專利名稱：永磁式步進(jìn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PM式步進(jìn)電機(jī)，特別是涉及一種能夠進(jìn)一步降低振動(dòng)和噪音的PM式步進(jìn)電機(jī)。
由本申請(qǐng)人提出的一種傳統(tǒng)的永磁式步進(jìn)電機(jī)在公開(kāi)號(hào)為10-136631的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)。在該傳統(tǒng)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，為了有效的降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量，定子單元的軛的極齒布置成以等間隔偏離位置。即，當(dāng)極齒(以)等間隔從位置離開(kāi)(布置成偏離該位置)，基本上出現(xiàn)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量在軛內(nèi)可消去并降低。
其它傳統(tǒng)的永磁式步進(jìn)電機(jī)在公開(kāi)號(hào)為5-252719的日本未審查專利申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)為8-126290的日本未審查專利申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)為3-7050的日本未審查專利申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)為9-233802的日本未審查專利申請(qǐng)等之中公開(kāi)。
當(dāng)然，公開(kāi)號(hào)為5-252719的日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)，其中由無(wú)磁性材料構(gòu)成的部件設(shè)置在第一相和第二相之間，并在軸向上堆疊在一起。
公開(kāi)號(hào)為8-126290的日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種連接軛的方法，該軛構(gòu)成永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子。
公開(kāi)號(hào)為3-7050的日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，其中軛的相鄰極齒通過(guò)一個(gè)橋連接。
公開(kāi)號(hào)為9-233802的日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，該永磁式步進(jìn)電機(jī)配備有板簧，該板簧在一個(gè)軸向上偏壓轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。
在公開(kāi)號(hào)為10-136631的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，事實(shí)是例如起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第四次高次諧波分量可降低。然而，不可能第四次高次諧波和第二次高次諧波都降低。而且，在一些部分，外軛的極齒和內(nèi)軛的極齒之間的間隙極其小，因此在這些極齒之間的漏磁通流增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩降低。
另一方面，本發(fā)明人作出的仔細(xì)研究表明在永磁式步進(jìn)電機(jī)中，如傳統(tǒng)上所報(bào)道，由于永磁鐵的起磁力作用，相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角周期性產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，除了所述起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量導(dǎo)致振動(dòng)和噪音外，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電磁力作用，極齒的軸向振動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)和噪音不可忽略。然而，在公開(kāi)號(hào)為10-136631的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，沒(méi)有做什么來(lái)降低噪音，例如極齒的軸向振動(dòng)產(chǎn)生的沖擊聲。
在公開(kāi)號(hào)為5-252719的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，通過(guò)相之間提供的部件，有可能避免第一相和第二相極齒的直接碰撞。然而，專門針對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的降低，該技術(shù)沒(méi)有采用這樣一種構(gòu)造，其中，夾在具有極齒的相之間的部件的碰撞，和具有極齒的部件的碰撞所產(chǎn)生的聲音已經(jīng)導(dǎo)致(引起)噪音增加。
在公開(kāi)號(hào)為8-126290的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，提供一種無(wú)連接方法，它可防止具有極齒的電機(jī)蓋的碰撞，而且，具有極齒的蓋的碰撞所產(chǎn)生的聲音已經(jīng)導(dǎo)致(引起)噪音增加。
相反，在公開(kāi)號(hào)為3-7050的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，極齒的底部的強(qiáng)度增加，因此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，由于電磁力導(dǎo)致的極齒振動(dòng)的降低可望實(shí)現(xiàn)。然而，由于它采用這樣一種構(gòu)造，即其中設(shè)有一個(gè)橋，部件的數(shù)量相當(dāng)大，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。
而且，在公開(kāi)號(hào)為9-233802的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)導(dǎo)致極齒的軸向振動(dòng)的電磁力的反作用力作用在轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)子也軸向振動(dòng)，從而引起板簧彈性變形，并且，當(dāng)在板簧偏移的方向上移動(dòng)時(shí)，與一個(gè)部件例如軸承碰撞，以產(chǎn)生沖擊聲。
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中的問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它能夠進(jìn)一步降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量，而且提供這樣一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它能降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)由于電磁力導(dǎo)致極齒和旋轉(zhuǎn)軸的軸向振動(dòng)所產(chǎn)生的噪音。
為獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1，提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距P1交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，該外軛和內(nèi)軛的內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，
