的二相、八主磁极HB型步进电机，转子的磁齿的数目为50，步进角为1.8°，一次旋转相当于200步的步进电机被广泛应用。在步进电机中，当六个感应齿设置于每个主磁极的尖端时，步进电机的定子齿的总数为48，接近于转子齿的总数50。因此，每个主磁极的感应齿数目的上限为6。

假设：六个感应齿T1～T6以转子旋转方向的顺序(图9从左到右)设置，具有齿宽t1～t6；感应齿T1～T6之间的凹槽具有宽度U1～U5；感应齿T3和T4间的凹槽的中心位于主磁极的中心。在该优选实施例中，六个感应齿T1～T6的中心区域的两个最里面感应齿T3和T4以第一齿距α设置；最里面感应齿T3和T4外面的两个中间感应齿T2和T5分别以偏离内部相邻感应齿T3和T4第二齿距β设置；中间感应齿T2和T5外面的最外面感应齿T1和T6分别以偏离内部相邻感应齿T2和T5第三齿距γ设置。请注意，在该申请文件中″齿距″的意思为一个感应齿中心与内部相邻感应齿中心之间的距离，或最里面感应齿中心之间的距离。在该实施例中，齿距，齿宽和凹槽宽关于穿过宽度为U3的凹槽的中心的主磁极的中心对称。也就是说t1＝t6，t2＝t5，t3＝t4，U1＝U5，以及U2＝U4。

如图9所示，当特定转子齿之间的凹槽的中心与宽度为U3的凹槽中心一致时，通过这样的设置，定子的各个感应齿和相应的转子相对齿之间的偏移角δ1～δ6的设计自由度，与感应齿以均等齿距设置时的情况相比可以增加。而且，尽管最外面感应齿T1和T6与最里面感应齿T3和T4具有相同的宽度，但是由于电磁阻力的差异，磁通量漏损磁路的差异，感应齿位置等，感应齿T1和T6的磁导不同于感应齿T3和T4的磁导。例如，来自感应齿的磁通量漏损的磁路根据齿之间的凹槽的形状而改变，因此，最外面感应齿的磁导不同于其他感应齿的磁导。然而，在该实施例中，感应齿的不均等齿距和宽度的设置使磁导差异得以抵消，由此使六个感应齿的磁导基本相同。在该实施例中，如果六个感应齿有相同的齿宽，且如果最外面感应齿T1和T6的磁导比最里面感应齿T3和T4的磁导小，最外面感应齿和最里面感应齿之间的磁导差异可以通过改变齿宽(使最外面感应齿比最里面感应齿的齿宽大，即t1＝t6＞t3＝t4)的方式来抵消。

所有凹槽宽U1～U3可以彼此不同，所有齿宽t1～t3可以彼此不同，所有齿距α，β和γ可以彼此不同。在该实施例中，有必要使三个凹槽宽中至少一个不同于剩余的凹槽宽，三个齿宽中至少一个不同于剩余的齿宽，三个齿距中至少一个不同于剩余的齿距。为增加转矩，优选使齿宽率，即齿宽t3(＝t4)除以第一齿距α，齿宽t2(＝t5)除以第二齿距β，齿宽t1(＝t6)除以第三齿距γ得到的值大约为0.4。也就是说，优选t1/α＝t2/β＝t3/γ＝0.4。当这些值比0.4小很多，齿磁通量很容易饱和。相反，当这些值比0.4大很多，磁通量漏损就会增加。本发明发明人经过计算机分析和试验而得到优选值0.4。

图10所示为第四平面不均等齿距感应齿的磁导向量的一种典型的分布情况。假设第一齿距α为6.66°，第二齿距β和第三齿距γ为7.02°(图9)，定子的感应齿T1～t6的偏移角δ1～δ6偏离相应的相对转子齿的值分别为图10括号内的值，为机械角度，感应齿T1～T6的第四磁导向量V1～V6如图10所示分布。向量V1-V6的总和为0。如果向量V2和V5比其他向量量值大，向量V2和V5被抵消。另外，在主磁极的中心的一侧设置的向量V1、V2和V3彼此抵消，而在主磁极的中心的另一侧设置的向量V4、V5和V6彼此抵消。也就是说，在主磁极的中心的同侧的向量彼此抵消。这意味着与均等齿距设置相比，平衡不均等齿距设置的感应齿的向量的自由度增加了。

