專利名稱：混合步進電動機，該電動機的驅(qū)動方法和該電動機線卷的纏繞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合步進電動機，它的轉(zhuǎn)子具有一個永久磁體以實現(xiàn)一種高效率并被加工成象一個齒輪以實現(xiàn)一個非常小的角位移，特別是涉及一種容易驅(qū)動、在高速轉(zhuǎn)動時有穩(wěn)定性并且確保高生產(chǎn)率的混合步進電動機。
目前，由于能夠高精確度地控制步進電動機的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，所以步進電動機被廣泛使用在各種工業(yè)領(lǐng)域中。特別是混合步進電動機因為它有許多優(yōu)點而引人注意。
一種典型的混合步進電動機包括一個由兩個直立地延伸的棒形塊(N極塊和S極塊)組成的轉(zhuǎn)子和一個設(shè)置有4對或5對電磁體的定子。如果定子有4對電磁體(總共是8個電磁體)，那么對于一個步進移動的轉(zhuǎn)角是45°(360/8＝45)，如果定子有5對電磁體(總共是10個電磁體)，那么對于一個步進移動的轉(zhuǎn)角是36°(360/10＝36)。這8個或10個電磁體在定子的周邊方向以恒定的間隔被設(shè)置在定子的內(nèi)壁上。
一般來說，能夠獨立地激磁每對電磁體。電磁體按照它們在定子的周邊方向上的位置順序被激磁。為了吸引N極和S極塊來進行激磁。為了轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子180°(即步進電機有4對電磁體)需要4個步進移動的步進電動機叫作“4相”步進電動機，而需要5個步進移動的(即步進電動機有5對電磁體)步進電動機叫做“5相”步進電動機。當與4相步進電動機相比較時，5相步進電動機有一個用于一個步進移動(36°)的更小的旋轉(zhuǎn)角，它導(dǎo)致了一個更高分辨度和穩(wěn)定性。然而5相步進電動機不具有一個90°關(guān)系的電磁體(10個電磁體以36°的間隔被設(shè)置)以致于如果一個電磁體吸引N極塊，那么直立地橫過該N極塊的S極塊由兩個電磁體吸引(在72°和108°位置上第2和第3個下面的電磁體)。技術(shù)上來說，如果S極塊由一個單獨的電磁體來吸引那么將是有利的。在下一次步進運動中，兩個電磁體結(jié)合起來吸引N極塊而一個電磁塊吸引S極塊。因此，5相步進電動機需要一種復(fù)雜的激磁組合。另一方面，4相步進電動機有8個以45°間隔放置的電磁體以致于當一個電磁體吸引N極塊時，另一個電磁體吸引S極塊。然而，由于4相步進電動機的步距是大的(45°)，所以分辨度被下降了并且轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定性也下降了。因而，4相步進電動機和5相步進電動機彼此有互補的特性關(guān)系。
如果增加步進電動機的電磁體數(shù)或相數(shù)，那么對于一個步進運動的轉(zhuǎn)動角變得更小。其結(jié)果是提高了分辨度和減小了步進之間轉(zhuǎn)矩的波動。然而對于電磁體的數(shù)量的增加有一個限制。
一方面，另一種步進電動機在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，即轉(zhuǎn)子的每個N極和S極塊被加工成象一個齒輪而定子的電磁體在它們的自由端上分別以恒定的間隔設(shè)有齒(定子齒)，其結(jié)果是定子齒面對在N極和S極齒輪上的齒(轉(zhuǎn)子齒)。通過4個或5個步進運動來產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子齒的一個齒距的運動，把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個轉(zhuǎn)子齒距所需要的步進運動的數(shù)叫作“相數(shù)”。通過把轉(zhuǎn)子齒除以相數(shù)來得到用于一個步進運動的轉(zhuǎn)動角。相數(shù)是與激磁方式的數(shù)相同的。
具有一個齒輪形轉(zhuǎn)子的混合步進電動機有一個較小的步距，但是為電磁體(此后叫作“主極”)激磁的組合或順序是與具有棒形轉(zhuǎn)子的步進電動機是相同的。換句話說，如果轉(zhuǎn)子被加工成象一個齒輪，那么5相步進電動機有較多相并且用于一個步進運動的轉(zhuǎn)動角比4相步進電動機的轉(zhuǎn)動角更小，但是5相步進電動機不具有一個90°關(guān)系的主極，因此與一個4相步進電動機相比它的激磁組合變復(fù)雜了?？紤]到對于電功率的轉(zhuǎn)矩效率和轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性，最好不用這種復(fù)雜的激磁組合。
有一種使激磁的組合合理化的設(shè)置。在每個相鄰的定子齒之間的間隔做得相互不等并且對應(yīng)于不等的間隔使對于每個步進運動的轉(zhuǎn)動角變化。這種設(shè)置也能減小步距。為了在不等的間隔上設(shè)置定子齒，應(yīng)該改變主極間隔或在主極上的一個或多個齒相對于主極的中心線帶有確定的偏差被形成而不改變主極的間隔。然而，如果在主極之間的間隔(角)是不一致的，那么圍繞步進電動機的轉(zhuǎn)軸的對稱變壞并且在高速運轉(zhuǎn)期間電動機遭受到穩(wěn)定性的下降。如果在一個主極上的齒被形成并有偏差，那么由于線卷是圍繞著主極纏繞的，即使相同的電源供給該主極，也不能夠產(chǎn)生均勻密度的磁場。
此外，一般地步進電動機被大規(guī)模地生產(chǎn)，但繞線需要手工勞動。因此，希望簡化制造過程。為實現(xiàn)這一目的，有效地使用一種繞線機并且定子應(yīng)該有一個能夠使一個自動化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種混合步進電動機，這種電動機消除了上述的問題，即它是一種容易操作，在高速轉(zhuǎn)動期間穩(wěn)定運行并適合大量生產(chǎn)的步進電動機。
首先，發(fā)明者認為使用一個具有4相和5相形式的步進電動機的有利特征的10相混合步進電動機可以消除上述的4相和5相混合步進電動機的矛盾問題。然而，10相步進電動機有20個主極，這對于大規(guī)模生產(chǎn)是不利的(線卷纏繞工作增加)，因此應(yīng)該克服這一不利條件。
總之，為了減少用于纏繞線卷的時間，需要在同時圍繞著各個主極纏繞多個線卷，為了實現(xiàn)一個繞線機的一個噴嘴(nozzle)的插入需要加大在相鄰主極上的定子齒之間的間隙，為了改進在高速旋轉(zhuǎn)期間的穩(wěn)定性需要改進關(guān)于定子軸的對稱性和主極設(shè)置的平衡性，為了允許定子齒有一個均勻的磁場密度需要在每個主極上與該主極的中心線對稱地形成定子齒。
簡化步進電動機的操作和簡化步進電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)也是很重要的。因此如果本發(fā)明的教導(dǎo)能被應(yīng)用到現(xiàn)有的或慣用的驅(qū)動裝置上它也是有利的。
為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供了一種混合步進電動機，該電動機包括一個具有一個轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子和圍繞著轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子齒，轉(zhuǎn)子齒包括沿著轉(zhuǎn)子軸的一個周邊方向以固定的間隔交替地被設(shè)置的N極齒和S極齒，一個具有沿轉(zhuǎn)子軸的周邊方向包圍轉(zhuǎn)子軸(或包圍N和S極齒)設(shè)置的20個主極(1號至20號主極)的定子，每個主極沿著轉(zhuǎn)子軸的徑向(或沿著垂直于轉(zhuǎn)子軸的軸向方向)朝著轉(zhuǎn)子軸延伸，在每個主極的一個自由端上形成的一個或更多的定子齒直接地或間接的帶有一規(guī)定偏差地面對轉(zhuǎn)子齒，圍繞著各個主極纏繞的線卷用于該主極的激磁，根據(jù)步進電動機的步進運動轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)，每個步進運動(步距)的量由一個轉(zhuǎn)子齒距除以一個預(yù)定的數(shù)(例如，10)來確定，其特征是1-10號主極和11-20號主極這樣被設(shè)置以致于沿著轉(zhuǎn)子軸的徑向方向它們相互面對面、每個主極與它下面的第5個主極有一個90°的關(guān)系，每個主極上的齒(定子齒)這樣的被設(shè)置以致于第一組10個主極(1-10號主極)的定子齒的位置和第二組10個主極(11-20號主極)的定子齒的位置由下面表達式來確定Pt×k+m×θ用不相重疊的m代入到這個公式中，其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，k代表0和K-1之間的一個任意整數(shù)，K代表N(或S)極齒的數(shù)，m代表0和9之間的一個任意整數(shù)，θ代表步距，它是由轉(zhuǎn)子齒距除以10來得到的。