其特征在于每個(gè)外軛和內(nèi)軛具有n組齒組，每個(gè)齒組由m個(gè)定子極齒構(gòu)成，而且假定該齒組內(nèi)的定子極齒的間距為P2，齒組的間距為P3，P2≠P1， ……(1)P3≠m●P1，和……(2)P3≠m●P2……(3)其中，P1,P2和P3是電角度，m和n是等于或大于2的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求2，提供一種如權(quán)利要求1所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于外軛和內(nèi)軛的齒組設(shè)置成外扼的其中任意一個(gè)齒組沿圓周方向僅疊加在內(nèi)扼的其中一個(gè)齒組上。即，在本發(fā)明的權(quán)利要求2中，例如假定m=3，外軛的任意一個(gè)齒組的三個(gè)極齒和與其成對(duì)的內(nèi)軛的齒組的三個(gè)極齒沿圓周方向布置第一外軛，第一內(nèi)軛，第二外軛，第二內(nèi)軛，第三外軛，和第三內(nèi)軛沒(méi)有沿圓周方向疊加在另一齒組上。在其中若干個(gè)定子單元堆疊在一起的多相永磁式步進(jìn)電機(jī)的情況下，它滿足在每個(gè)定子單元內(nèi)這種關(guān)系成立。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求3，提供一種如權(quán)利要求1或2所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l±i/u}，和 ……(4)P3=P1{m±i’/(n●v’)}……(5)成立，其中u是正整數(shù)，i是非u的倍數(shù)的正整數(shù)，i’是非n的倍數(shù)的正整數(shù)，而v’是主高次諧波降低的的次。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求4，提供一種如權(quán)利要求3所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l-i/u}，和 ……(6)P3=P1{m+i’/(n●v’)}……(7)或者關(guān)系式P2=P1{l-i/u}，和 ……(8)P3=P1{m-i’/(n●v’)}……(9)成立。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求5，提供一種如權(quán)利要求1或2所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l±i/(m●v)}，和 ……(10)
P3=P1{m±i’/(n●v’)}……(11)成立，其中v和v’是主高次諧波減少的次，i是非m的倍數(shù)的正整數(shù)，i’是非n的倍數(shù)的正整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求6，提供一種如權(quán)利要求5所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l-i/(m●v)}，和……(12)P3=P1{m+i’/(n●v’)}……(13)或者關(guān)系式P2=P1{l-i/(m●v)}，和……(14)P3=P1{m-i’/(n●v’)}……(15)成立。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求7，提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該定子具有這樣一種構(gòu)造，其中配備有外軛和內(nèi)軛的若干定子單元堆疊在一起，而且外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，軸向間隙位于軸向相鄰的定子單元的定子極齒的底部之間，因此底部相互不接觸。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求8，提供一種如權(quán)利要求1至6中任一所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于該定子具有這樣一種構(gòu)造，其中若干所述定子單元堆疊在一起，而且一個(gè)軸向間隙位于軸向相鄰的定子單元的定子極齒的底部之間，因此該底部相互不接觸。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求9，提供一種如權(quán)利要求7或8所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于軸向相鄰的定子單元之間設(shè)有一個(gè)隔離件，該隔離件僅與定子單元的定子極齒的底部之外的部分接觸，以形成軸向間隙。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求10，提供一種如權(quán)利要求7或8所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于定子極齒的底部變形以便離開(kāi)軸向相鄰的另一個(gè)定子極齒的底部，從而形成軸向間隙。
而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，該外軛和內(nèi)軛的內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其中定子極齒的前端附近的外圓周上設(shè)有一個(gè)約束部件，該約束部件由非磁性材料制成并約束定子極齒。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求12，提供一種如權(quán)利要求1至10中任一所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于在定子極齒的前端附近的外圓周上設(shè)有一個(gè)約束部件，該約束部件由非磁性材料制成并約束定子極齒。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求13，提供一種如權(quán)利要求11或12所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于單獨(dú)提供用來(lái)約束外軛的定子極齒的約束部件，和用來(lái)約束內(nèi)軛的定子極齒的約束部件。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求14，提供一種如權(quán)利要求11或12所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于約束部件的寬度可從外軛的定子極齒的前端附近覆蓋到內(nèi)軛的定子極齒的前端的附近。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求15，提供一種如上述權(quán)利要求1至14中任一所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于約束部件是環(huán)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求16，提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該定子具有這樣一種構(gòu)造，其中配備有外軛和內(nèi)軛的一個(gè)定子單元沿軸向上插入蓋子之間，而且外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于提供一種防止蓋碰撞結(jié)構(gòu)，它用于防止具有蓋的定子極齒碰撞。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求17，提供一種如權(quán)利要求16所述的永磁式步進(jìn)電機(jī)，其特征在于防止蓋碰撞結(jié)構(gòu)具有這樣一種構(gòu)造，其中與蓋接觸的定子極齒的底部與蓋粘合(連接)。