[发明专利]永磁铁式旋转电机

说明书

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；