在主極上的齒可以這樣的被設(shè)置以致于在一個主極上的齒與下面第5個主極(90°間隔的一個)上的一個齒的位置是通過在上述表達式Pt×k+m×θ中把不大于K/4的最大整數(shù)代入k并把5代入m來給出。
K的值可由K＝2×j來得到，其中j是任意一個奇數(shù)。
在每個主極上的齒數(shù)可以是兩個或更多個，并且每個主極上的這些齒可以相對于主極的中心線對稱地形成。
相對于限定了5個在每兩個相鄰主極之間的間隔(角)的6個連續(xù)的主極，4個間隔可以是相同的而剩下的一個間隔由90°減去4個角的總和來確定。
轉(zhuǎn)子可以有兩個在轉(zhuǎn)子軸的軸向方向上被隔開的齒輪。一個齒輪可以是N極齒輪而另外一個可以是S極齒輪，這些齒輪的齒可以分別是轉(zhuǎn)子的N極齒和S極齒。
N極齒的數(shù)和S極齒的數(shù)是相同的。當沿著轉(zhuǎn)子軸的軸向方向看轉(zhuǎn)子時，N極齒和S極齒在一個園周上交替地被設(shè)置。如果N極齒的數(shù)是2×j，那么在轉(zhuǎn)子軸的周邊方向上在遠離一個規(guī)定的N極齒的90°移動位置上總是有一個S極齒。
在另一方面，在一個主極(例如1號主極)和下面第5個主極(例如6號主極)之間的角距總是90°。而且在6個連續(xù)的主極之間(例如1-6號主極)的5個連續(xù)的間隔中的4個間隔是彼此相等的。因此，如果一個圓被分成4個相等部分(四分之一部分)，那么這4部分的主極的設(shè)置是相互等同的(90°對稱性)。為了圍繞主極有效地纏繞線卷，一個繞線機有5個噴嘴。這5個噴嘴延伸到特別地5個主極間隔中。確定這些特別的間隔以致于當4個相等的部分被重疊時5個噴嘴將不重疊而至少5個噴嘴中的一個在每個四分之一部分中延伸。在各個相鄰噴嘴之間提供相對大的隔隙以致用于繞線操作的充足空間被保證。其結(jié)果是，能夠把繞線操作同時傳送給5個主極。當繞線機和定子之間的角關(guān)系移動90°時，目前噴嘴面對著(或延伸沿)下面5個還沒有被纏繞線卷的主極。然而纏繞線機同時進行對這5個主極的繞線操作。相同的繞線操作重復(fù)兩次。因此，4個繞線操作完成對于20個主極的繞線。
由于定子具有一個90°旋轉(zhuǎn)對稱性和6個連續(xù)的主極之間的5個連續(xù)間隔中的4個間隔是彼此相等的，所以改進了圍繞著一個軸的定子的對稱性，也改進了主極的平衡性。
如果在一個繞線操作中線卷沿正向繞線，那么在下一個繞線操作中線卷沿反向繞線。這些操作被一次又一次地重復(fù)(例如，需要4次繞線操作)。在4次繞線操作期間由每個噴嘴提供的線卷不被切斷以致于一根導(dǎo)線圍繞著具有90°關(guān)系(例如1號，6號11號和16號主極)的4個主極連續(xù)地纏繞。這個導(dǎo)線限定了支路(總共限定了5個支路)。如果在相同的方向上供電給該支路，那么每5個主極被交替地激磁為相反的極性(例如1號主極激磁為N極，6號主極激磁為S極，11號主極激磁為N，16號主極激磁為S)。如果電源在一個相反的方向供給該支路，這4個主極的極性被反向(例如，N-S-N-S被反向為S-N-S-N)。當電源的方向改變時，主極的極性的設(shè)置也改變，即激磁的方式被改變。
在每個主極上的齒數(shù)可以是1、2或更多個。然而，為了容易理解下面的描述涉及了每個主極在其自由端上有一個齒的一種情況。
如1-10號主極，通過用不相重疊數(shù)(0-9)代替m所限定的Pt×k+m×θ來確定設(shè)置10個定子齒所占的位置。另一方面，N極齒位于Pt×0，1，2---和k-1的位置。如果一個定子齒占用了Pt×k+m×θ確定的一個規(guī)定位置，那么最近的N極齒占用Pt×k的一個位置。因此，由于“m”在1-10號主極中不重疊，所以在定子齒和N極齒之間的間隙(偏差)是m×θ，在一規(guī)定的主極上的定子齒和它最近的N極齒之間的偏差沿特定的一個方向是0，θ，2θ，----或9θ。在這里值得注意的是偏差的增加順序不對應(yīng)于主極的1-10號。根據(jù)在后面將要描述的一個限制將確定這種順序。如果主極(或定子齒)按照偏差的增加順序被激磁(或“步進位置”的順序)，那么在10個激磁操作期間(一個激磁周期)產(chǎn)生10種激磁方式。特別地，與它最近的N極齒的偏差是θ的定子齒在第1個激磁中吸引該N極齒。這種吸引使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動θ，從而根據(jù)一個激磁，定子齒和它最近的N極齒之間的偏差減少了θ。然后，與它最近的N極齒的偏差是θ的另一個定子齒(以前該定子齒2θ的偏差)在第二個激磁中吸引N極齒。這個吸引使轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)動了θ。這些動作在一個激磁周期中總共被重復(fù)10次，并且這樣一個激磁周期使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個轉(zhuǎn)子齒距Pt。
由于主極是按照90°轉(zhuǎn)動對稱的關(guān)系被設(shè)置(在90°上設(shè)置5個連續(xù)的主極在圓周方向上重復(fù))和在遠離一個S極齒90°的位置上能夠發(fā)現(xiàn)一個N極齒，所以在一個激磁周期中在第1次5個激磁中產(chǎn)生的磁場分別地與第二次5個激磁所產(chǎn)生的磁場是相反的(例如，在第1個激磁中的磁場與在第6個激磁中的磁場相反)。它意味著轉(zhuǎn)子齒的極性和激磁電流的方向在第1次和第二次激磁(或在一個激磁周期中第一或第二半個激磁周期)被反向。因此，如果電源這樣供給主極以致于具有90°關(guān)系的定子在反向極性被激磁并且在第一次和第二次5個方式激磁中在相反的方向供給電流，那么能夠獲得10種方式的激磁。這意味著5個輸入端對于本發(fā)明的10相步進電動機來說是足夠的。按照常規(guī)，激磁電流應(yīng)該單獨地供給10個主極(1-10號主極)以便獲得10種激磁方式。因此常規(guī)的10相步進電動機為了激磁需要10個輸入端。然而本發(fā)明簡化了驅(qū)動裝置的驅(qū)動和操作。
如果具有90°間隔關(guān)系的每4個主極作為一組，那么步進電動機的20個主極被分成5個組。具有不同相的5個驅(qū)動脈沖分別供給5個組。在每個組中，4個主極交替地激磁為相反的極性(N-S-N-S或S-N-S-N)。如果觀測一個驅(qū)動脈沖(方波脈沖)，在該脈沖的上平坦部分期間具有一個N極性的一個主極在脈沖的下平坦部分期間將有一個S極性，而在上平坦部分期間具有一個S極性的另一個主極在下平坦部分期間將有一個N極性。換句話說，在脈沖的一個周期中一組(4個主極)的激磁方式被反向。當激磁方式被變換時，由相同主極吸引的轉(zhuǎn)子齒的極性也被變換。從而從一單個激磁脈沖能夠獲得兩種激磁方式。如果不同相的5個激磁脈沖分別配給5組主極，那么在一個周期中能夠形成10種方式的激磁。在這種方法中，通過一般的被用于5相步進電動機的5個激磁脈沖來實現(xiàn)10種方式的激磁(10相激磁)。
如果在一個規(guī)定的激磁中一個規(guī)定的主極被激磁為S極，那么在該主極上的定子齒吸引最近的N極轉(zhuǎn)子齒。在這種情況下，在增加(或減小)偏差的順序中在受控主極(subjectmainpole)之前和之后的一些預(yù)定的主極可以被激磁為相同的極性(S)，它們與受控主極在相同的激磁中是相同的極性，其結(jié)果是三個主極相結(jié)合吸引一個N極齒。在下一個激磁中，在最前面的主極以前的一個主極被激磁為S極而最后的主極被激磁為N極。
為了保證適當?shù)闹鳂O間隙，應(yīng)該滿足下列等式P＝(2Pt-θ×n)+Pt---(1)其中P代表一個主極間隙(兩個相鄰主極之間的間隔)，Pt代表一個轉(zhuǎn)子齒距，θ代表一個步距(由轉(zhuǎn)子齒距除以相數(shù)來獲得該步距，即10相)，n代表在1和9之間除了5以外的一個整數(shù)。這里間隙和步距的量綱是角度量綱而不是長度量綱。
對于定子的一個半圓的主極間隙的總和(∑P)由下列等式給出∑P＝P×φ＝｛(2P-θ×n)+Pt｝×φ---(2)
其中φ代表在一個半圓內(nèi)的主極數(shù)(即10)。
值“n”能夠被任意地確定，但當∑P的值接近180°時主極的平衡變得更好并且改進了定子的對稱性。等式(2)不包括n＝5的情況，其原因是將發(fā)生不希望的情況(重復(fù)使m(0-9)的一種情況)。
還有另外一個限制為了這樣設(shè)置主極以致于一個主極(例如1號主極)和下面第5個主極(例如6號主極)在定子的園周方向總是具有一個90°的關(guān)系，第6號主極應(yīng)該位于遠離第1個主極90°的位置上而第1至第5個主極(如1-5號主極)按照上述的主極間隔Ps分別地被定位。對于這個限制，第5個和第6個主極P90之間的間隔不等于公用的主極間隔P。在這種方式中，5個連續(xù)的間隔中的4個間隔分別具有“P”值而有一個間隔具有P90值。這種設(shè)置在定子的一個周邊方向上重復(fù)4次。如果確定n以使∑P的值盡可能接近180°，那P90和P之間的差被減小。