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求18，提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，而且外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于在定子極齒的底部，肋通過(guò)加壓模制整體成形。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求19，提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定間距交替布置在外圓周上，和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，在相互軸向分隔開(kāi)的兩個(gè)位置，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸由定子側(cè)面上的部件可旋轉(zhuǎn)地支撐，該定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，而且外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于借助能夠在軸向彈性變形的彈性部件(通過(guò)其中介)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的相互軸向分隔開(kāi)的兩個(gè)位置由轉(zhuǎn)子側(cè)面部件支撐。
在本發(fā)明的權(quán)利要求1中，如公式(1)表示，在齒組中的定子極齒的間距P2與轉(zhuǎn)子極化形成的N極和S極的間距P1不同，因此，對(duì)應(yīng)這種偏差的高諧波的次降低。
有可能假定由m個(gè)定子極齒構(gòu)成的一個(gè)齒組是對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子側(cè)面上的m個(gè)磁極對(duì)的一個(gè)極齒。這樣，如公式(2)所示，齒組的間距P3與m個(gè)磁極對(duì)的間距m●P1不同，因此，對(duì)應(yīng)于該偏差的次的高次諧波降低。
而且，當(dāng)齒組的間距P3是該齒組中的定子極齒的間距P2的m倍時(shí)，在若干齒組上，定子極齒的間距固定，且齒組之間的交界處消失。這樣，如公式(3)所示，齒組的間距P3不是齒組中的定子極齒的間距P2的m倍。
以這種方式，在權(quán)利要求1所述的本發(fā)明中，更高次的高次諧波降低，因此，高次諧波有效降低，因此提供更安靜平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。
而且，一般來(lái)說(shuō)，公知的是在轉(zhuǎn)子磁極間距PR和定子極齒間距PS之間，當(dāng)關(guān)系式PS=PR{1±1/(m●v)}……(16)成立時(shí)，有可能降低包括起動(dòng)轉(zhuǎn)矩第v次的若干高次諧波分量。
每次的高次諧波由預(yù)定周期的正弦波表示，因此，如公式(16)中所示的定子極齒的偏差可以是i倍PR{1/(m●v)}(I是非m倍數(shù)的正整數(shù))，即PR{i/(m●v)}。
這樣，在權(quán)利要求5所述的本發(fā)明中，齒組中的定子極齒的間距P2在公式(10)中表示，有可能降低包括第v次的若干高次諧波分量。而且，當(dāng)齒組的間距P3與在轉(zhuǎn)子側(cè)面上的磁極對(duì)的間距P1之間的關(guān)系為P3=m●P1{l±i’/(n●v’)}……(17)包括第v次的若干高次諧波降低。然而，由于在齒組中產(chǎn)生的高次諧波可分解到m個(gè)轉(zhuǎn)子極齒上，相對(duì)于轉(zhuǎn)子側(cè)面上的m個(gè)磁極對(duì)，齒組的間距的偏差可以是(1/m)。
這樣，從上述公式(17)中，P3=m●P1{l±i’/(n●v’●m)}=P1{l±i’/(n1●v’)}這樣，可獲得上述公式(11)。這樣，在權(quán)利要求5所述的本發(fā)明中，齒組的間距P3表示在上述公式(11)中，因此，還有可能降低包括第v’次的若干高次諧波。
而且，在權(quán)利要求3所述的本發(fā)明中，假定m●v=u(u是正整數(shù))，且I是非u的倍數(shù)的正整數(shù)，公式(4)由公式(10)獲得，齒組的間距P3在公式(5)(與公式(11)相同)中表示，因此，有可能降低包括第v’次的若干高次諧波。
而且，在權(quán)利要求4所述的本發(fā)明中，如權(quán)利要求3所限定的本發(fā)明中的公式(4)和(5)的右側(cè)的“±”由“-”和“+”(公式(6)和(7))的結(jié)合，或“-”和“-”(公式(8)和(9))的結(jié)合替換，如權(quán)利要求6所限定的本發(fā)明中，公式(10)和(11)的右側(cè)的“±”由“-”和“+”(公式(12)和(13))的結(jié)合，或“-”和“-”(公式(14)和(15))的結(jié)合替換。
當(dāng)選擇權(quán)利要求4或6所限定的本發(fā)明的結(jié)合時(shí)，不怕轉(zhuǎn)子極齒之間的間隙變得極小，因此，有可能防止在轉(zhuǎn)子極齒之間的漏磁通流增加，從而有可能防止產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大大降低。
在權(quán)利要求7或8所限定的本發(fā)明中，定子具有若干定子單元堆疊在一起的構(gòu)造。然而，由于在靠近定子單元的定子極齒的底部之間形成的間隙，即使由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的電磁力作用使定子極齒在軸向上振動(dòng)，仍有可能降低定子極齒的底部相互碰撞的可能性。權(quán)利要求9或10所述的構(gòu)造很容易形成這種間隙。
而且，在權(quán)利要求11或12所示的本發(fā)明中，在定子極齒的前端附近的外圓周上設(shè)有一個(gè)約束部件，該約束部件由非磁性材料制成并約束定子極齒，因此，如果當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)電磁力作用在定子極齒上，有可能防止定子極齒的變形。約束部件不一定必須設(shè)置在定子極齒的前端；它可設(shè)置在前端附近的位置，在此有可能約束定子極齒的變形。
而且，如權(quán)利要求13所述的本發(fā)明中，可獨(dú)立設(shè)置用來(lái)約束外軛的定子極齒的約束部件和用來(lái)約束內(nèi)軛的定子極齒的約束部件，或者，如權(quán)利要求14所述的本發(fā)明中，約束部件的寬度足以覆蓋從外軛的定子極齒的前端附近到內(nèi)軛的定子極齒的前端附近，從而減少部件數(shù)量。而且，如權(quán)利要求15所述的本發(fā)明中，一個(gè)環(huán)可用作約束部件，該環(huán)裝配到定子極齒的外圓周上，其中環(huán)的壁厚小于安裝時(shí)與定子極齒相對(duì)的激勵(lì)線圈和定子極齒之間的距離，因此，即使環(huán)連接到定子極齒上，安裝也很容易。
而且，如權(quán)利要求16所述的本發(fā)明中，提供一種防蓋碰撞結(jié)構(gòu)，以防止定子極齒的底部與蓋碰撞，因此，即使由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的電磁力作用，定子極齒在軸向上振動(dòng)，也有可能減少定子極齒的底部與蓋碰撞的可能性。如權(quán)利要求17所述的本發(fā)明中，通過(guò)使與蓋接觸的定子極齒的底部與該蓋連接(例如通過(guò)焊接)，這種防蓋碰撞結(jié)構(gòu)可很容易實(shí)現(xiàn)。
在權(quán)利要求18所述的本發(fā)明中，通過(guò)加壓模制，肋在定子極齒的底部?jī)?nèi)整體成形，因此，即使由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的電磁力作用而產(chǎn)生軸向使定子極齒振動(dòng)的力，也有可能消除或最大程度的減少定子極齒的軸向振動(dòng)，而且，有可能防止定子極齒與其它部件碰撞，或最大程度減小發(fā)生碰撞時(shí)的沖擊。并且，由于肋通過(guò)加壓模制單獨(dú)整體成形，與橋作為分離部件的情況相比，有可能降低成本。
