多极旋转机器制造技术

多极旋转机器，包括：定子；柱形外转子与定子同心布置，在其间有气隙。定子有两个分开的定子元件和保持在其间的环形永磁体，永磁体沿定子轴向形成Ｎ和Ｓ极。沿定子轴向分离的多个较小定子齿Ａ和＊、Ｂ和＊形成于定子元件外周面上。用于Ａ相和Ｂ相的定子绕组分别环绕定子元件。转子有多个较小转子齿，数目与定子齿相同；定子齿Ａ、＊、＊和Ｂ分别沿周向相对转子齿偏移１／４倍定子齿节距。定子和转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和／或无机材料形成。定子齿＊与定子齿Ａ沿定子轴向的厚度的比例小于１，以使定子齿Ａ和＊的平均磁导性基本相等，定子齿＊与定子齿Ｂ沿定子轴向的厚度的比例小于１，以使定子齿Ｂ和＊的平均磁导性基本相等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多极旋转机器，尤其是涉及一种普通的混合类型步进马达，该步进马达能够增加输出和减小变动力矩，以便用于办公室自动化(OA)装置和全自动(FA)装置。
技术介绍
已经提出了可变磁阻(VR)类型的步进马达、永磁体(PM)类型的步进马达和混合(HB)类型的步进马达，该可变磁阻类型的步进马达具有使用非永磁体的转子，该永磁体类型的步进马达具有由永磁体组成的转子，而该混合类型的步进马达通过混合可变磁阻类型步进马达和永磁体类型步进马达而形成。永磁体类型步进马达和混合类型步进马达能够减小尺寸，因此用于相对较小的工业机器中。特别是，混合类型的步进马达精确性高和力矩大，且步进角较小，因此这种马达广泛使用。不过，该马达还需要减小尺寸和增加力矩。为了增加力矩，有效的是增加使绕组互联的磁通和绕组的匝数。在日本专利申请公开No.12856/81中公开了一种能够在不减少分辨率(resolution)或转子齿数的情况下增加使绕组互联的磁通的步进马达。图26是如日本专利申请公开No.12856/81中所述的、具有外转子的混合类型马达的垂直正剖图。在图26中，参考标号1表示静止轴，2表示前盖，2′表示后盖，且3表示环形磁体，该环形磁体被磁化为沿它的轴向方向形成N和S极，该磁体3固定在静止轴1上，该静止轴1穿过磁体3的中心部分。参考标号4、5分别表示对应于A相和B相的柱形定子元件，该定子元件形成固定在轴1上的定子6。定子元件4在它的外周表面上有多个较小的定子齿A和A，该定子齿A和A沿该定子元件的轴向方向彼此分开，较小定子齿A与磁体3的一个侧表面接触。定子元件5在它的外周表面上有多个较小的定子齿B和B，该定子齿B和B沿该定子元件的轴向方向彼此分开，较小定子齿B与磁体3的另一侧表面接触。参考标号8表示在定子元件4的中心部分处形成于外周表面上的环形槽，9表示在定子元件5的中心部分处形成于外周表面上的环形槽，12表示布置在环形槽8中的励磁绕组，且13表示布置在环形槽9中的励磁绕组。参考标号10表示由轴1通过轴承11和11′以及盖2和2′而可旋转地支承的柱形转子。转子10的内周表面对着定子6的外周表面，同时在它们之间有气隙，并有多个较小转子齿，数目与定子元件4或5的较小定子齿的数目相同。如图26A和图26B所示，较小定子齿A沿周向相对较小定子齿A偏移0.5倍较小定子齿节距。如图26C和图26D所示，较小定子齿B沿周向相对较小定子齿A偏移0.25倍较小定子齿节距，且较小定子齿B沿周向相对较小定子齿A偏移0.75倍较小定子齿节距。在上述情况中，较小定子齿A、B、A和B沿周向分别偏移0.25倍较小定子齿节距。在另一情况下，较小定子齿并不沿周向偏移，但是与较小定子齿相对应的较小转子齿沿周向偏移0.25倍较小转子齿节距。下面解释磁通流。如图28所示，由磁体3发出的磁通进入定子元件4，并分成经过较小定子齿A的磁通φA以及经过较小定子齿A的磁通φA。磁通φA和磁通φA进入转子10，向右引导，并分成经过较小定子齿B的磁通φB以及经过较小定子齿B的磁通φB。磁通φB和φB向左引导，并返回磁体3。磁通φA、φA、φB和φB能够分别由公式1至4表示。φA＝ΦA(1+kcosθ)(1)φA＝ΦA(1-k′cosθ) (2)φB＝ΦB(1+ksinθ)(3) φB＝ΦB(1-k′sinθ) (4)其中，θ表示转子10旋转的电角度，φA、ΦA、φB和ΦB分别是可变磁通φA、φA、φB和φB的平均值，而k和k′是变化率。如图26所示，除了相位关系，A相和B相对于磁体相双对称，因此，φA＝φB，ΦA＝ΦB，且k＝k′。其中，为了简化，假设磁通通过省略谐波分量而作为正弦波变化。如公式1至4所示，磁通φA、φA、φB和φB的相位分别以该顺序偏离90°电角度。产生的力矩分析如下。