如果主極的設(shè)置受上述限制的約束，那么由于在第2個主極上的定子齒的位置由(2Pt-θ×n)+Pt來確定，第2號主極相對對1號主極的位置具有n個步距的偏差，如與主極以3Pt的間隔設(shè)置的情況比較(在這種情況沒有偏差)。這個偏差(n個步距)按照主極的順序被累加。在6號主極上，由于6號主極的位置離1號主極總是90°的位置，所以除了一個公共偏差以外，對于被累加的偏差產(chǎn)生了一個P90-P的變化。從7號主極僅僅累加了n個步距的偏差。這里值得注意的是每次累加的偏差大于Pt，從累加的偏差中減去Pt。由于Pt等于10×θ，并且n是在1和9之間除了5以外的一個整數(shù)，所以在1-10號主極上Pt-被減的偏差不采用相同的值。換句話說，在1-10號主極上Pt-被減的偏差分別是0，θ，2θ，3θ，---和9θ。然而值得注意的是這些值的順序不對應(yīng)于主極的號。換句話說，具有10種偏差的10個主極分別隨意地被設(shè)置。通過按照增加偏差的順序來激磁主極，能夠按步距使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，由此實現(xiàn)步進運動。
定子齒的齒部分和槽部分可以有相同的長度而轉(zhuǎn)子齒的齒部分和槽部分也可以有相同的長度。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種混合步進電動機的一個截面圖，正如所看到的一個垂直于電動機的轉(zhuǎn)軸的平面(或者一個垂直于電動機縱向方向的平面);
圖2示出了一個圖1所示混合步進電動機沿著轉(zhuǎn)軸的截面圖;
圖3示出了一個圖1所示混合步進電動機沿著其周邊方向的展開圖，該圖用來顯示在定子齒和轉(zhuǎn)子齒(N極齒)之間的一個位置關(guān)系;
圖4是說明用于圍繞著圖1所示的混合步進電動機的定子的主極纏繞繞組線卷的噴嘴;
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的繞線原理的一組視圖;
圖6是說明支路電路圖的一組視圖;
圖7是按照激磁順序顯示在轉(zhuǎn)子齒和定子齒之間的位置關(guān)系的一組展開視圖;
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的對于每相的激磁順序的一組時間圖;
圖9和圖10顯示當一個激磁電流供給支路時各自的一組時間圖;
圖11是為了說明分別為三角形連接和Y連接中電壓，電流和極性的一組視圖;
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一種混合步進電動機沿其轉(zhuǎn)軸方向看的一個截面圖;
圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的一個轉(zhuǎn)子的截面圖;
現(xiàn)在結(jié)合附圖將描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施例。
參見附圖1，它是根據(jù)本發(fā)明的具有20個主極的一個10相混合步進電動機。圍繞著一個轉(zhuǎn)子1，沿著轉(zhuǎn)子1的周邊方向以固定的間隔設(shè)置了50個N極齒2，如圖1所示。N極齒限定了一個N極齒輪10。同樣地，圍繞著轉(zhuǎn)子1以固定間隔在N極齒的后面設(shè)置了50個S極齒(在圖1中沒有示出)。S極齒在一個與圖面相平行的平面中被設(shè)置，并且它們被定位以致于在垂直于圖面的方向上看不重迭在N極齒上(或者沿著一個轉(zhuǎn)子軸8的軸向上看)。S極齒也限定了一個S極齒輪10(如圖2所示)。為了簡化起見在圖1中沒有圖示S極齒。齒輪10(N極齒輪的齒距和S極齒輪的齒距)的齒距Pt是7.2度(360除以50)。在N極齒和S極齒之間的齒距是7.2度的一半(3.6度)。如果在轉(zhuǎn)子的軸向上觀測一個N極齒2，總有一個S極齒3(圖2)在定子(沒示出)的周邊方向上的一個90度的相對關(guān)系。
如在圖1中所示，一個定子4有一空心的圓柱形體4a和20個從圓柱形體4a的內(nèi)壁徑向往內(nèi)延伸的主極5(或朝向轉(zhuǎn)子軸8)。每個主極5在它的自由端具有兩個齒7(定子齒)。齒7具有與轉(zhuǎn)子齒6相同的齒距。在每個主極5上的兩個齒7相對于該主極的一個中心線是對稱的(單個虛線)。圍繞著每個主極5纏繞一個線卷用于激勵該主極(或定子齒7)。
主極5的設(shè)置由下面來決定如果觀測任意6個連續(xù)的主極，那么第1個和第6個主極總有一個90°的關(guān)系，在每兩相鄰主極5之間的5個間隔中的4個是由等式(1)來決定，而另外一個間隔是由從90°中減去4個間隔的總和來決定的。
參考圖2，轉(zhuǎn)子1有一個永久磁體9和兩個齒輪10。永久磁體9是園柱形的或環(huán)形的，使轉(zhuǎn)子軸8穿過它的中心孔延伸。永久磁體9的一側(cè)(在圖中是左側(cè))是N極而另一側(cè)是S極。齒輪10在轉(zhuǎn)子軸8的軸向方向上插入到永久磁體9中。如前面所提到的，每個齒輪10在其外層周邊上具有以固定齒距設(shè)置的50個齒(S或N極齒)。正如沿著轉(zhuǎn)子軸8的軸向方向所看到的，齒輪10具有半個齒距的偏差。齒輪10是由多層硅鋼片形成的。由齒輪10用這樣一種方式即一個齒輪10具有一個N極而另一齒輪10具有一個S極來適當引導(dǎo)永久磁體9的磁場。如果在轉(zhuǎn)子軸8的軸向上觀測N極和S極齒輪，那么總可以發(fā)現(xiàn)N極齒2和S極齒3有一個90°的關(guān)系。
返回到圖1，一個頂部的主極叫1號主極和在本說明書中它的角位置叫做0°位置。相應(yīng)地，N極齒2位于3.6°，10.3°，---90°---的位置上(而S極齒(圖1中未示出)位于0°，7.2°，---的位置上)。N極齒的這些位置用圖3中的一個標有數(shù)字的直線來說明(所示的是沿著齒輪10的周邊方向的N極齒輪10的一個展開圖)。
定子4是由多層硅鋼片組成的。每個硅鋼片具有在圖1中所示的一個截面圖，并且由一種模具以沖壓的方法而制成。定子4的本體4a是圓柱形的并且把轉(zhuǎn)子1罩住(圖2)。每個主極5在它的縱向上(轉(zhuǎn)子1的徑向上)具有一規(guī)定的長度和在轉(zhuǎn)子軸8(圖2)的軸向上具有一規(guī)定的寬度。主極5的自由端面向齒或面向如圖1中所示的齒輪10的齒。在每個主極5上的兩個齒(定子齒)的之間的一個齒距是7.2°，該齒距與轉(zhuǎn)子的齒距Pt是相同的。在本實施例中定子的齒的長度和槽的長度彼此是相等的(3.6°)而且轉(zhuǎn)子齒的長度和槽的長度彼此也是相等的(3.6°)。主極5的極身部分的寬度小于主極5的自由端的寬度。一個線卷11(圖2)圍繞著主極5的極身部分纏繞。
正如在圖1中所標出的，頂部的主極在本說明書中叫做“1號”主極，而其它主極依次沿順時針方向分別叫做2號、3號…和20號主極。此外，頂部主極和第11號主極被叫作“第1對”主極①，其它的主極在轉(zhuǎn)子的徑向上彼此面對的兩個極在該具體說明中沿著順時針方向依次被叫做“第5對”⑤，“第9對”⑨，“第3對”③，“第7對”⑦，“第6對”⑥，“第10對”⑩，“第4對”④，“第8對”⑧和“第2對”②主極，在后面將解釋這個編號。
本實施例是把Pt＝7.2，θ＝0.72，n＝6和φ＝10代入等式①和②中所得到的一種情況，因此等式①和②由下式表示P＝(7.2×2-0.72×6)+7.2＝17.28---(1a)∑P＝17.28×10＝172.8---(2a)用這些等式的結(jié)果，1-5號和6-10號主極以17.28°的間隔被設(shè)置。這些主極的各種數(shù)據(jù)被列在表Ⅰ中。具體地，第1個主極的角位置是0°，第二個主極的角位置是17.28°，第三個主極的角位置是34.56°，第四個主極的角位置是51.84°和第五個主極的角位置是69.12°。第六個主極的角位置總是90°，以致于在第五號和第六號主極之間的間隔是20.88°(P90)。第六號到第七號主極以固定間隔(17.28°)被設(shè)置，而第11號主極位于一個180°的位置上，如從第1號主極所看到的(也就是，第10號和第11號主極之間的間隔是20.88°)。換句話說，從第6號到第11號主極的位置分別是90°，107.28°，124.56°，141.84°，159.2°和180°。相同的布置沿著順序針方向在圖1的定子的左半部分中繼續(xù)進行。在第15號和16號主極之間的間隔和在第10號和第11號主極之間的間隔都是20.88°(P90＝20.88°)。這個間隔(20.88°)大于其它兩個相鄰主極之間的間隔(17.28°)約3.6°。在表Ⅰ中，第40號和第1號配給第1主極上的齒，第2號和第3號配給第2主極上的齒，第4號和第5號配給第3主極上的齒等等。在一個主極上的一個定子齒和在下一個主極上的一個定子齒之間的一個間隙(齒隙)是10.08°或是13.68°。
表Ⅰ
“M.P”代表主極，“Posi”代表位置(角位置)，“DisFromN”代表與最近N極齒的偏差，“DisFromS”代表與最近S極齒的偏差，和“Clr”代表間隙。