而且，在權(quán)利要求19所述的本發(fā)明中，借助(通過(guò)其中介)能夠在軸向上彈性變形的彈性部件，軸向相互分隔開(kāi)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的兩部分由定子側(cè)部件(例如，蓋)支承，因此，如果由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的電磁力作用導(dǎo)致定子極齒軸向振動(dòng)的力的反作用力輸入，有可能降低旋轉(zhuǎn)軸與軸承等碰撞的可能性。
現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)的截面圖。
圖2是在永磁鐵和定子極齒之間的位置關(guān)系的展開(kāi)圖。
圖3是表示該實(shí)施例的操作的波形圖。
圖4是傳統(tǒng)的例子的波形圖。
圖5是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量的頻率分析的結(jié)果的視圖。
圖6是第二實(shí)施例中永磁鐵和定子極齒的位置關(guān)系的展開(kāi)圖。
圖7是根據(jù)第三實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)的截面圖。
圖8是內(nèi)軛的平面圖。
圖9是具有疊加在其上的分隔件的內(nèi)軛的平面圖。
圖10是外軛的平面圖。
圖11是內(nèi)軛的改進(jìn)型式的截面圖。
圖12是定子極齒的改進(jìn)型式的透視圖。
圖13是從不同方向看去定子極齒改進(jìn)型式的透視圖。
圖14是定子極齒的改進(jìn)型式的側(cè)視圖。
圖15是第四實(shí)施例的外軛和內(nèi)軛的透視圖。
圖16是第四實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)的截面圖。
圖17是表示定子極齒如何變形的視圖。
1永磁式步進(jìn)電機(jī)10轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)軸12A,12B永磁鐵20定子21A第一定子單元21B第二定子單元22激勵(lì)線圈23外軛24內(nèi)軛25,26定子極齒27環(huán)30A,30B蓋31a,31b板簧圖1和2表示本發(fā)明的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，本發(fā)明用于兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)。
即，該實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)1裝配有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子10和以非接觸狀態(tài)圍繞該轉(zhuǎn)子10的定子20。
轉(zhuǎn)子10具有旋轉(zhuǎn)軸11，借助軸承30a和30b(通過(guò)其中介)，該旋轉(zhuǎn)軸11可旋轉(zhuǎn)的支承在由作為定子側(cè)部件的蓋30A和30B軸向相互分隔開(kāi)的兩個(gè)位置。然而，在旋轉(zhuǎn)軸11和軸承30a和30b之間，設(shè)有板簧31a和31b，該板簧用作能夠在軸向上彈性變形的彈性部件，因此，旋轉(zhuǎn)軸11在一范圍內(nèi)可相對(duì)于蓋30A和30B軸向移動(dòng)，在該范圍中，板簧31a和31b可以彈性變形。
而且，在蓋30A和30B之間的旋轉(zhuǎn)軸11的位置，存在相互軸向分隔開(kāi)的固定的筒狀永磁鐵12A和12B。這些永磁鐵12A和12B是相同結(jié)構(gòu)，并如圖2(a)所示，它是外圓周表面的展開(kāi)圖，N極和S極以固定間距P1交替并沿圓周極化。
另一方面，定子20包括第一和第二定子單元21A和21B，該第一和第二定子單元垂直堆疊在一起，形成對(duì)應(yīng)于永磁鐵12A和12B的兩次。定子單元21A和21B除了在下述定子極齒的圓周位置內(nèi)有一些偏差和垂直倒轉(zhuǎn)外，它們是相同的部件。
即，每個(gè)第一和第二定子單元21A和21B配備有激勵(lì)線圈22，外軛23和內(nèi)軛24，激勵(lì)線圈22通過(guò)將導(dǎo)線纏繞成筒形并在其上進(jìn)行絕緣處理來(lái)成形，激勵(lì)線圈22布置在外軛23和內(nèi)軛24之間。
外軛23配備有覆蓋激勵(lì)線圈22的外圓周表面的筒狀殼體部分23a，在靠近蓋30A或30B的側(cè)面上覆蓋激勵(lì)線圈22的端表面的盤狀板部分23b，和若干梳齒狀定子極齒25，該定子極齒25從板部分23b的中心沿激勵(lì)線圈22的內(nèi)圓周表面軸向伸展。外軛23的殼體部分23a，板部分23b和定子極齒25通過(guò)壓制由一塊鋼板整體成形。
內(nèi)軛24設(shè)有盤狀板部分24a，該盤狀板部分24a覆蓋遠(yuǎn)離蓋30A或30B的激勵(lì)線圈22的端表面，和沿激勵(lì)線圈22的內(nèi)圓周表面從板部分24a的中心軸向延伸的若干梳齒狀定子極齒26。外軛23的板部分24a和定子極齒26通過(guò)壓制由一塊鋼板整體成形。
外軛23的定子極齒25的數(shù)量與內(nèi)軛24(在本實(shí)施例中是12)的定子極齒26的數(shù)量相同，定子極齒25和26交替布置在激勵(lì)線圈22的內(nèi)圓周表面上，以便相互不接觸。
圖2(b)是外軛23和內(nèi)軛24的一部分的展開(kāi)圖，它表示每個(gè)第一定子單元21A和第二定子單元21B的外軛23和內(nèi)軛24的六至七個(gè)定子極齒25a至25g和定子極齒26a至26f和261。下面將描述定子極齒25和26的特定位置。
第一定子單元21A和第二定子單元21B布置在蓋30A和30B之間，并在下列條件下固定就位，即它們堆疊在一起，以便定子極齒25和26的圓周位置移動(dòng)(偏移)一個(gè)預(yù)定角度。
而且，在上述結(jié)構(gòu)的永磁式步進(jìn)電機(jī)1中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路(未表示)順序接通電流，以便流經(jīng)激勵(lì)線圈22，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，且轉(zhuǎn)子10受驅(qū)動(dòng)。
接著，描述本實(shí)施例的定子極齒25和26的特定位置。提供了十二個(gè)定子極齒25和十二個(gè)定子極齒26。其中，六個(gè)定子極齒25和六個(gè)定子極齒26相結(jié)合以構(gòu)成一組。即，存在兩組，每組適當(dāng)?shù)姆殖上率鳊X組。這樣，僅描述六個(gè)定子極齒25和六個(gè)定子極齒26的成形位置。
即，在本實(shí)施例中，在權(quán)利要求3所述的本發(fā)明中公式(4)和(5)的關(guān)系成立，以便在權(quán)利要求1所述的本發(fā)明中的公式(1)至(3)的關(guān)系可成立。特別是，在權(quán)利要求4所述的本發(fā)明中的公式(8)和(9)的關(guān)系成立。
在本實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，用來(lái)確定間距P2和P3的值如下所述m=3,n=2,u=32,i=1,I’=1,v’=4即，在本實(shí)施例中，每個(gè)軛23和24配備有六個(gè)定子極齒25a至25f,26a至26f。針對(duì)外軛23，六個(gè)定子極齒25a至25f分成兩個(gè)齒組，每個(gè)齒組由三個(gè)定子極齒25a至25c,25d至25f組成。而針對(duì)內(nèi)軛24，六個(gè)定子極齒26a至26f分成兩個(gè)齒組，每個(gè)齒組由三個(gè)定子極齒26a至26c,26d至26f組成。
