CN1393982A - 三相环形线圈式永磁型旋转电动机 - Google Patents

Abstract

所公开的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，备有：在转子轴的周围固定沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的圆筒形永久磁铁而构成的永磁转子，和隔着气隙与圆筒形永久磁铁的外周对峙地沿3个轴方向重叠单位定子而构成的定子，设在3个单位定子上的环形线圈的末端是取为星形或三角形接线的三端子供电，由圆筒形永久磁铁造成的各相的交链磁通是仅由来自对应的相的与凸极对峙部分的极的磁通构成的各相、独立的独立交链磁通，此一独立交链磁通产生的各相的环形线圈的速度电动势的相位决定着各单位定子的凸极和与之对峙的圆筒形永久磁铁的相对位置，使在三端子的任何相间，依次成为120°(电气角)的相位差。

Description

三相环形线圈式永磁型旋转电动机

技术领域

本发明涉及以打印机等办公自动化机器为首的种种装置的步进驱动中所使用的旋转电动机，特别是涉及容易同步驱动和无刷化的改进型的三相环形线圈式永磁型旋转电动机。

背景技术

永磁型步进电动机(旋转电动机)由在转子轴的周围沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的永磁转子，和隔着气隙配置于其外周的定子来构成。三相环形线圈式步进电动机的定子由沿轴向叠层的三个单位定子来构成。各单位定子备有具有由磁性体形成碗形的M个沿轴向延伸的凸极的一对定子磁极，和由这一对定子磁极从轴向叠层的环形线圈，在环形线圈的内周面处，凸极彼此啮合而构成。

在各单位定子的环形线圈上有两个端子，通过六端子供电给各相的环形线圈依次励磁它们。此一场合的各单位定子的凸极排列如令三相的单位定子从转子轴的输出侧来看为U、V、W相，则输出侧的各相的凸极处于从U相依次错开(60/M)°(机械角)相位，反输出侧的各相的凸极也相互错开(60/M)°(机械角)，同一相的不同磁极间错开(180/M)°(机械角)的关系。

在这种构成中，靠外部动力使永磁转子旋转，通过与来自永久磁铁的磁通交链而在环形线圈中出现的速度电动势(以下简称EMF)的各相的相位差为60°(电气角)。

给上述三相环形线圈励磁的驱动电路备有，由在电源间流过一定方向的电流时对每个各相环形线圈励磁的一对晶体管，在流过相反方向的电流时励磁的另一对晶体管合计4个晶体管来构成的桥式电路，合计备有12个晶体管。

在靠此一驱动电路给上述三相环形线圈式步进电动机励磁的场合，在最初的3步骤里U、V、W相的环形线圈中依次流过正向电流，在其后的3步骤里U、V、W相的环形线圈中依次流过负向电流。借此，永磁转子在各步骤里电气角每次旋转60°，6步骤合计旋转360°。通过重复这种6个励磁步骤，可以使电动机持续旋转。

可是，上述驱动电路具有晶体管数多这样的缺点。为了减少晶体管数，取为以三相环形线圈一方的端子为中性点而相互连接的三端子星形接线，或者把三相环形线圈连接成环形的三端子三角形接线是有效的。可是，在利用上述现有技术的三相环形线圈式步进电动机的场合，存在着用星形接线、三角形接线不能使转子16沿一个方向连续旋转这样的问题。

用图9来说明此一问题。如图9中所示，令设在U相的单位定子上的凸极为11a、11b，令设在V、W相的单位定子上的凸极分别为12a、12b、13a、13b，令转子为16。这里，如果把三相线圈取为三角形接线并与后述的图5A同样地进行励磁，则各单位定子的凸极如图9中所示被励磁。在现有技术的构成中，如前所述因为各相的同一侧的凸极11a、12a、13a在机械角中各错开(60/M)°，故如果用单相励磁按U、V、W的顺序逐相励磁，则可以每次使转子在机械角中旋转(60/M)°，但是如果用三角形接线三相同时励磁，则即使像后述的图5B、5C、6A、6B、6C那样切换励磁，也不形成使转子每次旋转60°的旋转磁场，无法使转子16沿一个方向连续旋转。