由于主極5是以上述的方式來設(shè)置的，所以在1號主極上的兩個定子齒7(齒位置)的位置分別是356.4°和3.6°，如在表Ⅰ中所示。在一個定子齒(例如1號齒)和一個第二號后面的定子齒(例如3號齒)之間的角距是17.38°或20.88°(與主極間隔P或P90相同)并且在一個主極上的一個定子齒(例如1號主極上的1號齒)和下一個主極上的一個定子齒(例如2號主極上的2號齒)之間的齒距是10.08°或是13.68°。在下面中，在一個主極上的一對齒(例如在1號主極上的40號和1號齒)稱為X號定子齒(例如1號定子齒)。
由于定子齒7是以上述的方式來設(shè)置的，所以定子齒和轉(zhuǎn)子齒(N極齒)具有在圖3中所示的一種關(guān)系。(在圖3中，1號主極的中心線規(guī)定為0°)因此，N極齒設(shè)置在3.6°、10.8°、18.0°---的位置上而定子齒設(shè)置在3.6°、13.68°、20.88°、---的位置上。正如所說明的，因此N極齒和定子齒彼此不總是面對面。具體地，1號定子齒(3.6)直接面對最近的轉(zhuǎn)子的N極齒(3.6)而2號定子齒(13.68和20.28)并不直接面對最近的N極齒(10.8和18.0)(“最近的”是指逆時針方向或在圖3中為左邊方向)(有一個2.88°的偏差13.36-10.8＝2.88)。在順時針方向中偏差的大小總是累加2.88°。換句話說，在3號定子齒上的偏差是5.76°(2.88+2.88)而在4號定子齒上的偏差是8.64°(5.76+2.88)(然而，偏差是以“最近的”N極齒來測量的并且該N極齒有一個7.2°的齒距)。因此，在4號定子齒上的偏差實際上是1.44°(8.64-7.2)。在5號定子齒上的偏差是4.32°(1.44+2.88＝4.32)。在6號定子齒上的偏差結(jié)合在計算時所采取的另一個約束因數(shù)來確定。具體地，由于在5號和6號主極之間的主極間隔是20.88°，它不同于其它主極之間(17.28°)的間隔約為3.6°，所以這個3.6°應(yīng)該加到該偏差上。因此，在6號定子齒上的偏差是3.6°(4.32+2.88+3.6-7.2＝3.6)?？傊?，在順時針方向中來自1號至11號定子齒的最近N極齒的偏差的大小按主極的順序是0°、2.88°、5.76°、1.44°、4.32°、3.6°、6.48°、2.16°、5.04°、0.72°和0°，如在表Ⅰ中所示。
如果1號至10號以偏差值增加的順序配給定子齒，那么，(1)配給1號定子齒，(5)配給2號定子齒，(9)配給3號定子齒，(3)配給4號定子齒，(7)配給5號定子齒，(6)配給6號定子齒，(10)配給7號定子齒，(4)配給8號定子齒，(8)配給9號定子齒和(2)配給10號定子齒。這些數(shù)字代表偏差的增加順序并且對于在圖1中一周的數(shù)來說它們是相同的(“對數(shù)(相)”在表1中)。另一方面，在順時針方向中定子齒與S極齒的偏差從定子齒與N極齒的偏差移動了3.6°(增加或減小)，如在表Ⅰ中所示的。換句話說，定子齒與S極齒的偏差在6號定子齒上是0°，在5號定子齒上是0.72°，在9號定子齒上是1.44°等等。因此，⑥對應(yīng)于最小偏差，偏差以⑦、⑧、⑨、⑩、①、②、③、④和⑤的順序增加。
下面將說明對于定子4的繞線操作。
一個用于圍繞每個主線卷5纏繞一個線卷的繞線機(沒有示出)有5個用于供給導(dǎo)線的噴嘴(nozzle)，如在圖4和8中所示。5個噴嘴由在圖4中所示的5個實線箭頭A-E來代表。每個噴嘴沿著由箭頭A-E所示的方向能夠移動并且在圍繞著主極轉(zhuǎn)動的同時供給導(dǎo)線。為了把噴嘴插入到兩個相鄰的主極之間的間隔中(主極間隔)，如果在相鄰主極上的定子齒之間的間隔(齒隙)是小的，那么將是不利的。在這個實施例中，在兩個相鄰主極之間的間隙幾乎彼此相等(17.28°或20.88°)并且最小齒隙是10.08°，如在表Ⅰ中所示的。這意味著為具有20個主極的定子的繞線操作對于每個噴嘴保證有一個充足的間隙。
繞線機有5個徑向延伸的噴嘴，如圖4所示。首先，噴嘴A、B、C、D和E分別被引導(dǎo)沿著1，5，9，13和17號主極延伸。這樣設(shè)置是為了在繞線操作期間防止噴嘴相互接觸。接下來，當5個噴嘴A-E從所說的位置轉(zhuǎn)動90°，180°和270°時，噴嘴A-E不重疊在上次噴嘴所在的位置上。虛線箭頭A-E示出了在一個90°轉(zhuǎn)動之后的噴嘴。
在同時圍繞1，5，9，13和17號主極以規(guī)定的方向分別地纏繞線卷以后，繞線機或定子4旋轉(zhuǎn)90°同時維持由噴嘴供給導(dǎo)線(線卷)。結(jié)果，噴嘴A-E沿著6、10、14、18和2號主極被設(shè)置，正如在圖4中由虛線箭頭指示的。在這種位置中，繞線機圍繞著這5個主極以相反的方向同時供給導(dǎo)線。然后繞線機或定子旋轉(zhuǎn)90°并且導(dǎo)線圍繞11、15、19、23和7號主極以規(guī)定的方向纏繞。最后，導(dǎo)線圍繞著6.10.14.18和2號主極以反方向纏繞以完成20個主極的繞線操作。從上述可以看出，繞線操作被重復(fù)4次。圖5(A)圖示了在這些繞線操作之后的定子和轉(zhuǎn)子。每個線卷的兩個自由端被用作為激磁的輸入端。
在圖5(A)中，每個主極具有其自己的線卷。在這個實施例中，圍繞著1號主極的線卷31的纏繞方向被稱作“正”的方向。因此，圍繞著2號主極的線卷32的纏繞方向稱為“反”的方向。正方向和反方向的纏繞交替地出現(xiàn)在下列主極，即、3號(正)、4號(反)、5號(正)---。每隔5個主極的線卷相互串聯(lián)連接。例如，1號主極的線卷31的一端與6號主極的一個線卷36的一端相連接。線卷36的另一端與11號主極的線卷311的一端相連接，而線卷311的另一端與16號主級的線卷316的一端相連接。1號主極的線卷31的另一端和16號主極的線卷316的另一端被抽到外邊分別作為“繞組開始”和“繞組結(jié)束”。在這種方式中，產(chǎn)生了用于20個線卷的5個支路41(或20個主極5)。圖5(B)畫出了一個支路，也就是4個線卷串聯(lián)。42代表一個以正方向纏繞的線卷而43代表一個以反方向纏繞的線卷。正如所說明的，從一個“繞組開始”到一個“繞組結(jié)束”在一單個支路41中交替出現(xiàn)正的纏繞線卷42和反的纏繞線卷43。
在上述的解釋中，支路41的第1個線卷42是正向纏繞的。然而，第1個線卷也可以反向纏繞且第2個線卷可以正向被纏繞。因此5個噴嘴在一單個繞線操作中以相同的方向纏繞線卷，但是在一單個的繞線操作中一些噴嘴可以以正向供給導(dǎo)線同時剩下的一些噴嘴可以以反向供給導(dǎo)線。此外，在一個單獨繞線操作中5個線卷同時圍繞著一組特定的5個主極(例如，1、5、9、13和17號主極)纏繞并且在該實施例中隨著所有噴嘴沿著相同的方向轉(zhuǎn)動90°時類似的繞線操作可以重復(fù)3次。然而，噴嘴A可以從1號主極開始纏繞，噴嘴B可以從20號主極開始纏繞，噴嘴C可以從4號主極開始纏繞，噴嘴D可以從13號主極開始纏繞，噴嘴E可以從17號主極開始纏繞。在下面的描述中，繞線操作從這些主極開始，并且噴嘴A、D和E順時針轉(zhuǎn)動。因此，在圖5(A)中的支路41的一個開始點51和一個結(jié)束點52不總是與圖5(B)中的“繞組開始”和“繞組結(jié)束”相一致。
下面將說明5個支路的連接。
參見圖6(A)，圍繞著一個圓圈的每個線卷不代表一單個線卷而代表一個支路41。因此圖6(A)不說明在5個支路41之間的相應(yīng)關(guān)系。圖6(A)示出了一種基本的接線。一個驅(qū)動信號可以輸入給每個支路41。每個支路41兩個輸入端，它們分別著了黑色，紅色，黃色，橙色，綠色，藍色，灰色，紫色或白色。圖6(A)的支路41可以如圖6(B)中所示的接線。換句話說，每兩個相鄰支路41的相鄰端可以相互連接起來。在這種情況下，一個激勵電源可以供給△A至△E的支路上。在圖6(C)中示出了另一個例子。每個支路41的一端可以集中到一個點(中心)上并且激勵電源可以分別供給支路41的從YA到Y(jié)E的另外一端。在下面中，圖6(B)的接線稱為三角形(△)連接，而圖6(C)的接線稱為Y形連接。
在△形或Y形連接中，支路41的接線開始和結(jié)束可以變成一個任意的連接點。圖11(A)和11(B)是由圖6(B)產(chǎn)生的例子(用于支路的符號從圖6(B)中取消了)而圖11(C)是由圖6(C)得出的一個例子。特別地，圖11(A)示出了一個用于一個△4-5P激勵或一個△4P激勵的接線。在圖11(A)中，支路41附有一個點的一端代表一個開始點(支路開始)。如圖所示，在連接點△A和△C上分別有兩個支路開始。在圖11(C)中，YA，YC和YD代表支路開始，而YB和YC代表支路結(jié)束。
接下來將說明操作。
第一種運行方式(第一種驅(qū)動方法)是為需要激磁的主極簡單地供給10種(或相)驅(qū)動脈沖。在此這10相脈沖是按照主極①、②、③、④、---的順序進行的。表Ⅱ示出了在每相上的激磁方式(或組合)。當定子和轉(zhuǎn)子位于圖1所示的位置時，①的主極(1號和11號主極)被激磁這S極性而⑥的主極(6號和16號主極)被激磁為N極性。因此，靠近①的主極的轉(zhuǎn)子的N極齒由①的主極上的定子齒所吸引并且這些N極齒直接地面對①的主極上的定子齒。同樣地，靠近⑥的主極的轉(zhuǎn)子的S極齒由⑥的主極上的定子齒所吸引并且他們彼此直接地面對面。這種情況在表Ⅱ中稱為“相1”。在這點上，與最近N極齒有最小偏差的主極是②的主極(10號和20號主極)而與最近的S極齒有最小偏差的主極是⑦的主極(5號和1號主檢)。