外軛23和內(nèi)軛24的每個(gè)齒組調(diào)節(jié)成例如，外軛23的一個(gè)齒組25a至25c沿圓周疊加在內(nèi)軛24的僅一個(gè)齒組26a至26c上。如果齒組的數(shù)量或構(gòu)成每個(gè)齒組的定子極齒的數(shù)量改變，則該關(guān)系保持(是)相同的。
而且，當(dāng)上述值代入公式(8)和(9)內(nèi)，P2=P1{1-1/32}，和P3=P1{3-1/8}確定定子極齒25a至25f和26a至26f的成形位置，以獲得這些間距P2和P3。
在該構(gòu)造中，由于v’=4，有可能降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第四次高次諧波。圖3是波形圖，它通過(guò)對(duì)兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)實(shí)際進(jìn)行測(cè)量來(lái)獲得，該步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)數(shù)是48，并采用該實(shí)施例的構(gòu)造。圖4是通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的永磁式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行類似的測(cè)量獲得的圖，與圖4相比較可知，波幅基本上減小。而且，通過(guò)對(duì)圖3和4的結(jié)果進(jìn)行頻率分析可知，如圖5所示，第四次高次諧波的實(shí)質(zhì)降低已查實(shí)。
而且，在本實(shí)施例中，有可能避免外軛23的定子極齒25和內(nèi)軛24的定子極齒26之間的間隙變得極其小。即，例如，考慮圖2(b)所示的定子極齒25d和定子極齒26c之間的間距P4。假定定子極齒25和定子極齒26以固定間距布置，間距P2等于間距P1，因此，P4=P1/2。然而，在上述公開(kāi)號(hào)為10-136631的日本未審查專利申請(qǐng)的永磁示步進(jìn)電機(jī)的情況下，如果定子極齒25和定子極齒26的間距P2沒(méi)有固定，相鄰的定子極齒25和定子極齒26的間距在一些位置大，而在另一些位置小，因此相鄰的定子極齒25和定子極齒26的間距的最小值必須小于P1/2。
然而，在本實(shí)施例中，當(dāng)間距P2和P3根據(jù)權(quán)利要求4所述的本發(fā)明中的公式(8)和(9)(當(dāng)選擇公式(6)和(7)時(shí)相同)調(diào)節(jié)時(shí)，由于間距P2的偏差方向和由于間距P3的偏差方向相互抵償，因此，有可能避免間距P4變得太小。
參考圖2(b)來(lái)特別對(duì)此說(shuō)明。例如當(dāng)認(rèn)為在設(shè)定間距P2和P3之前的狀態(tài)固定時(shí)，其中間距P2等于間距P1，以及當(dāng)認(rèn)為齒組25a至25c和26a至26c的中央定子極齒25b和26b的位置固定時(shí)，并且當(dāng)根據(jù)公式(8)相對(duì)于這些固定位置調(diào)節(jié)間距P2時(shí)，定子極齒25a和25c接近定子極齒25b，且定子極齒26a和26c接近定子極齒26b。相對(duì)于齒組25d至25f和26d至26f也產(chǎn)生類似的運(yùn)動(dòng)。結(jié)果，齒組的端部之間的距離變化，因此端部相互分隔(間距P4增加)。這樣，如果，根據(jù)公式(9)設(shè)定齒組的間距P3，將導(dǎo)致齒組的端部之間的距離變化，因此，端部相互接近(即，如果間距P4減少)，由于設(shè)定了間距P2，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了間距P4的增加，因此，有可能防止間距P4變得極其小。當(dāng)代替公式(8)和(9)而是采用公式(6)和(7)時(shí)，可防止間距大大降低。在本實(shí)施例的構(gòu)造中，間距P4的最小值等于0.88(P1/2)，與公開(kāi)號(hào)為10-136631的日本未審查專利申請(qǐng)中公開(kāi)的永磁式步進(jìn)電機(jī)的情況下間距的最小即0.83(P1/2)相比，該值較大。
而且，當(dāng)間距P4不是極其小時(shí)，它有可能防止在定子極齒25d和26c之間的漏磁通流的增加，因此，有可能防止產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的實(shí)質(zhì)降低。
而且，在本實(shí)施例中，板簧31a和31b分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸11和軸承30a之間，以及旋轉(zhuǎn)軸11和軸承30b之間，因此可有利的獲得振動(dòng)的進(jìn)一步降低。即，即使當(dāng)導(dǎo)致定子極齒25和26的軸向振動(dòng)的力是由驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力產(chǎn)生，且該力的反作用力通過(guò)永磁鐵輸入到轉(zhuǎn)子10側(cè)面，旋轉(zhuǎn)軸在板簧31a和31b有可能彈性變形的范圍內(nèi)可軸向移動(dòng)，因此旋轉(zhuǎn)軸11與軸承30a和30b碰撞，從而降低產(chǎn)生滑動(dòng)和沖擊聲音的可能性。
圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例的視圖；它是與表示上述第一實(shí)施例的圖2類似的展開(kāi)圖。由于該實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)的一般構(gòu)造與第一實(shí)施例相同，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有表示，且省略了疊加的描述，與第一實(shí)施例的相同的部件和位置由相同的數(shù)字標(biāo)記表示，省略了對(duì)其的描述。
在本實(shí)施例中，權(quán)利要求5所述的本發(fā)明中的公式(10)和(11)的關(guān)系成立，以便如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明中的公式(1)至(3)的關(guān)系可成立。特別是，如權(quán)利要求6所述的本發(fā)明中的公式(14)和(15)的關(guān)系成立。
在該實(shí)施例的永磁式步進(jìn)電機(jī)中，用來(lái)確定間距P2和P3的值如下所述m=3,n=2,i=2,v=4,i’=1,v’=2。
即，在本實(shí)施例中，外軛23的六個(gè)定子極齒25a至25f分成兩個(gè)齒組，每個(gè)齒組由三個(gè)定子極齒25a至25c,25d至25f構(gòu)成，且內(nèi)軛24的六個(gè)定子極齒26a至26f分成兩個(gè)齒組，每個(gè)齒組由三個(gè)定子極齒26a至26c,26d至26f構(gòu)成。而且，從公式(14)和(15)可知，間距P2和P3可根據(jù)如下獲得P2=P1{1-2/12}P3=P1{3-1/4}在該構(gòu)造中，由于v=4，通過(guò)在齒組中的定子極齒25a至25c,25d至25f,26a至26c,和26d至26f的間距P2內(nèi)的偏移，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第四次高次諧波降低，而且，由于v’=2，通過(guò)定子極齒25a至25c和25d至25f之間，以及26a至26c和26d至26f之間的間距P3內(nèi)的偏移，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第二次高次諧波降低。這樣，與傳統(tǒng)的永磁式步進(jìn)電機(jī)不同，它能降低許多次高次諧波，因此有可能獲得更安靜和更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