此外，此一场合的来自3端子的各相的EMF的相位差为60°，转子的旋转角度与转矩有关，成为脉动的，带来电动机的转矩的减少或变动，存在着带来振动声的发生，驱动对象的定位精度的降低这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种即使在采用能够减少晶体管数的星形接线、三角形接线的场合，也能防止脉动转矩的三相环形线圈式永磁型旋转电动机。此外，本发明的另一个目的在于提供一种附加转子位置检测机构，使闭环控制成为可能的三相环形线圈式永磁型旋转电动机。

本发明的方案1中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，备有：在转子轴的周围配置沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的圆筒形永久磁铁而构成的永磁转子，和

隔着气隙与圆筒形永久磁铁的外周对峙地沿3个轴方向重叠备有包括由磁性体形成碗形的M个沿轴向延伸的凸极的一对定子磁极；和由这一对定子磁极沿轴向叠层的环形线圈，在环形线圈的内周面处把凸极彼此啮合地配置所构成的单位定子而构成的定子，设在3个单位定子上的环形线圈的末端是取为星形或三角形接线的三端子供电，由圆筒形永久磁铁造成的各相的交链磁通是仅由来自对应相的与凸极对峙部分的极的磁通构成的各相、独立的独立交链磁通，此一独立交链磁通产生的各相环形线圈的速度电动势的相位决定着各单位定子的凸极和与之对峙的圆筒形永久磁铁的相对位置，以便使在三端子的任何相间，依次成为120°(电气角)的相位差。

此外，方案2中所述的旋转电动机，是在方案1的构成中，其特征在于，控制成同一电流流过卷绕于前述3个单位定子的环形线圈之内的两个环形线圈。

此外，方案3中所述的旋转电动机，备有：在转子轴的周围配置沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的圆筒形永久磁铁而构成的永磁转子，和

隔着气隙与圆筒形永久磁铁的外周对峙地沿3个轴方向重叠备有包括由磁性体形成碗形的M个沿轴向延伸的凸极的一对定子磁极，和由这一对定子磁极沿轴向叠层的环形线圈，在环形线圈的内周面处把凸极彼此啮合地配置所构成的单位定子而构成的定子，设在3个单位定子上的环形线圈的末端是取为星形或三角形接线的三端子供电，由前述圆筒形永久磁铁造成的各相的交链磁通是仅由来自对应相的与凸极对峙部分的极的磁通构成的各相、独立的独立交链磁通，给各相的环形线圈进行励磁，以便在2端子间施加电压、进行三相励磁时，任意一相的强的轴方向电动势与其余两相的弱的轴方向电动势的方向始终为相反方向。

此外，方案4中所述的旋转电动机，是在方案1至3中的任何一项的构成中，其特征在于，作为圆筒形永久磁铁，使用按极数、沿圆周方向各向异性化的极各向异性磁铁。

此外，方案5中所述的旋转电动机，是在方案1至4中的任何一项的构成中，其特征在于，各凸极形成梯形以便从固定部向前端部宽度减小。

此外，方案6中所述的旋转电动机，是在方案1至方案5中的任何一项的构成中，其特征在于，备有：检测永磁转子的旋转引起的磁场变化的磁性感应元件，由连接于电源的正极侧与各环形线圈的端子间的3个开关元件组成的第1开关元件组，以及由连接于电源的负极侧与各环形线圈的端子间的3个开关元件组成的第2开关元件组，根据磁性感应元件的输出，分别选择第1和第2开关元件组的各一个开关元件，或者从一方的开关元件组选择一个，从另一方的开关元件组选择两个并进行通·断控制。

此外，方案7中所述的旋转电动机，是在方案6的构成中，其特征在于，磁性感应元件隔着气隙对圆筒形永久磁铁或与之同步旋转的具有2M个极数的传感器用永久磁铁对峙配置。

此外，方案8中所述的旋转电动机，是在方案6的构成中，其特征在于，备有由隔着气隙对圆筒形永久磁铁或与之同步旋转的具有2M个极数的传感器用永久磁铁对峙配置的磁性体组成的传感器用磁极，磁性感应元件配置于通过传感器用磁极的磁路中。