表Ⅱ
在表Ⅱ的相2中，與最近的N極齒有最小的偏差的主極②被激磁為S極性而與最近的S極齒有最小偏差的主極⑦被激磁為N極性。結(jié)果，靠近主極②和⑦的N極和S極齒分別由主極②和⑦所吸引沿著順時針方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子0.72°。從面，在這個位置中定子齒的偏差值通過從表Ⅰ中所示的值減去0.72來給出，而且主極③和⑦現(xiàn)在分別與最近的N極和S極齒有最小的偏差。
在相2以后，定子齒按照③、④和⑤的順序分別地被激磁為S極性而按照⑧，⑨和⑩的順序定子齒分別地被激磁為N極性。其結(jié)果從相1到相10沿著順時針產(chǎn)生了6.48°(＝0.72×9)的轉(zhuǎn)動。在相11中(在表Ⅱ中沒有示出)，根據(jù)激磁的位置返回到相1的位置。也就是，在順時針方向總共產(chǎn)生了7.2°(0.72×10)的旋轉(zhuǎn)。
在第二種驅(qū)動方式中，在一相中(或在一個步進位置)，不僅一個受控的主極(aSubjectmainpole)(需要激磁的主極)而且在該受控的主極之前和之后的步進位置上的主極被激磁為相同的極性(例如，如果受控的主極是①并被激磁這S極性，那么主極②和⑩也被激磁為S極性)。在下一相中，下一步進位置的一個主極(例如，主極⑨)被激磁為相同的極性(S)而最后的主極(例如主極②)被激磁為相反的極性(N)。這里，值得注意的是所有相應(yīng)按照主極①，⑩，⑨，⑧，⑦，---的順序進行，這種順序與第一種驅(qū)動方式的順序是相反的。這就意味著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向被反相。
在第一相中，主極⑨、⑩、①、②和③可以被激磁為S極性，并在下一相中，主極⑧、⑨、⑩、①、②可以被激磁為S極性而主極③可以被激磁為N極性。
圖8示出了一組激磁每個主極1-20的時間圖。時間是沿著圖的向右方向來進行。激磁的方式是按照所示為“激磁順序”號的順序來改變。電動機(或轉(zhuǎn)子軸)的旋轉(zhuǎn)速度隨著激磁順序之間的時間間隔的改變而改變。圖8示出了一種電動機以一恒定速率旋轉(zhuǎn)的情況。當電動機被停止時，維持主極現(xiàn)有的極性。表Ⅳ示出了對應(yīng)于圖8的激磁的情況。圖7是一組顯示轉(zhuǎn)子齒和主極(定子齒)之間的位置關(guān)系的展開圖。圖7(A)，7(B)，7(C)---分別對應(yīng)于激磁順序0、1、2，---。
首先，將規(guī)定一種復(fù)位狀態(tài)。在該復(fù)位狀態(tài)中，主極①至⑩分別被激磁為S、S、S、N、N、N、N、N、S和S，正如在圖8中激磁順序為0一欄中所示的。這種情況在表Ⅲ中“極性”一行中示出了。表Ⅲ也示出了在復(fù)位狀態(tài)中從該點(支路的繞組開始或結(jié)束)由箭頭所示的電流流動。在復(fù)位狀態(tài)中每個主極的激磁極性由電流的流動方向和線卷的繞向來確定。
表Ⅲ
“EN”代表結(jié)束，“ST”代表開始，“NO”代表正方向，“RE”代表反方向。
在圖7(A)中示出了在復(fù)位狀態(tài)中轉(zhuǎn)子齒和主極(定子齒)之間的位置關(guān)系。如在圖7(A)中所示的，主極①直接面對N極齒。主極①被激磁為S。在受控主極①之前的兩個主極⑨和⑩和在受控主極①之后的另外兩個主極②和③也被激磁為S而把剩下的主極激磁為N。換句話說，特殊的5個主極⑨、⑩、①、②和③被激磁為相同的極性，而余下的主極被激磁為相反的極性。
在下一次激磁中(圖7(B))，在5個主極⑨至③的第一個主極⑨之前的主極⑧的極性和5個主極的最后一個主極③的極性分別被反相。具體地，主極⑧被激磁為S而主極③被激磁為N。其結(jié)果，轉(zhuǎn)子由一個步距來轉(zhuǎn)動(圖7(B))。因此，主極⑩現(xiàn)在直接地面對轉(zhuǎn)子的N極齒，如在圖7(B)中所示。當激磁按照圖8的“激磁順序”所示的3、4、5---和10的順序進行時，轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)動如在圖7(C)、7(D)、7(E)---和7(J)中所示。激磁順序9對應(yīng)于圖7(J)。在激磁順序9之后或在圖7(J)之后的下一次激磁是與圖7(A)中的激磁相同的(-激磁循環(huán))。圖7(A)-7(J)說明了10種(或方式)激磁。
參見圖8，下半部分(主極⑥-⑩)的波形有與上半部分(主極①-⑤)的波形相反的形狀。在圖8中，在畫圈數(shù)字上面的“-”代表“反的”。表Ⅵ示出了主極號數(shù)(或相)和由圖8得到的激磁順序之間的關(guān)系。
表Ⅵ
下面將說明供給5個支路的激磁電流的供給時間。
參見圖9，連接主極號(例如，-1-11-6-16-)的線代表圖5(B)的支路41而三角指示電流的方向。然而，值得注意的是在圖9中的主極號(例如，1-11-6-16)不總是代表連接成串聯(lián)形成的支路(圖5(B))的4個線卷的順序。在圖9中，當φ1相的一個驅(qū)動脈沖被提供時，1號和11號主極在激勵順序0時(圖8)被激磁為S極性。在這種情況中，6號和16號主極被激磁為N極性，正如在圖8或9中所示的0欄的激磁順序。當供給一個相φ2的驅(qū)動脈沖時，10號和20號主極被激磁為S極性，如在圖8中0欄激磁順序所示的，而5號和15號主極被激磁為N極性。在相φ3，φ4和φ5的情況中，同樣地4號和9號(下一個五分之一)被激磁為相反的極性，14號和19號(下一個五分之一)主極被激磁為相反的極性，3號和8號(下一個五分之一)主極被激磁為相反的極性，13號和18號(下一個五分之一)主極被激磁為相反的極性，12號和17號(下一個五分之一)主極被激磁為相反的極性，2號和7號(下一個五分之一)主極被激磁為相反的極性。在該激磁順序的順序中，激磁狀態(tài)如在圖8中所示的那樣變化。換句話說，圖8和圖9圖解了相同的現(xiàn)象。然而在圖9中的相φ1、φ2、φ3---(驅(qū)動脈沖的相)不總是對應(yīng)于在圖8中的相①、②、③、---(主極對數(shù))。
圖10示出了一種類似于圖9的情況，其中相φ2和φ5被反相(在該相上面的“-”代表“反相”)并且相φ1至φ5的順序被改變了。在圖10中，每相的驅(qū)動脈沖波有一個1∶1的占空率(dutyratio)，并且這5相脈沖波相對于相鄰的脈沖波具有相同的相位差(在脈沖φ1和φ3之間的相位差與脈沖φ3和φ5之間的相位差是相同的)。通過適當?shù)胤峙溥@5相脈沖給5個支路能夠獲得10個激磁(在圖8中相①-⑩)。通過用于已知的五相步進電動機中的一個驅(qū)動裝置能獲得圖10或9的五相脈沖。因此，對于上面描述的10相步進電動機不需要準備新的驅(qū)動裝置，能夠利用廣泛使用的、慣用的組件。
下面將說明用于各種接線的激磁方式。從上面的說明能夠理解5相驅(qū)動脈沖能夠?qū)崿F(xiàn)10相步進電機(10種激磁)的驅(qū)動。由步進電動機有5個支路41，所以能夠把這10相步進電動機作為5相步進電動機來對待。因此，支路41被連接成△形或Y形連接，如在圖6(B)或6(C)中所示。在每一種連接中都有各種形式的激磁的組合。表Ⅴ至Ⅺ中的激磁方式通過5相激磁脈沖分別能用來驅(qū)動10相步進電動機。在每個表中，“P”代表電源同時供給若干個輸入端的數(shù)，而“φ”代表電流流過若干支路的數(shù)。連接兩個數(shù)字的“-”代表這兩個數(shù)之一被選擇地或交替地使用。此外，“1”代表一個高電壓供給一個接頭而“0”代表一個低電壓供給一個接頭。
在表Ⅴ中(△4-5P4-5φ)，例如，高電壓(1)在激磁順序0時供接頭△A和△C而低電壓(0)供給接頭△B和△E。接頭△D(空格)有一個浮動電壓。圖11(A)示出了這種情況。在這種情況中，電流從高電壓點(未畫黑圈)向低電壓點(畫黑圈)流動，如在圖11(A)中箭頭所示的。換句話說，電流在圖11(A)中所示的支路41a，41c和41d中沿著順時針方向流動，而在支路41b和41e中沿逆時針方向流動。這等效于借助于在4個輸入端(在圖11(A)中的接頭△A，△B，△C和△E)供電所引起的電流在5個支路中流動的情況。在順時針方向流動的電流代表一個所要求的主極被激磁為S極性，而在逆時針方向流動的電流代表一個要求的主極被激磁為N極性。在圖11(A)中，(S)代表在支路41a(或41c或41d)中沿正向纏繞的線圈被激磁為S極，在支路41b(或41e)中沿正向纏繞的線圈被激磁為S極。在下一個激磁中(激磁順序為1)(表Ⅴ)，一個高電壓供給接點△D以致于電源被供給所有的5個輸入端。然而，在支路41c中沒有電流流動以致于它等效于電流只在4個支路中(未畫出)流動的情況。