而且，在本實(shí)施例中，公式(14)和(15)適合設(shè)置間距P2和P3，因此，與上述第一實(shí)施例相同，當(dāng)設(shè)定間距P2時(shí)，間距P4增加(擴(kuò)大)。這樣，當(dāng)設(shè)定間距P3時(shí)，如果間距P4變小，有可能防止其變的太小，因此有可能防止定子極齒25d和26c之間的漏磁通流增加，從而有可能防止產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大大降低。當(dāng)采用公式(12)和(13)來(lái)代替公式(14)和(15)時(shí)，有可能防止間距變得太小。
圖7至10是本發(fā)明的第三實(shí)施例的視圖。圖7是與圖1類似的兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)1的截面圖。與第一實(shí)施例的相同的部件和位置由相同的數(shù)字標(biāo)記表示，省略了對(duì)其的描述。在本實(shí)施例中，定子極齒25和26的圓周位置關(guān)系根據(jù)上述第一和第二實(shí)施例中的公式(6)和(7)，公式(8)和(9)，公式(12)和(13)，和公式(14)和(15)設(shè)定。
而且，在本實(shí)施例中，盤狀間隔件40設(shè)置在第一定子單元21A和第二定子單元21B之間。然而，在間隔件40的中心，設(shè)有環(huán)形開(kāi)口40a，該環(huán)形開(kāi)口40a的直徑幾乎與內(nèi)軛24的板部分24a的直徑d相同(見(jiàn)圖8)，因此，如圖9所示，間隔件40僅與內(nèi)軛24的板部分24a接觸，而不與定子極齒26的底部接觸。
這樣，在軸向相鄰的第一定子單元21A和第二定子單元21B之間設(shè)有軸向間隙41，因此定子極齒26的底部相互不接觸。
另一方面，外軛23的板部分23b與蓋30A和30B接觸，對(duì)于與蓋30A和30B接觸的部分，焊接點(diǎn)w設(shè)置在定子極齒25的底部，在焊接點(diǎn)w進(jìn)行點(diǎn)焊，以便將定子極齒25的底部與蓋30A或30B連接。特別是，在該實(shí)施例中，如圖10所示，焊接點(diǎn)w設(shè)置在定子極齒25的每個(gè)其它底部上，以便進(jìn)行點(diǎn)焊，因此，定子極齒25不會(huì)很容易的從蓋30A和30B上脫離。
而且，在具有上述構(gòu)造的本實(shí)施例中，即使引起定子極齒25和26軸向振動(dòng)的力是由驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力產(chǎn)生，其所帶來(lái)的噪音不容易產(chǎn)生。第一個(gè)原因在于，在與第一實(shí)施例相同的該實(shí)施例中，板簧31a和31b分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸11和軸承30a之間，以及旋轉(zhuǎn)軸11和軸承30b之間。
第二個(gè)原因在于形成間隙41。即，即使由于驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力導(dǎo)致內(nèi)軛24的定子極齒26軸向振動(dòng)，由于形成間隙41，有可能避免在第一定子單元21A上的定子極齒26與第二定子單元21B側(cè)面上的定子極齒26碰撞。而且，通過(guò)減少內(nèi)軛24的接觸部分，有可能降低第一和第二定子單元21A和21B之間的磁場(chǎng)干擾，因此，有可能避免電磁力的波動(dòng)或?qū)е滦D(zhuǎn)不均衡。
而且，第三個(gè)原因在于定子極齒25不容易與蓋30A和30B分離。即，即使由于驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力導(dǎo)致軸向力輸入到外軛23的定子極齒25，只要定子極齒25不與蓋30A和30B分離，當(dāng)返回到初始位置時(shí)，定子極齒25不能與蓋30A和30B碰撞。
這樣，在本實(shí)施例的構(gòu)造中，由于與第一和第二實(shí)施例類似的作用，有可能降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量，而且，由于驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力導(dǎo)致定子極齒25和26軸向振動(dòng)的力引起的振動(dòng)，因此，有可能獲得有利的非常安靜和平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在該實(shí)施例中，外軛23的定子極齒25的底部通過(guò)焊接與蓋30A和30B連接的構(gòu)造對(duì)應(yīng)于用來(lái)防止蓋碰撞的結(jié)構(gòu)。
在第三實(shí)施例中，間隙41通過(guò)利用間隔件40成形，這不應(yīng)該限于該結(jié)構(gòu)。通過(guò)使定子極齒26的底部在離開(kāi)(以便分離)相鄰的內(nèi)軛24的方向上變形，有可能形成間隙41。特別是，如圖所示，例如，在圖11(a)中，間隙41可以臺(tái)階狀方式使定子極齒26的底部變形來(lái)形成間隙41，或者如圖11(b)所示，通過(guò)使定子極齒26的底部彎曲，間隙41可變形。當(dāng)通過(guò)壓制形成內(nèi)軛24時(shí)，可整體獲得如圖11(a)和11(b)所示的構(gòu)造，因此生產(chǎn)成本不增加。
而且，由于驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1的電磁力導(dǎo)致的噪音降低的構(gòu)造，還有可能采用圖12至14所示的構(gòu)造。圖12是內(nèi)軛24和其附近的板部分24的一個(gè)定子極齒26的透視圖。圖13是從相反方向看去的透視圖，圖14是相同部分的側(cè)視圖。沿內(nèi)軛24的徑向伸展的肋42a，42b和42c在定子極齒26的底部的中央和兩側(cè)上通過(guò)壓制整體成形。有可能采用外軛23的定子極齒25的類似構(gòu)造。而且，當(dāng)肋42a,42b和42c在定子極齒25和26上成形時(shí)，即使導(dǎo)致定子極齒25和26軸向振動(dòng)的力由驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)1時(shí)的電磁力產(chǎn)生，有可能消除或最大程度減少定子極齒25和26的振動(dòng)，因此，有可能防止定子極齒25和26與蓋30A和30B碰撞，其它定子極齒26與其靠近或使沖擊最小，而且有可能消除或最大程度減小噪音。
而且，在圖12至14的構(gòu)造中，通過(guò)沖壓整體形成肋42a,42b和42c，因此，與以后分離部件緊固的構(gòu)造不同，生產(chǎn)成本沒(méi)有增加。
圖15至17表示本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖15是外軛23和內(nèi)軛24的透視圖。永磁式步進(jìn)電機(jī)的一般構(gòu)造與第一實(shí)施例相同，因此，它沒(méi)有表示在附圖中，下面省略了對(duì)其的描述。與第一實(shí)施例的相同的部件和位置由相同的數(shù)字標(biāo)記表示，省略了對(duì)其的描述。
而且，在本實(shí)施例中，如圖15所示，在外軛23的定子極齒25的前端的外圓周內(nèi)，提供用作約束部件的環(huán)27，以限制定子極齒25的向外和徑向的變形，而且，由于該環(huán)27，內(nèi)軛24的定子極齒26的向外變形也受到約束。即，環(huán)27由非磁性材料例如鋁或黃銅形成，而且，如圖16的截面圖所示，環(huán)的寬度使得當(dāng)環(huán)27與外軛23和內(nèi)軛24的定子極齒25連接時(shí)，它可覆蓋從外軛23的定子極齒25的前端到內(nèi)軛24的定子極齒26的端，它們相互接合，并且，環(huán)的壁厚使得當(dāng)環(huán)27與定子極齒25和26連接時(shí)，在環(huán)27和激勵(lì)線圈22之間留有余地，而且定子極齒25和26的向外的變形可受約束。