此外，方案9中所述的旋转电动机，是在方案1至方案5中的任何一项的构成中，其特征在于，根据通过圆筒形永久磁铁的磁通、由在各相环形线圈中所感应的电压所调制的励磁电流波形，检测永磁转子的旋转位置，控制导前角以便依次给在圆筒形永久磁铁上发生持续的转矩的相的环形线圈励磁。

此外，方案10中所述的旋转电动机，是在方案1或方案2的构成中，其特征在于，在星形接线的场合取为二端子供电，在三角形接线的场合取为三端子供电，通过二相励磁来驱动，把未励磁的一相的环形线圈作为传感器使用，检测速度电动势并检测永磁型转子的旋转位置。

附图说明

图1是展开表示作为本发明的一个实施例的三相环形线圈式凸极式永磁型步进电动机的主要部分的透视图，

图2是表示把图1的电动机的线圈三角形接线的场合的驱动电路之一例的电路图，

图3是表示图2中所示的驱动电路中的晶体管元件的动作顺序的说明图，

图4是图3的动作顺序的各步骤里的三相环形线圈的电流波形图，

图5A～5C是图1的电动机的定子中所形成的凸极和永磁转子的圆筒形永久磁铁的磁极的相对位置的展开说明图，分别表示图3的步骤1～3里的状况，

图6A～6C是图1的电动机的定子中所形成的凸极和永磁转子的圆筒形永久磁铁的磁极的相对位置的展开说明图，分别表示图3的步骤4～6里的状况，

图7是表示在图1的电动机中设置转子位置检测机构的场合的构成的局部剖切剖视图，

图8是表示旋转位置检测机构的另一例的俯视图，以及

图9是现有技术的三相环形线圈式凸极式永磁型步进电动机的定子中所形成的凸极和永磁转子的圆筒形永久磁铁的磁极的相对位置的展开说明图，表示与图5A同样的励磁状态。

具体实施方式

下面，用图1至图7来说明根据本发明的三相环形线圈式永磁型步进电动机(旋转电动机)的一个实施例。

图1是展开实施例的三相环形线圈式凸极式永磁步进电动机的主要部分的透视图。如图1中所示，此一电动机由环形的定子70、隔着气隙配置于定子70内的永磁转子(以下简称为转子)80来构成。转子80的转子轴14支承于设在定子70的中央两端部的轴承(未画出)上，在图1中上方部为输出侧，下方部为反输出侧。

定子70是沿轴向重叠分别形成定子相的3组单位定子11、12、13而构成。第1单位定子11包括有由磁性体形成碗形的M个沿轴向延伸的凸极11a、11b的一对定子磁极，和卷绕于线圈架11d并由定子磁极从轴向叠层的环形线圈11c。定子磁极在环形线圈11c的内周面处配置成凸极11a、11b彼此啮合。

第2、第3单位定子12、13也与第1单位定子11同样，包括有凸极12a、12b、13a、13b的各一对定子磁极，和卷绕于线圈架12d、13d并由定子磁极从轴向层叠的环形线圈12c、13c。

各环形线圈11c、12c、13c全都沿同一方向卷绕。三相环形线圈，按以各线圈一方的端子为中性点相互连接的三端子星形接线，或者环形地连接三相环形线圈的三端子三角形接线来连接。

设在第1单位定子11上的邻接的凸极11a、11b的间隔，机械角上为(180/M)°。就第2、第3单位定子12、13而言邻接的凸极间的间隔也是相同的。

此外，第1单位定子11的输出侧的定子磁极上所形成的凸极11a，和第2单位定子12的输出侧的定子磁极上所形成的凸极12a机械角上错开(120/M)°，电气角上错开120°。此外，第2单位定子12的输出侧的定子磁极上所形成的凸极12a，和第3单位定子13的输出侧的定子磁极上所形成的凸极13a机械角上错开(120/M)°，电气角上错开120°。同样，反输出侧的定子磁极上所形成的凸极11b、12b、13b也是机械角上错开(120/M)°，电气角上错开120°。