在上述说明中，感应齿的数目Ns为6。如果Ns为5，前述向量平衡发生于第四平面的5个向量。在该优选实施例中，前述向量平衡是第四平面的磁导向量的第一种平衡方式。

当转子齿的总数为50，主磁极数为8时，感应齿数的上限为6，这已经作了说明。在那种情况下，为了确保线圈能容易绕在每个主磁极，八个主磁极之间的空隙尽可能大，因为在绕组工艺中线圈必须插入主磁极之间的空隙。为了达到这个目的，图9中，不均等齿距设置的感应齿的第一、第二和第三齿距α，β和γ与转子齿的齿距c必须满足下列关系。如前所述，第一、第二和第三齿距α，β和γ设计成最小化或消除产生转矩的感应齿的磁导的第四谐波分量。

{(α+2β+2γ)/5}＜c    (表达式7)

表达式7的左边部分表示第一、第二和第三齿距的平均值。也就是说，表达式7意味着第一、第二和第三齿距α，β和γ会比转子齿距c大，但是有必要使六个感应齿的这些齿距的平均值比转子齿距小。

在图10的示例中，第一齿距α不同于彼此相同的第二和第三齿距β和γ。所有的第一、第二和第三齿距α，β和γ比转子齿距c(即7.2°)小。如图11所示为该优选实施例不均等齿距设置的感应齿的另一种情况，α≠β≠γ。第一齿距α为6.66°、第二齿距β为6.84°、第三齿距γ为7.38°。只有第三齿距γ比转子齿距c7.2°大，在这个例子中，感应齿偏离相应的相对转子齿的偏移角θ1～θ6的值如图11所示。主磁极的第四磁导分量P4通过以下式计算。

P4＝cos(4·θ3)+cos(4·θ2)+cos(4·θ1)+cos(4·θ4)+cos(4·θ5)+cos(4·θ6)

＝2{cos(4×0.27°×360°/7.2°)+cos(4×0.63°×360°/7.2°)+cos cos(4×0.45°×360°/7.2°)}

＝cos54°+cos126°+cos90°

＝0.5877-0.5877＝0

(表达式8)

在这种情况下，形成互连磁通量和电机转矩的主磁极的基波磁导分量P1，通过下式计算。

P1＝cosθ3+cosθ2+cosθ1+cosθ4+cosθ5+cosθ6

＝2{cos13.5°+cos31.5°+cos22.5°}/6

＝0.9163

(表达式9)

表达式9表明主磁极91.6％的磁导分量组成电机转矩分量。这个值大于以均等齿距设置的感应齿获得的90％。因此，不均等设置比均等设置更有利于提供高转矩。

以上说明了本发明优选实施例。然而，本发明并不受其限制。例如，在优选实施例中当旋转电机的4m个主磁极定子的m设定成2或3时，得到适于实际应用的有8个或12个主磁极的定子。具有那种定子的步进电机的绕组感应系数小，在高速旋转时转矩降低得小，转矩曲线平坦，而且从低速运转到高速运转非常实用。八主磁极定子只能适用于两相旋转电机，而十二主磁极定子能适用于两相旋转电机和三相旋转电机。

当大小和转矩保持与传统电机相同时，为了降低旋转电机的价格，优选按本发明具体实施例所述的在轴向设置两条独立的磁路。通过这样的设置，磁路被缩短，而且在磁路中可以使用低等磁铁如铁氧体永磁铁。当使用铁氧体永磁铁时，优选使用剩余磁感应强度约为0.5T或更小的铁氧体永磁铁。因此，成本可以减少。而且，当使用铁氧体永磁铁时，操作点是稳定的，这是因为铁氧体永磁铁的B-H曲线是平坡，如此提供更一致的磁感应强度。因此，可以获得小变化低振动电机。这是因为，当B-H曲线足够平时，即使操作点随气隙尺寸等的变化而移动，磁通量值也可以保持小的改变。

以上说明是本发明优选实施例的具体说明，应该明白，没有脱离本发明范围和精神的变化或更改，对本领域技术人员来说是显而易见的。本发明保护范围仅由权利要求书确定。

Claims (10)

1.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于，包括：定子，该定子包括具有角的或圆形的外部形状的近环形铁心支持部分，和放射状伸出所述铁心支持部分的4m个主磁极，其中m为大于或等于2的整数，每个所述主磁极在其尖端有Ns个感应齿，其中Ns为大于或等于2的整数；通过空气与定子相对的可自由旋转的转子，该转子包括在轴向彼此相邻的两个单元转子，每个所述单元转子包括一对转子磁极和设置于转子磁极之间的永磁铁，其中一个所述单元转子的所述永磁铁和另一个所述单元转子的所述永磁铁沿着轴向反向磁化，其中，每个所述转子磁极在其外部边缘具有Nr个均等齿距设置的磁齿，其中Nr为大于或等于2的整数，每个所述单元转子的所述转子磁极对设置为其中一个所述转子磁极的磁齿与另一个所述转子磁极的磁齿沿圆周方向偏移半个齿距，相邻的转子磁极的磁齿在轴向上彼此对齐；所述定子的每个所述主磁极的所述感应齿的齿距不同于所述转子的所述磁齿的齿距，使所述定子和所述转子之间的磁导的第四谐波分量基本为0；以及，与所述单元转子邻近的转子磁极彼此具有相同的极性。