而且，例如，在環(huán)27壓配合到外軛23的定子極齒25的外圓周表面上之后，內(nèi)軛24的定子極齒26被迫進(jìn)入環(huán)27，因此環(huán)27與外軛23的定子極齒25和內(nèi)軛24的定子極齒26連接。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)徑向或軸向作用的電磁力作用到定子極齒25和26上時(shí)，由于這些定子極齒25和26部分的低剛度，定子極齒25和26每次向外徑向變形，在轉(zhuǎn)子10和定子極齒25和26的磁極的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而引起軸向變形，以便產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。即，與圖17(a)所示的電機(jī)沒(méi)有受到驅(qū)動(dòng)的情況相比，在圖17(b)所示的電機(jī)受到驅(qū)動(dòng)的情況下，定子極齒徑向向外變形，越靠近前端，變形越大。盡管圖17(b)只表示了一個(gè)定子極齒，該現(xiàn)象在外軛23和內(nèi)軛24的定子極齒25和26中可觀察到。
然而，在本實(shí)施例中，提供環(huán)27，該環(huán)27與靠近定子極齒25和26的前端的部分接合，因此，有可能約束定子極齒25和26的徑向和向外變形。這樣，定子極齒25和26的變形受到約束，因此由于定子極齒25和26的變形引起的振動(dòng)也受到約束。
通過(guò)例如用樹(shù)脂或類似物或埋置金屬來(lái)填充定子極齒25和26與激勵(lì)線圈22之間的間隙，可限制定子極齒25和26的變形。然而，樹(shù)脂具有低硬度，而且必須用樹(shù)脂填充定子極齒25和26與激勵(lì)線圈22之間的間隙，以便將其固定，結(jié)果是裝配花費(fèi)了太多時(shí)間。另一方面，從制造的觀點(diǎn)來(lái)看，埋置金屬的方法很困難。而且，無(wú)意中的應(yīng)力可作用在定子極齒25和26上。然而，在本實(shí)施例中，必須將環(huán)27與定子極齒25和26連接，因此，很容易進(jìn)行裝配。而且，由于環(huán)27成形以便在它與激勵(lì)線圈22之間留有余地，因此，即使當(dāng)安裝定子極齒25和26與激勵(lì)線圈22時(shí)，也很容易進(jìn)行裝配。
而且，如圖17所示，安裝變形在定子極齒25和26的前端要比在其底部大。然而，在該實(shí)施例中，環(huán)設(shè)置在定子極齒25和26的前端附近，這意味著環(huán)27設(shè)置在定子極齒25和26的安裝變形最大的位置，因此，有可能有效的約束定子極齒25和26的變形。
盡管在本實(shí)施例中，外軛23和內(nèi)軛24的定子極齒25和26受到約束，這應(yīng)該不限制其構(gòu)造。還有可能提供兩個(gè)環(huán)用來(lái)約束外軛23的定子極齒25的環(huán)，和用來(lái)約束內(nèi)軛24的定子極齒26的環(huán)。然而，通過(guò)由單獨(dú)的環(huán)27來(lái)約束外軛23和內(nèi)軛24的定子極齒25和26，有可能約束電機(jī)的部件數(shù)量的增加至最小水平。
而且，盡管在該實(shí)施例中，環(huán)27提供作為定子極齒25和26的約束部件，該約束部件不一定必須是環(huán)的形式。例如，它可以是線圈形式的部件，而且任何類型的部件可應(yīng)用，只要它能夠約束定子極齒25和26的變形。
而且，盡管在上述實(shí)施例中，環(huán)27的壁厚使得當(dāng)環(huán)27與定子極齒25和26連接時(shí)，在環(huán)27和激勵(lì)線圈22之間留有余地，該余地不一定必須保留；但壁厚必須小于環(huán)27和激勵(lì)線圈22之間的距離。基本上，壁厚應(yīng)使得當(dāng)裝配定子極齒25和26與激勵(lì)線圈22時(shí)，即使當(dāng)環(huán)27連接時(shí)，裝配也可很容易的進(jìn)行。
而且，在該實(shí)施例中，有可能在與定子極齒25和26相對(duì)的環(huán)27的側(cè)面上形成與定子極齒25和26相適應(yīng)的凹槽或類似結(jié)構(gòu)，以便布置定子極齒25和26，并且當(dāng)定子極齒25和26與環(huán)27接合時(shí)將其用作引導(dǎo)件。
而且，盡管在上述實(shí)施例中，環(huán)27用來(lái)覆蓋定子極齒25和26的前端，環(huán)不一定必須覆蓋到前端；它足以覆蓋靠近前端的部分，因此定子極齒25和26的變形可受到約束。
盡管在上述實(shí)施例中，本發(fā)明的永磁式步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)1，本發(fā)明的應(yīng)用目標(biāo)不僅限于此。本發(fā)明還可應(yīng)用于單相或三相或多相永磁式步進(jìn)電機(jī)。
而且，盡管在上述第一和第二實(shí)施例中，間距P2和P3設(shè)定為目的在于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第四次高次諧波分量或者起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的第二次高次諧波分量和第四次高次諧波分量的降低，這不應(yīng)限于此。例如，在三相永磁式步進(jìn)電機(jī)的情況下，有可能采用一種構(gòu)造，其中第四次高次諧波分量和第六次高次諧波分量可降低，而且，在四相永磁式步進(jìn)電機(jī)的情況下，有可能采用這樣一種構(gòu)造，其中第四次高次諧波分量和第八次高次諧波分量可降低，其選擇可任意進(jìn)行。
如上所述，在權(quán)利要求1至6所述的本發(fā)明中，在齒組中的定子極齒的間距P2和齒組的間距P3適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，因此高次的高次諧波可降低，因此，高次諧波可有效的降低，且可實(shí)現(xiàn)更安靜和平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。
特別是，在權(quán)利要求4或6所述的本發(fā)明中，有可能防止定子極齒之間的間隙變得極其小，因此，有可能防止定子極齒之間的漏磁通流的增加，從而有可能避免產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的大大降低。
而且，在權(quán)利要求7至19所述的本發(fā)明中，即使導(dǎo)致外軛和內(nèi)軛定子極齒的軸向振動(dòng)的力由驅(qū)動(dòng)永磁式步進(jìn)電機(jī)的電磁力產(chǎn)生，振動(dòng)和沖擊聲音沒(méi)有產(chǎn)生或不容易產(chǎn)生，因此，有可能獲得更安靜的永磁式步進(jìn)電機(jī)。
特別是，根據(jù)權(quán)利要求7至9所述的本發(fā)明中，有可能降低定子單元之間的磁場(chǎng)干擾，因此有可能防止力的波動(dòng)和由此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)的不均衡。而且，根據(jù)權(quán)利要求11至15所述的本發(fā)明，即使產(chǎn)生了導(dǎo)致定子極齒徑向振動(dòng)的力，也不會(huì)發(fā)生(不產(chǎn)生)振動(dòng)，因此還有可能約束力所產(chǎn)生的振動(dòng)，該力導(dǎo)致徑向振動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距P1交替布置在外圓周上，定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，該外軛和內(nèi)軛的內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于每個(gè)所述外軛和內(nèi)軛具有n組齒組，每個(gè)齒組由m個(gè)所述定子極齒構(gòu)成，而且假定該齒組內(nèi)的所述定子極齒的齒距為P2，所述齒組的齒距為P3，P2≠P1，P3≠m●P1，且P3≠m●P2其中，P1,P2和P3是電角度，m和n是等于或大于2的整數(shù)。