另一方面，转子80由转子轴14、固定于其外周的芯子15，和沿着芯子15的外周所固定的圆筒形永久磁铁16来构成。圆筒形永久磁铁16沿圆周方向按极对数交互排列M个N极和S极而构成。

图2示出三角形接线的场合的驱动电路之一例。令各环形线圈11c、12c、13c的卷绕起始端子分别为U、V、W，卷绕结束端子分别为 U、V、 W。

在此一场合，在串联连接于正极侧电源端子B与负极侧接地点G之间的晶体管T₁、T₂的连接点上，连接着前述卷绕起始端子U和卷绕结束端子 W，同样在串联连接于正极侧电源端子B与负极侧接地点G之间的晶体管T₃、T₄的连接点上，连接着前述卷绕起始端子V和卷绕结束端子 U，在串联连接于正极侧电源端子B与负极侧接地点G之间的晶体管T₅、T₆的连接点上，连接着前述卷绕起始端子W和卷绕结束端子 V。

再者，在以下的说明中，以连接于前述卷绕起始端子U与卷绕结束端子 U间的环形线圈11c作为U相线圈进行说明。同样分别以环形线圈12c、13c作为V相线圈、W相线圈。

可是，如果靠外部动力使转子80沿一个方向旋转，则在各环形线圈上发生EMF。各相的线圈端子U、V、W、 U、 V、 W上出现的EMF的相位因各单位定子11、12、13的各凸极11a、11b、12a、12b、13a、13b的相互排列关系而变化。如果在各端子间出现的EMF是正弦波，相位差为电气角中120°，则可以相互抵销各环形线圈中发生的EMF，防止脉动转矩的发生。

用以下的运算公式来说明这一点。

如果令EMF的最大值为E，转子80的旋转角为θ，像以下说明的那样，也考虑把凸极的形状形成为梯形等构成，则U相、V相、W相的各环形线圈上产生的EMF的值Eu、Ev、Ew可以用以下公式表示的正弦波波形来近似。

    Eu＝Esin θ                  (1a)

    Ev＝Esin(θ-2π/3)           (1b)

    Ew＝Esin(θ-4π/3)           (1c)

此外，如果令这些电流的最大值为I，电流的角频率为ω，时间为t，考虑取为高分割微步长，则流过U相、V相、W相的环形线圈的电流Iu、Iv、Iw可以近似地用以下公式表示。

    Iu＝Isinωt            (2a)

    Iv＝Isin(ωt-2π/3)    (2b)

    Iw＝Isin(ωt-4π/3)    (2c)

另一方面，如果令因EMF而发生的转矩为T，转子机械角速度为ωm，各相的EMF与电流的相位差为δ，则可以用以下公式表示。

    T＝(EuIu+EvIv+EwIw)/ωm          (3)

    θ＝ωt-δ                       (4)

这里，把(1a)、(1b)、(1c)、(2a)、(2b)、(2c)、(4)各式代入式(3)，可以得出式(5)。

    T＝(3/2ωm)EIcosδ               (5)

也就是说，由于cosδ为恒定值，所以式(5)的转矩T与旋转角度θ无关而恒定。因而，实施例的三相环形线圈式永磁型步进电动机，旋转时因反电动势而产生的转矩恒定，防止脉动转矩的发生，稳定的旋转是可能的。

再者，在用各环形线圈11c、12c、13c的星形或三角形接线所得到的三端子的EMF的相位差不为120°的场合，在与上述同样的运算中，式(5)中包含作为根据转子的旋转角度而变化的要素的转子旋转角度θ和电流角频率ω分量，因EMF而发生的转矩随转子的旋转角度而变化，因此不能指望转矩恒定化这一点是明确的。