表Ⅴ△4-5P4-5王激磁激磁順序 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19△A1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1△B0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0△C1 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1△D1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0△E0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 10表Ⅵ示出了△4P，5-5φ的激磁。在這個表中，“1”，“0”和“”(空格)表示與在表Ⅴ中所代表的意義相同。在激磁順序為0時，一個高電壓供給接點△A和△C，一個低電壓供給接點△B和△E而△D有一個浮動電壓。
表Ⅵ
圖11(B)圖示說明了在表Ⅶ中0激磁順序的情況下電流的方向和激磁極性。圖11(B)也圖示說明了在表Ⅷ中0激磁順序的情況下的電流方向和激磁極性。
表Ⅸ示出了△2-3P，4-5φ的激磁，在這個表中，“1”、“0”和“”(空格)與在表Ⅴ中所代表的意義相同。在表Ⅸ中，一個高電壓只供給接點△E，一個低電壓只供給接點△C，其余的接點是一個浮動電壓。
表Ⅸ
參見表Ⅹ(Y4-5P/4-5φ)，在激磁順序0時高電壓供給接點YA和YC而低電壓供給接點YB和YE。接點YD有一個浮動電壓。圖11(C)示出了這種情況。在這種情況中，電流在支路41a和41c中向中心點流動而支路41b和41e中電流徑向向外流動。因此，這種狀態(tài)代表了4個輸入端被用來使電流在4個支路41a，41b，41c和41e中流動的一種情況。徑向向內(nèi)流動的電流代表一個希望的主極激磁為S極而徑向向外流動的電流代表一個希望的主極被激磁為N極。在下一個激磁中(激磁順序1)(表Ⅹ)，高電壓被供給接點YD。這種情況代表電源供給所有5個輸入端的一種狀態(tài)。具體地，電流也在支路41d中沿徑向向內(nèi)的方向流過以致于電流在所有5個支路中流動。
表Ⅹ
表Ⅺ示出了Y4P/4-4φ的激磁。在激磁順序0時，高電壓供給接點YA和YC，而低電壓供給接點YB和YE。接點YD有浮動電壓。
表Ⅺ
根據(jù)本發(fā)明的混合步進電動機，通過供給10相激磁(10種方式的激磁)來實現(xiàn)步進旋轉(zhuǎn)并通過5相驅(qū)動脈沖來實現(xiàn)10相驅(qū)動。
更進一步說，由于每個主極上的兩個齒(定子齒)相對于該主極的中心線是對稱的，所以消除了由于激磁不平衡引起的電磁噪聲。
此外，由于定子是90°轉(zhuǎn)動對稱的，所以圍繞著轉(zhuǎn)動軸的定子的對稱性被改進了。并且由于主極之間的5個連續(xù)的間隔中的4個是彼此相等的，所以改進了主極的平衡。因此，在高速度下的穩(wěn)定性得到了改進。此外，圍繞轉(zhuǎn)動軸的定子的更好的對稱性導(dǎo)致了消除由于制造不精確而引起的步進誤差。
此外，當一個定子齒直接地面對N極齒時，遠離該定子齒90°處形成的另一個定子齒直接地面對S極齒。因此，如果這些定子齒被激磁為相反的極性，那么將實現(xiàn)有效的吸引和排斥。
在本發(fā)明中，由于定子有10個相和20個極，并且減少了步距，所以能夠利用一個較細的主極并且減少了一些繞組。較細的主極導(dǎo)致了在主極極身部位減小了磁滯損失和減小了渦流損失。這種優(yōu)點特別顯著的是當步進電動機高速轉(zhuǎn)動時熱損失被減小了。此外，如果線卷的繞線數(shù)是小的，那么電感也是小的。因此改進了起動和高速旋轉(zhuǎn)特性，而抑制了熱產(chǎn)生。
由于在每5個主極處電流的方向被反相，所以一個10相驅(qū)動被實現(xiàn)。因此簡化了驅(qū)動裝置和驅(qū)動時間。
由于一個主極總是位于遠離一個確定的主極90°的位置上，所以由繞線機圍繞著主極纏繞線卷的繞組被簡化了并且提高了效率。
下面參考圖12將說明本發(fā)明的另一實施例。
正如在圖12中所示的，一個具有10個相和20個主極的混合步進電動機包括一個轉(zhuǎn)子1，轉(zhuǎn)子齒6，一個定子4，主極5和定子齒7，類似于前面的實施例。轉(zhuǎn)子齒6交替地包括N極齒和S極齒。步進電動機沿著一個轉(zhuǎn)子軸8的軸向的截面圖類似于圖2中所示的截面圖。在這個實施例中，“n”在等式(1)中是4。因此，等式(1)和(2)由下面表示P＝(7.2×2-0.72×4)+7.2＝18.72---(1b)P＝18.72×10＝187.2---(2b)根據(jù)這些值設(shè)置的主極在表Ⅻ中示出了。5號和6號主極之間的間隔(15.12°)小于其他主極之間的間隔(18.72°)。沿順時針方向與最近的N極齒的偏差也在表Ⅻ中示出了。沿著增加偏差的順序配給數(shù)字①至⑩。這順序是①、⑦、③、⑨、⑤、⑥、②、③、④和⑩，其不同于上一個實施例中的順序。
表Ⅻ
在這個實施例中，通過按照順序①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨和⑩激磁主極來實現(xiàn)步進運動。
該實施例具有與第一個實施例相同的優(yōu)點。
圖13畫出了根據(jù)本發(fā)明的其它實施例。特別地是改變了轉(zhuǎn)子齒6的數(shù)量。在圖13(A)中所示的轉(zhuǎn)子有70個N極和70個S極齒。在圖示說明中僅表示了N極齒2。轉(zhuǎn)子的齒距是大約5.14°(360除70)。如果用圖13(A)的轉(zhuǎn)子1代替圖1中的轉(zhuǎn)子，主極間隔和定子齒的位置在等式(1)和(2)中用θ＝360/700來確定。
在圖13(B)中所示的轉(zhuǎn)子有30個N極齒2。轉(zhuǎn)子齒距是12°(360除以30)。如果用圖13(B)中的轉(zhuǎn)子代替圖1中的轉(zhuǎn)子，那么主極間隔和定子齒的位置將用θ＝360/300來確定。
在上述的實施例中，轉(zhuǎn)子齒的齒部分的長度與轉(zhuǎn)子齒的槽部分的長度是相同的，并且這與定子齒的情況是一樣的。然而，齒和槽的比率可以被改變，因此，齒的邊緣可以是斜削的。
權(quán)利要求
1.一種混合步進電動機，它包括一個具有轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有一個軸向方向、一個周邊方向和一個與軸向方向垂直的徑向方向，該轉(zhuǎn)子齒包括沿轉(zhuǎn)子的周邊方向以恒定間隔交替地設(shè)置的N極齒和S極齒，轉(zhuǎn)子齒具有一個轉(zhuǎn)子齒距，該轉(zhuǎn)子齒距等于兩個相鄰N極齒或兩個相鄰S極齒之間的一個齒距；一個具有1-20號主極的定子，該主極沿著轉(zhuǎn)子的周邊方向包圍著轉(zhuǎn)子，每個主極沿著轉(zhuǎn)子的徑向方向朝著轉(zhuǎn)子延伸，每個主極有一個自由端和一個在其延伸方向的中心線，一個定子齒在每個主極的自由端上形成并面對轉(zhuǎn)子齒；和一個圍繞著每個主極用于該主極激磁的線卷，利用這個線卷根據(jù)主極的激磁實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進運動，通過把轉(zhuǎn)子齒距除以10來獲得步距的大??；1號至10主極和11號至20號主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向分別地相互面對面，一個任選的主極和一個它下面的第5個主極具有一個90°的關(guān)系，和在1-10號主極上的齒和11-20號主極上的齒分別具有的位置由下面一個表達式帶入不相重疊的m來確定Pt×k+m×θ其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，θ代表步距的大小，m代表在0和9間的任意整數(shù)，k代表在0和K-1之間的一個任意的整數(shù)，而K代表N極齒的數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合步進電動機，其特征是在一個任意的主極上的一個定子齒具有一個位置，該位置是由把k＝K除以4得到的一個整數(shù)和m＝5代入到式Pt×k+m×θ中來確定的，如從遠離所述任意的主極90°的一個主極上的另一個定子齒上所看到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合步進電動機，其特征是N極齒(K)的數(shù)量是由K＝2×j來確定的，其中j代表一個任意的奇數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合步進電動機，其特征是N極齒數(shù)是50和在兩個相鄰的N極齒之間的一個齒距是7.2°，S極齒數(shù)是50和在兩相鄰的S極齒之間的一個齒距是7.2°且在相鄰的N極和S極齒之間的一個角間隔是3.6°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合步進電動機，其特征是在每個主極的自由端上形成了多個定子齒，并且在每個主極上的定子齒相對于每個主極的中心線是對稱的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合步進電動機，其特征