2．如權(quán)利要求1所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于外軛和內(nèi)軛的齒組設(shè)置成外扼的其中任意一個(gè)齒組沿圓周方向僅疊加在內(nèi)扼的其中一個(gè)齒組上。
3．如權(quán)利要求1或2所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l±i/u}，和P3=P1{m±i’/(n●v’)}保持為真，其中u是正整數(shù)，i是非u的倍數(shù)的正整數(shù)，i’是非n的倍數(shù)的正整數(shù)，而v’是主高次諧波降低的階。
4．如權(quán)利要求3所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l-i/u}，和P3=P1{m+i’/(n●v’)}或者關(guān)系式P2=P1{l-i/u}，和P3=P1{m-i’/(n●v’)}保持為真。
5．如權(quán)利要求1或2所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于P2=P1{l±i/(m●v)}，和P3=P1(m±i’/(n●v’)}保持為真，其中v和v’是主高次諧波減少的次，i是非m的倍數(shù)的正整數(shù)，i’是非n的倍數(shù)的正整數(shù)。
6．如權(quán)利要求5所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于關(guān)系式P2=P1{l-i/(m●v)}，和P3=P1{m+i’/(n●v’)}或者關(guān)系式P2=P1{l-i/(m●v)}，和P3=P1{m-i’/(n●v’)}保持為真。
7．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距交替布置在外圓周上，該定子具有一種構(gòu)造，其中配備有外軛和內(nèi)軛的若干定子單元堆疊在一起，而且外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于軸向間隙位于軸向相鄰的所述定子單元的所述定子極齒的底部之間，因此底部相互不接觸。
8．如上述權(quán)利要求1至6中任一所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該定子具有一種構(gòu)造，其中若干所述定子單元堆疊在一起，而且一個(gè)軸向間隙位于軸向相鄰的定子單元的定子極齒的底部之間，因此該底部相互不接觸。
9．如權(quán)利要求7或8所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于軸向相鄰的定子單元之間設(shè)有一個(gè)隔離件，該隔離件僅與定子單元的定子極齒的底部之外的部分接觸，以形成軸向間隙。
10．如權(quán)利要求7或8所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于定子極齒的底部在離開(kāi)(以便隔離)軸向相鄰的另一個(gè)定子極齒的底部的方向上變形，以形成軸向間隙。
11．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距交替布置在外圓周上，所述定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，該外軛和內(nèi)軛的內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于所述定子極齒的前端附近的外圓周上設(shè)有一個(gè)約束部件，該約束部件由非瓷材料制成并約束所述定子極齒。
12．如上述權(quán)利要求1至10中任一所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于在定子極齒的前端附近的外圓周上設(shè)有一個(gè)約束部件，該約束部件由非磁性材料制成并約束定子極齒。
13．如權(quán)利要求11或12所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于單獨(dú)提供用來(lái)約束外軛的定子極齒的約束部件，和用來(lái)約束內(nèi)軛的定子極齒的約束部件。
14．如權(quán)利要求11或12所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于約束部件的寬度用于從外軛的定子極齒的前端附近覆蓋到內(nèi)軛的定子極齒的前端的附近。
15．如上述權(quán)利要求1至14中任一所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于約束部件是一個(gè)環(huán)。
16．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距交替布置在外圓周上，該定子具有這樣一種構(gòu)造，其中配備有外軛和內(nèi)軛的一個(gè)定子單元沿軸向上插入蓋子之間，而且所述外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于提供一種防止蓋碰撞結(jié)構(gòu)，它用于防止所述定子極齒與所述蓋碰撞。
17．如權(quán)利要求16所述的脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于防止蓋碰撞結(jié)構(gòu)具有這樣一種構(gòu)造，其中與蓋接觸的定子極齒的底部與蓋粘合(連接)。
18．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距交替布置在外圓周上，該定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，而且所述外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于在所述定子極齒的底部，肋通過(guò)壓模整體成形。
19．一種脈沖調(diào)制式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和圍繞該轉(zhuǎn)子的定子，該轉(zhuǎn)子中永磁鐵的成對(duì)的N和S磁極沿圓周方向以固定齒距交替布置在外圓周上，在相互軸向分隔開(kāi)的兩個(gè)位置，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸由所述定子側(cè)面上的部件可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐，該定子具有一個(gè)定子單元，該定子單元配備有外軛和內(nèi)軛，而且所述外軛和內(nèi)軛在內(nèi)圓周上具有梳齒狀定子極齒，其特征在于借助能夠在軸向彈性變形的彈性部件(通過(guò)其中間)，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的所述相互軸向分隔開(kāi)的兩個(gè)位置由所述轉(zhuǎn)子側(cè)面部件支撐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種永磁式步進(jìn)電機(jī),它能進(jìn)一步降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的高次諧波分量。為每個(gè)外軛23和內(nèi)軛24設(shè)置n組齒組,每個(gè)齒組由m個(gè)定子極齒25a－25f,26a－26f構(gòu)成,并且定子極齒25a－25f,26a－26f的間距P2,齒組的間距P3,和永磁鐵的N極和S極的間距P1設(shè)定為下列關(guān)系式:P2≠P1,P3≠m·P1,和P3≠m·P2成立,其中P1,P2和P3是電角度,m和n是等于或大于2的整數(shù)。
文檔編號(hào)H02K1/14GK1289169SQ00128698
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月22日
發(fā)明者小池良和, 池上昭彥 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社