如图28所示，分别用于激励A相和B相的、使绕组12和13互联的有效主磁通分别是磁通φA和φB。当转子10以电角速度ω旋转时，反电动势eA和eB可以由公式5和6表示。其中，n表示各相的绕组数目。eA=-ndφAdt=nΦkωsinθ...(5)]]>eB=-ndφBdt=nΦkωcosθ...(6)]]>力矩TA和力矩TB由公式7和8表示。TA＝eAi/ωM＝niΦkp sinθ(7)TB＝eBi/ωM＝niΦkp cosθ(8)其中，ωM表示机械角速度，并为ω/p，且p表示磁极对的数目，也就是较小定子齿或较小转子齿的数目。应当知道，当绕组数目和较小齿的数目恒定时，为了增加力矩，必须增加使绕组互联的平均磁通φ以及变化率k。通常，马达的各转子和定子通过层叠多个硅钢板而形成，且各硅钢板涂覆有防腐蚀膜，这样，在层叠的钢板之间不可避免地形成间隙。在普通马达中，沿马达的轴向方向形成很多磁通通路，且铁芯的磁导性由于在层叠的板之间的间隙而减小，因此，使绕组互联的磁通减小。特别是，在图28所示的马达中，有效主磁通只有φA和φB，而φA和φB都是无功分量。磁通的趋势是经过更小磁阻的磁通路，因此，当马达使用层叠的钢板时，由磁体发出的几乎全部磁通都形成φA和φB，而φA和φB变得非常小，公式5和6中所示的力矩也减小，但是变动力矩(cogging torque)增大。图29表示了当普通马达以每分钟500转旋转时该普通马达的一相的反电动势p的波形。这时，感应电压的幅值是10V。在该马达中，与类似尺寸的正常马达相比，感应电压降低，且效率降低。图30表示了普通马达的变动力矩r的波形。该变动力矩r的幅值为大约0.5Nm，与类似尺寸的正常马达相比增加，因此，当马达旋转时使得该马达产生较大振动。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种马达，其中，通过减小通路沿马达轴向方向的磁阻以及通过使磁通路A、A、B和B彼此平衡以便增大使绕组互联的磁通，从而增加马达的输出；且该马达的变动力矩减小。本专利技术的另一目的是提供一种多极旋转机器，它包括定子；以及柱形外转子，该柱形外转子与定子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的外周表面上，多个较小定子齿B和B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的外周表面上，且用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、A、B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。本专利技术还有一目的是提供一种多极旋转机器，它包括定子；以及柱形外转子，该柱形外转子与定子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的外周表面上，多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多极旋转机器，包括：定子（６）；以及柱形外转子（１０），该柱形外转子与定子（６）同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子（６）有两个分开的定子元件（４、５）和保持在该定子元件（４、５）之间的环形永磁体（３），该永磁体励磁为沿定子（６）的轴向方向形成Ｎ和Ｓ极；多个较小定子齿Ａ和＊沿定子（６）的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件（４、５）的外周表面上，多个较小定子齿Ｂ和＊沿定子（６）的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件（４、５）的外周表面上，且用于Ａ相和Ｂ相的定子绕组（１２、１３）分别环绕定子元件（４、５）缠绕；所述转子（１０）有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿Ａ、＊、＊和Ｂ分别沿周向相对所述较小转子齿偏移１／４倍较小定子齿节距，其中，各所述定子（６）和所述转子（１０）由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和／或无机材料而形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大西和夫，大岩昭二，茂木康彰，
申请(专利权)人：日本伺服株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]