是在每個主極的自由端上形成兩個定子齒，并且在一個主極上的兩個定子齒之間的一個齒距等于轉(zhuǎn)子齒距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合步進電動機，其特征是設(shè)置1-10號主極所具有的位置是按照1、10、4、8、2、6、5、9、3和7號主極的順序，把m＝0至9按照0、1、2、3、4、5、6、7、8和9的順序代入由表達式Pt×k+m×θ來確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合步進電動機，其特征是θ是0.72°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合步進電動機，其特征是在6個連續(xù)的主極之間的5個間隔中的4個間隔是彼此相等的，而剩下的一個間隔所具有的值由從90°減去4個相等間隔的總和來獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合步進電動機，其特征是兩個相鄰的主極之間的一個間隔由下列等式來給定P＝(2Pt-θ×n)+Pt其中P代表兩個相鄰主極之間的間隔，n代表除了5以外低于10的一個整數(shù)，用間隔Ps來設(shè)置1-5號主極，用從90°減去4×P得到的一個間隔P90來設(shè)置6號主極，用間隔Ps設(shè)置6-10號主極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的混合步進電動機，其特征是這樣確定n以由下面等式得到的∑P變成接近180°的一個值∑P＝｛(2Pt-θ×n)+Pt｝×φ其中φ代表在定子的一半上的主極數(shù)，而∑P代表在定子的一半上以間隔Ps設(shè)置的主極之間的間隔的總和。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合步進電動機，其特征是轉(zhuǎn)子齒距是7.2°，1-10號主極的中心線依次按0°，17.28°，34.56°，51.84°，69.12°，90°，107.28°，124.56°，141.84°和159.2°的方向延伸，在每個主極的自由端上形成兩個定子齒，每個主極上的兩個定子齒在主極的中心線的兩邊上沿著離主極的中心線3.6°的方向延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合步進電動機，其特征是N極齒在一個第1平面沿著轉(zhuǎn)子的徑向方向延伸，S極齒在一個第2平面沿著轉(zhuǎn)子的徑向方向延伸，第1和第2平面在轉(zhuǎn)子的軸向上相互隔開。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的混合步進電動機，其特征是轉(zhuǎn)子包括一個轉(zhuǎn)子軸，兩個安置在轉(zhuǎn)子軸的自由端上分別在第1和第2平面中延伸的齒輪，和一個安置在兩個齒輪之間以形成N極和S極齒輪的永久磁體，從而在N極和S極齒輪上分別形成N極齒和S極齒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合步進電動機，其特征是定子具有一個包圍N極和S極齒輪的圓柱形體，該圓柱形體在轉(zhuǎn)子的軸向上延伸，在每個主極上的齒在轉(zhuǎn)子的軸向上有一個寬度，這樣以致于在每個主極上的齒能夠面對N極和S極齒輪的齒。
16.一種混合步進電動機，其包括一個具有轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有一個軸向方向，一個周邊方向和一個與軸向方向垂直的徑向方向，轉(zhuǎn)子齒包括在轉(zhuǎn)子的周邊方向上用恒定的間隔交替地設(shè)置的N極齒和S極齒，轉(zhuǎn)子齒具有一個轉(zhuǎn)子齒距，該轉(zhuǎn)子齒距等于兩個相鄰N極齒或兩個相鄰S極齒之間的一個齒距;一個具有1-20號主極的定子，該主極在轉(zhuǎn)子的周邊方向上包圍轉(zhuǎn)子，每個主極沿著轉(zhuǎn)子的徑向方向朝著轉(zhuǎn)子延伸，每個主極具有一個自由端，一個極身部分和一個沿其延伸方向的中心線，一個定子齒在每個主極的自由端上形成并且面對轉(zhuǎn)子齒;和一個圍繞著每個主極用于該主極激磁的線卷，通過該線卷對主極進行激磁來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進運動，一個步距的大小由轉(zhuǎn)子齒距除以10來獲得;1號至10號主極和11號至20號主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向上分別地彼此面對面，一個任意的主極和它下面的第5個主極具有一個90°的關(guān)系，在1-10號主極上的齒和在11-20號主極上的齒分別具有由下面表達式代入不相重疊數(shù)m來確定的位置Pt×k+m×θ其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，θ代表步距的大小，m代表在0和9之間的一個任意的整數(shù)，k代表在0和K-1之間的一個任意的整數(shù)，K代表N極齒的數(shù)量，在任意一個主極上的定子齒具有一個位置，該位置是由把k＝K除以4得到的一個整數(shù)和m＝5代入到式Pt×k+m×θ中來確定的，如從遠離所述任意的主極90°的一個主極上的另一個定子齒所看到的，一個圍繞一規(guī)定的主極的線卷與圍繞遠離該規(guī)定的主極90°的一個主極的線卷的纏繞方向相反。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合步進電動機，其特征是圍繞著4個相互具有90°關(guān)系的主極的每4個線卷串聯(lián)連接形成5個支路，每個支路分別具有正向的繞組線卷和反向的繞組線卷。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的混合步進電動機，其特征是每個支路具有兩端以便允許一個電流從一端到另一端流動或反過來也是一樣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的混合步進電動機，其特征是一個支路的兩端是圍繞1號主極的一個線卷的一個自由端和圍繞16號主極的一個線卷的一個自由端，一個支路的兩端分別是圍繞5號主極的一個線卷的一個自由端和圍繞20號主極的一個線卷的一個自由端，一個支路的兩端分別是圍繞9號主極的一個線卷的一個自由端和圍繞4號主極的一個線卷的一個自由端，一個支路的兩端分別是圍繞13號主極的一個線卷的一個自由端和圍繞8號主極的一個線卷的一個自由，和一個支路的兩端分別是圍繞17號主極的一個線卷的一個自由端和圍繞12號主極的一個線卷的一個自由端。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合步進電動機，其特征是每個線卷圍繞主極的極身部分纏繞。
21.一種驅(qū)動混合步進電動機的方法，該混合步進電動機包括一個具有轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有一個軸向方向，一個周邊方向和一個垂直于軸向方向的徑向方向，轉(zhuǎn)子齒包括在轉(zhuǎn)子的周邊方向上用恒定的間隔交替設(shè)置的N極齒和S極齒，轉(zhuǎn)子齒具有一個轉(zhuǎn)子齒距，該轉(zhuǎn)子齒距與兩個相鄰的N極齒或兩個相鄰S極齒之間的一個齒距相等;一個具有1-20號主極的定子，這些主極在轉(zhuǎn)子的周邊方向上包圍著轉(zhuǎn)子，每個主極具有一個自由端和在轉(zhuǎn)子的徑向方向上朝著轉(zhuǎn)子延伸，一個定子齒在每個主極的自由端上形成以便面對轉(zhuǎn)子齒;一個圍繞著每個主極用于主極激磁的線卷，通過該線卷對根據(jù)主極的激磁來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進運動，步距的大小由轉(zhuǎn)子齒距除以10來獲得，本方法包括下列步驟這樣設(shè)置主極以致于1-10號主極和11-20號主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向上分別地面對面，并且一個任意的主極和它下面的第5個主極具有一個90°的關(guān)系，設(shè)置1-10號主極和11-20號主極這樣以致于在1-10號主極上齒的位置和11-20號主極上齒的位置分別具有由用不相重疊數(shù)m代入下面表達式所確定的位置Pt×k+m×θ其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，θ代表步距的大小，m代表在0和9之間的一個任意的整數(shù)，k代表在0和K-1之間的一個任意的整數(shù)，K代表N極齒的數(shù);和把1-10號主極和11-20號主極按照增加m的順序分別激磁為N極性，從而從m＝0到m＝9的激磁限定了一個激磁操作的周期并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動了一個轉(zhuǎn)子齒距。