接下来，参照图2至图6来说明图2中所述的驱动电路进行的电动机的具体动作。

图3是表示图2中的晶体管T₁～T₆的各步骤1～6的动作顺序的说明图，横轴表示各晶体管，纵轴表示各步骤，此外在各方框内用圆圈表示各晶体管在各步骤里导通的场合。

此外，图4是表示图3中的各步骤1～6里各相环形线圈11c、12c、13c各自的电流Iu u、Iv v、Iw w(以从卷绕起始端子U、V、W向卷绕结束端子 U、 V、 W的方向为正方向，以从卷绕结束端子 U、 V、 W向卷绕起始端子U、V、W的方向为负方向)的波形图，图5A～5C和图6A～6C分别是用来说明各步骤1～3和步骤4～6里实施例的步进电动机的驱动原理的说明图。

在图3和图4中，在第1步骤里晶体管T₁、T₄导通，各环形线圈11c、12c、13c的各相电流Iu u、Iv v、Iw w的方向和大小如图4中所示，电流Iu u为正方向，其他相电流Iv v、Iw w为负方向，大小上相电流Iv v、Iw w相同，相电流Iu u为相电流Iv v、Iw w的两倍。这是因为环形线圈11c单独的阻抗成为环形线圈12c和13c的串联电路的阻抗的一半的缘故。

而且，此第1步骤的UVW各相的凸极11a～13a、11b～13b，和圆筒形永久磁铁16(图中作为R相示出)的极性如图5A中所示，关于流过各环形线圈11c、12c、13c的电流，用箭头表示方向，用粗细对应地表示大小(粗体箭头是细体箭头的两倍)。

接着，在第2步骤里，如图3中所示，晶体管T₄、T₅导通。此时如图4中所示，相电流Iu u的极性不变而大小减半，相电流Iv v方向不变而大小成为两倍，相电流Iw w大小相同而方向翻转。而且，UVW各相的凸极11a～13a、11b～13b和圆筒形永久磁铁16的极性如图5B中所示那样变化。

以后，按同样的原理关于第3～6步骤，晶体管T1～T6当中成为导通的两个晶体管如图3中所示那样选择，各相的电流Iu u、Iv v、Iw w如图4中所示那样变化。与此一变化同步地，UVW各相的凸极11a～13a、11b～13b和圆筒形永久磁铁16的作为R相的NS各磁极面依次如图5A～5C和图6A～6C中所示，以圆筒形永久磁铁16的磁极的1/6间距的步长变化。

再者，虽然上述说明示出把实施例的三相环形线圈式永磁型旋转电动机运用于办公自动化机器等时，用开环控制来步进驱动的例子，但是也可以作为检测永磁转子的位置而使电流以最佳的定时流过下一相而驱动的闭环控制式无刷电动机来运用。

在按闭环来控制的场合，需要用来检测转子的旋转位置的机构。参照图7和图8来说明此一旋转位置检测机构的第1和第2具体例。

图7是备有第1具体例的旋转位置检测机构K1的三相环形线圈式永磁型旋转电动机的局部剖切剖视图，对于与图1和图2对应的部分赋予同一标号而省略其说明。

在图7中，31是由霍尔元件等构成的3个磁性感应元件，32是此一磁性感应元件31所配置的印制电路板，磁性感应元件31如图所示隔着规定气隙与圆筒形永久磁铁16的端部对峙，检测从该圆筒形永久磁铁16发生的侧面磁通的变化，用该信号来切换未画出的驱动电路(由例如图2中所示的6个晶体管T₁～T₆组成的晶体管桥路等构成)的作为驱动元件的晶体管，按图3的顺序来励磁。

此一驱动电路虽然在用容量小的晶体管的场合，与磁性感应元件31一起配置在印制电路板32上也是可能的，但是也可以与上述配置磁性感应元件的印制电路板32分开内装或者外附于电动机，它们之间电气上连接起来。

配置于印制电路板32的3个磁性感应元件31，沿着与圆筒形永久磁铁16对峙的圆周上，以例如机械角120°的间隔配置。33是后盖，保持印制电路板32。

由配置这些磁性感应元件31的印制电路板32构成第1具体例的转子位置检测机构K1。

在备有上述这种转子位置检测机构K1的图7的永磁型旋转电动机中，在用图2中所示的驱动电路的场合，有时前述晶体管T₁～T₆经常连接于电源的正极侧的一个和连接于负极侧的一个总计两个被导通。