2.根据权利要求1所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于，所述定子铁心包括以一个方向连续旋转90°的多个磁片的层压结构。

3.根据权利要求2所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：所述定子的每个所述4m个主磁极的所述Ns个感应齿以均等齿距设置，该齿距与每个所述转子磁极的所述磁齿的齿距相差约90°/(Ns·Nr)。

4.根据权利要求2所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：所述定子的每个所述4m个主磁极的所述Ns个感应齿以均等齿距设置，与每个所述转子磁极的所述磁齿的齿距相差约60°/(Ns·Nr)，以及每个所述4m个主磁极的所述Ns个感应齿的磁导的六个谐波分量的Ns个向量在第六平面平衡。

5.根据权利要求2所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：所述Ns个感应齿以不均等齿距设置，该齿距的平均值与每个所述转子磁极的所述磁齿的齿距相差约60°/(Ns·Nr)。

6.根据权利要求1所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：每个所述单元转子的所述永磁铁为剩余磁感应强度约为0.5T或更小的铁氧体永磁铁。

7.根据权利要求2所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：所述定子具有放射状设置的八个主磁极，每个主磁极在其顶端具有六个感应齿，所述两个单元转子的每个转子磁极在其外部边缘有50个磁齿；所述六个感应齿以齿距α，β和γ设置，其中α表示两个最里面感应齿之间的齿距；β表示设置在最里面感应齿的外部的两个中间感应齿的每一个感应齿与相邻的一个所述最里面感应齿之间的齿距；γ表示设置在所述中间感应齿的外部的两个最外面感应齿的每一个与相邻的一个所述中间感应齿之间的齿距；所述齿距α，β和γ满足关系式(α+2β+2γ)＜5c，其中c表示所述转子磁极的磁齿的齿距，至少所述齿距α不同于其他的齿距，且所述六个感应齿的磁导的第四谐波分量彼此平衡。

8.根据权利要求7所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于：每个所述主磁极的所述六个感应齿在所述转子旋转方向上按顺序具有齿宽t1，t2，t3，t4，t5和t6，该齿宽t1，t2，t3，t4，t5和t6关于所述主磁极的中心线对称，并满足关系t1＝t6，t2＝t5，t3＝t4，所述齿宽t1，t2，t3至少其中一个与其他齿宽不同，通过每个感应齿的齿宽除以里面的邻近感应齿的齿距得到的值，即t1/α，t2/β和t3/γ约为0.4。

9.一种权利要求1所述的永磁铁式旋转电机的制造方法，其特征在于，包括：在没有磁化时将所述永磁铁与所述转子磁极组装，以及组装后，以一个方向进行磁化，然后反向进行磁化，由此连续磁化所述转子中的两个所述永磁铁。

10.一种永磁铁式旋转电机的制造方法，其特征在于，包括：定子，该定子包括具有有角的或圆形外部形状的近环形铁心支持部分，和放射状伸出所述铁心支持部分的4m个主磁极，其中m为大于或等于2的整数；每个所述主磁极在其尖端以均等齿距设置有Ns个感应齿，其中Ns为大于或等于2的整数；通过空气与定子相对的可自由旋转的转子，该转子包括在轴向彼此相邻的两个单元转子，每个单元转子包括一对转子磁极和设置于其间的永磁铁；一个所述单元转子的所述永磁铁和另一个单元转子的所述永磁铁沿着轴向反向磁化，每个所述转子磁极在其外部边缘具有均等齿距设置的Nr个磁齿，其中Nr为大于或等于2的整数；每个所述单元转子的所述转子磁极对设置为其中一个所述转子磁极的磁齿与另一个所述转子磁极的所述磁齿沿圆周方向偏移半个齿距，相邻的转子磁极的磁齿在轴向上彼此对齐，所述定子的所述感应齿的齿距与所述转子的所述磁齿的齿距相差约90°/(Ns·Nr)，所述制造方法包括：通过冲压形成多个磁片；以及以同一个方向90°连续旋转所述磁片，然后层压所述旋转的磁片。

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