此外，例如如果在图2中连接于电源的正极侧的晶体管T₁和连接于负极侧的晶体管T₄、T₆总计3个同时导通，则端子V、W成为0电位，由于电流不流过环形线圈12c所以也可以仅环形线圈11c、13c进行二相励磁驱动。

接下来，就作为第2具体例的转子位置检测机构K2进行说明。图8是表示由作为组装体而构成的磁性感应元件组成的转子位置检测机构K2的构成的俯视图。

在该图中，31a、31b、31c是磁性感应元件，沿着同一圆周上等间隔地配置。41a、41b、41c是磁性铁板凸极，各外周部正确地定位成与永磁式转子的圆筒形永久磁铁(参照图1、图7的标号16)的端部对峙，从各内侧端面向对应的前述磁性感应元件31a、31b、31c进行磁通的传递。42是磁性铁板轭铁，制成环形，在外周面处把各磁性感应元件31a、31b、31c磁性上短路。43是非磁性体，把前述磁性铁板凸极41a、41b、41c，磁性感应元件31a、31b、31c和磁性铁板轭铁42整体成形，构成转子位置检测机构K2。

此一图8中所示的磁性感应元件组装体靠磁性铁板凸极41a、41b、41c接受来自前述圆筒形永久磁铁16的磁通，分别传递到对应的磁性感应元件31a、31b、31c，与另外设置的图2中所示的那种驱动电路的晶体管进行电气信号的发送接收就可以了。

这种转子位置检测机构K2在转子80的圆筒形永久磁铁16的外形小，且多极的场合是最佳的。在这种场合，因为即使很小的间距误差变成电气角时也被放大圆筒形永久磁铁16的极对数M倍，所以要求正确的定位。但是在独立配置磁性感应元件的场合，相对于圆筒形永久磁铁正确定位磁性感应元件是很困难的。因为转子位置检测机构K2的磁性感应元件31a、31b、31c是作为一体化的单元而组装的，故可相对圆筒形永久磁铁正确定位，例如，以120°(机械角)间距正确配置3个磁性感应元件。

因此，利用作为组装体构成的由磁性感应元件组成的转子位置检测机构K2是有利的。

本发明不限于上述用实施例来说明者，种种的变形是可能的。

首先，根据本发明的三相环形线圈式永磁型旋转电动机不仅是进行单一的步进驱动的电动机，而且不用说作为具备永久磁铁式的感应体的定子的同步电动机和电刷电动机，就连作为速度检测用发电机来利用也是可能的。

此外，虽然用把上述实施例中的各环形线圈取为三角形接线的场合进行了说明，但是也可以取为去掉星形接线的中性点的三端子控制。

再者，对于取为三角形接线的场合来说，在2端子间施加电压而取为三相励磁时，出现三角形接线特有的定子线圈电流产生的磁动势现象。此外，独立交链磁通产生的各相环形线圈的速度电动势的相位在三端子的某个相间可以依次取为120°(电气角)的相位差，可以发挥与实施例中说明的方案1中所述的功能同等的功能。因此，此一内容在方案3中述及。

此外，各单位定子的凸极虽然在图1中所示者中示出从安装部到前端部均一宽度者，但是最好是制成从安装部到前端部成为宽度逐渐减小的梯形形状。这是因为如果把凸极制成梯形形状，则由于来自永久磁铁的磁通交链其倾斜部分，所以可以使环形线圈的输出端子上出现的EMF的波形极力近似于正弦波的缘故。因此，此一内容在方案5中述及。

此外，由于作为构成图2中所示的驱动电路的驱动元件的晶体管具有作为开关元件的功能就可以了，所以除了图2中所示那种开关晶体管之外，也可以用具有同等功能的其他晶体管元件来替代。

此外，作为永磁转子的圆筒形永久磁铁，按极数，用沿圆周方向各向异性化的极各向异性磁铁是有益的。这是因为通过取为这种极各向异性磁铁，小型而强力的圆筒形永久磁铁的磁化形成成为可能的缘故。因此，此一内容在方案4中述及。

此外，虽然在前述实施例中用从永磁转子的圆筒形永久磁铁的泄漏磁通得到去往永磁转子的位置检测用磁性感应元件的检测用磁通的场合进行了说明，但是也可以独立设置与前述永磁转子同步旋转，有同一磁极对的传感器用磁铁。

在此一场合，也可以图7的构成中，使永久磁铁16从第3单位定子13沿轴向突出而使永久磁铁16外周的磁极与磁性感应元件31对峙，或者使图8的磁性铁板凸极41a、41b、41c覆盖地折弯并隔着气隙与永久磁铁的外周对峙地构成。

此外，在前述实施例中，示出为了使各环形线圈的星形或三角形接线下所得到的3端子相互间的EMF为120°(电气角)而相对于沿轴向直线形地延伸的永磁转子的圆筒形永久磁铁的磁极来调整各单位定子的凸极的圆周方向的相对位置的例子。

但是，此一相对位置的调整机构通过使各单位定子的对应的凸极的轴向上的相对位置一致，使与各单位定子的凸极对峙的永磁转子的圆筒形永久磁铁的磁极偏斜或者各相独立地构成也可以对应。

此外，虽然在前述实施例中说明了靠磁性感应元件来检测永磁转子的位置的场合，但是根据靠各相独立磁路感生电压来调制的励磁电流波形得到转子的位置信息，对在圆筒形永久磁铁上发生持续的旋转转矩的相的环形线圈进行依次励磁地导前角控制，可以实现无传感器化。因此，此一内容在方案9中述及。

进而，在把各相环形线圈星形接线的场合取为二端子供电，在三角形接线时取为三端子供电，始终有一相未励磁，使此一未励磁的相中具有传感器作用，可以与包含磁性感应元件的传感器等效地利用。因此，此一内容在方案10中述及。

本发明因为如上所述地构成，所以有以下所示的优良效果。

(1)如果用方案1中所述的发明，则在把各相环形线圈取为星形或三角形接线的电路构成中，随着永磁转子的旋转各相环形线圈的EMF的相位差成为120°(电气角)，从永磁转子发出的磁通成为各相独立地作用。

因而，旋转电动机的转矩可以没有脉动地加大，可以谋求振动和噪声的降低和办公自动化机器等被驱动对象的定位精度的提高。

(2)如果用方案2中所述的发明，则除了方案1的发明的效果外，还可以简化各步骤的励磁切换电路的构成。

(3)如果用方案3中所述的发明，则因为各相励磁线圈可以全都被励磁而有助于转矩发生，所以可以增加各步骤驱动的确定性。

(4)如果用方案4中所述的发明，则除了方案1～3中所述的发明的效果外，还因各向异性而可以小型地发生强力的磁通，因而，形成外径小而磁极数大的永磁转子是可能的。

(5)如果用方案5中所述的发明，则除了方案1～4中所述的发明的效果外，通过来自永磁转子的磁通交链凸极的梯形的倾斜部分，使各相环形线圈的输出端子上出现的速度电动势的波形极力地近似于正弦波是可能的，结果可以大幅度地抑制旋转电动机的各步骤驱动中的转矩的脉动。

(6)如果用方案6中所述的发明，则除了方案1～5中所述的发明的效果外，还可以确认永磁转子的位置，供给得到各相环形线圈的可靠控制的信号。

(7)如果用方案7中所述的发明，则除了方案6中所述的发明的效果外，还可以以简单的构成来检测转子位置。

(8)如果用方案8中所述的发明，则除了方案6中所述的发明的效果外，即使在相间的角度很小的场合也可以正确地检测转子位置。

(9)如果用方案9中所述的发明，则除了方案1～5中所述的发明的效果外，没有必要设置独立的永磁转子的旋转位置检测用传感器，可以简化步进电动机的构成。

(10)如果用方案10中所述的发明，则除了方案1、2中所述的发明的效果外，还可以把未励磁的相的环形线圈作为转子位置传感器有效地利用。

Claims (10)

1.一种三相环形线圈式永磁型旋转电动机，备有：

在转子轴的周围配置沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的圆筒形永久磁铁从而构成的永磁转子；及

隔着气隙与前述圆筒形永久磁铁的外周对峙地沿3个轴方向重叠单位定子而构成的定子，其中单位定子备有：包括通过磁性体形成为碗形的M个沿轴向延伸的凸极的一对定子磁极；和通过这一对定子磁极沿轴向叠层的环形线圈，且在环形线圈的内周面处配置凸极使之彼此啮合，

设在前述3个单位定子上的环形线圈的末端是取为星形或三角形接线的三端子供电，

由前述圆筒形永久磁铁造成的各相的交链磁通是仅由来自对应的相的与凸极对峙部分的极的、磁通构成的各相、独立的独立交链磁通，

此一独立交链磁通产生的各相环形线圈的速度电动势的相位决定着各单位定子的凸极和与之对峙的前述圆筒形永久磁铁的相对位置，以便使在前述三端子的任何相之间，依次成为电气角120°的相位差。

2.根据权利要求1中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，控制成同一电流流过卷绕于前述3个单位定子的环形线圈之内的两个环形线圈。

3.一种三相环形线圈式永磁型旋转电动机，备有：

在转子轴的周围配置沿圆周方向按极对数交替排列M个N极和S极的圆筒形永久磁铁从而构成的永磁转子；及

隔着气隙与前述圆筒形永久磁铁的外周对峙地沿3个轴方向重叠单位定子而构成的定子，其中单位定子备有：包括通过磁性体形成为碗形的M个沿轴向延伸的凸极的一对定子磁极；和通过这一对定子磁极沿轴向叠层的环形线圈，且在环形线圈的内周面处配置凸极使之彼此啮合，

设在前述3个单位定子上的环形线圈的末端是取为星形或三角形接线的三端子供电，

由前述圆筒形永久磁铁造成的各相的交链磁通是仅由来自对应的相的与凸极对峙部分的极的、磁通构成的各相、独立的独立交链磁通，

给各相的环形线圈进行励磁，以便在2端子间施加电压、进行三相励磁时，任意一相的强的轴方向电动势与其余两相的弱的轴方向电动势的方向始终为相反方向。

4.根据权利要求1至3中的任何一项中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，作为前述圆筒形永久磁铁，使用按极数、沿圆周方向各向异性化的极各向异性磁铁。

5.根据权利要求1至4中的任何一项中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，各凸极从固定部向前端部宽度变小那样地形成梯形。

6.根据权利要求1至5中的任何一项中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，备有：

检测前述永磁转子的旋转引起的磁场变化的磁性感应元件，

由连接于电源的正极侧与前述各环形线圈的端子间的3个开关元件组成的第1开关元件组，以及

由连接于电源的负极侧与前述各环形线圈的端子间的3个开关元件组成的第2开关元件组，

根据前述磁性感应元件的输出，分别选择前述第1和第2开关元件组的各一个开关元件，或者从一方的开关元件组选择一个，从另一方的开关元件组选择两个并进行通·断控制。

7.根据权利要求6中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，前述磁性感应元件是隔着气隙相对前述圆筒形永久磁铁或与之同步旋转的具有2M个极数的传感器用永久磁铁对峙配置。

8.根据权利要求6中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，备有由隔着气隙相对前述圆筒形永久磁铁或与之同步旋转的具有2M个极数的传感器用永久磁铁对峙配置的磁性体组成的传感器用磁极，前述磁性感应元件配置于通过前述传感器用磁极的磁路中。

9.根据权利要求1至5中的任何一项中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，根据用通过前述圆筒形永久磁铁的磁通而在前述各相环形线圈中所感应的电压来调制的励磁电流波形，检测前述永磁转子的旋转位置，控制超前角以便依次给在前述圆筒形永久磁铁上发生持续的转矩的相的环形线圈励磁。

10.根据权利要求1或2中所述的三相环形线圈式永磁型旋转电动机，其特征在于，在星形接线的场合取为二端子供电，在三角形接线的场合取为三端子供电，通过二相励磁来驱动，把未励磁的一相的环形线圈作为传感器使用，检测速度电动势并检测前述永磁型转子的旋转位置。

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