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括下列步驟設(shè)置定子齒以致于在一個規(guī)定的主極上的定子齒的位置和從它下面的第5個主極看到的一樣由把k＝K除以4得到的一個整數(shù)和m＝5代入表達式Pt×k+m×θ中來確定，和從遠離任意的主極90°的一個主極上的另一個定子齒所看到的一樣，和圍繞一規(guī)定的主極沿著與圍繞它下面第5個主極的線卷的方向相反的方向纏繞線卷。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括步驟圍繞著4個彼此具有90°關(guān)系的主極在相反的方向交替地纏繞著4個線卷;分別把該4個線卷串聯(lián)地連接以便形成4個支路，每個支路具有兩端;和為每個支路的兩端提供一個激磁電流以致于在相反方向纏繞的線卷被激磁為相反的極性。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進一步包括步驟把激磁電源的供電方向反相以便以改變線卷的極性。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，進一步包括步驟把一個受控的主極激磁為一規(guī)定的極性，并且在該受控主極之前和之后的位置上主極按照激磁順序被激磁為與輔助主極相同的極性。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征是分別在受控主極之前和之后的兩個主極按照激磁順序被激磁為與受控主極相同的極性。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征是一個主極在激磁周期 的半個周期期間被激磁為N極性而在另外半個激磁周期期間被激磁為S極性。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征是激磁電流是由5個具有不同相位的方波脈沖來給定，每個方波脈沖的上端平坦部分把一規(guī)定的主極激磁為N極并把它下面第5個主極激磁為S極，而每個方波脈沖的下面平坦部分把所規(guī)定的主極激磁為S極性并把所述下面第5個主極激磁為N極性。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征是θ是0.72°并且對于1號、10號、4號、8號、2號、6號、5號、9號、3號和7號主極把m＝0、1、2、3、4、5、6、7、8和9分別代入表達式。
30.一種驅(qū)動混合步進電動機的方法，該混合步進電動機包括一個具有轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有一個軸向方向、一個周邊方向和一個與軸向方向垂直的徑向方向，轉(zhuǎn)子齒包括沿轉(zhuǎn)子的周邊方向用恒定的間隔交替地設(shè)置的N極齒和S極齒，轉(zhuǎn)子齒具有一個轉(zhuǎn)子齒距，該轉(zhuǎn)子齒距等于兩個相鄰的N極齒或兩個相鄰的S極齒之間的一個齒距;一個具有1-20號主極的定子，主極沿轉(zhuǎn)子的周邊方向在垂直于轉(zhuǎn)子的軸向方向上包圍著轉(zhuǎn)子，每個主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向上朝著轉(zhuǎn)子延伸，每個主極具有一個自由端，一個極身部分和在其延伸方向上的一個中心線，一個定子齒在每個主極的自由端上形成，該定子齒面對轉(zhuǎn)子齒;和一個圍繞每個主極用于主極激磁的線卷，通過線卷對主極進行激磁來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進運動，步距的大小由轉(zhuǎn)子齒距除以10來獲得;設(shè)置主極以致于1-10號主極和11-20號主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向上分別地面對面，并且一個任意的主極和它下面的第5個主極具有一個90°的關(guān)系;和在1-10號主極上的齒和在11-20號主極上的齒具有由下面表達式代入不相重疊數(shù)m所確定的位置Pt×k+m×θ其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，θ代表步距的大小，m代表在0和9之間的一個任意的整數(shù)，k代表在0和K-1之間的一個任意的整數(shù)，K代表N極齒的數(shù)，這樣設(shè)置定子齒以致于1-10號主極上定子齒的位置由按照主極1號、7號、3號、9號、5號、6號、2號、8號、4號和10號的順序代入m＝0、1、2、3、4、5、6、7、8、和9來確定。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進一步包括步驟這樣設(shè)置轉(zhuǎn)子齒以致于齒距是7.2°;這樣設(shè)置1-10號主極以致于1-10號主極的中心線依次沿0°，18.72°、37.44°、56.16°、74.88°、90°、108.72°、127.44°、146.16°和164.88°的方向延伸;在每個主極的自由端上形成兩個定子齒;和這樣設(shè)置定子齒以致于在每個主極上的兩個定子齒在每個主極的中心線的兩側(cè)上沿離每個主極的中心線3.6°的方向延伸。
32.一種混合步進電動機，它包括一個具有轉(zhuǎn)子齒的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有一個軸向方向、一個周邊方向和一個徑向方向，轉(zhuǎn)子齒具有在轉(zhuǎn)子的周邊方向上用恒定間隔交替地設(shè)置的N極齒和S極齒，轉(zhuǎn)子齒具有一個轉(zhuǎn)子齒距，該轉(zhuǎn)子齒距等于在兩相鄰的N極齒或S極齒之間的一個齒距;一個具有1-20號主極的定子，這些主極在轉(zhuǎn)子的周邊方向上包圍轉(zhuǎn)子，每個主極在轉(zhuǎn)子的徑向方向上朝著轉(zhuǎn)子延伸，每個主極具有一個自由端和一個極身部分，一個定子齒在每個主極的自由端上形成以便于面對轉(zhuǎn)子齒;5個輸入端;和一個圍繞著每個主極用于主極激磁的線卷，通過該線卷利用主極的激磁來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進運動，步距的大小由轉(zhuǎn)子齒距除以10來獲得;1-10號主極和11-20號主極在轉(zhuǎn)子的周邊方向上分別地面對面，一個任意主極和它下面第5個主極具有一個90°的關(guān)系，在1-10號主極上的齒和11-20號主極上的齒分別具有由下面一個表達式代入不相重疊數(shù)m來確定的位置Pt×k+m×θ其中Pt代表轉(zhuǎn)子齒距，θ代表步距的大小，m代表在0和9之間一個任意的整數(shù)，k代表在0和K-1之間一個任意的整數(shù)，K代表N極齒數(shù)，在一個任意的主極上的定子齒具有一個位置，該位置由把k＝K除以4得到的一個整數(shù)和m＝5代入到式Pt×k+m×θ中來確定，它是從遠離該任意的主極90°的一個主極上的另一個定子的齒的角度來看的，在一個規(guī)定主極上的一個線卷是與遠離該規(guī)定主極90°的一個主極上的線卷的纏繞方向相反的方向纏繞，圍繞著4個彼此具有90°關(guān)系的主極的每4個線卷串聯(lián)連接以形成5個支路，每個支路交替地具有正和和反的繞組線卷，每個支路具有兩端以便允許一個電流從一端流向另一端或反過來也是一樣，和至少每個支路的一端與5個輸入端中的一個連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的混合步進電動機，其特征是5個支路被連接成一個環(huán)，每兩支路的接點作為5個輸入端，并且一規(guī)定的電壓供給每個輸入端。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的混合步進電動機，其特征是具有不同相位的5個電壓脈沖供給該5個輸入端。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的混合步進電動機，其特征是電壓脈沖是高電壓，低電壓或浮動電壓。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的混合步進電動機，其特征是高電壓供給5個輸入端的一個、兩個或三個，低電壓供給剩下的一個或兩個輸入端并且浮動電壓供給剩下的輸入端。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的混合步進電動機，其特征是5個支路的一端連接成一個點，5個支路的另外一端分別被供給規(guī)定的電壓。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的混合步進電動機，其特征是具有不同相位的5個電壓脈沖供給該5個輸入端。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的混合步進電動機，其特征是電壓脈沖是高電壓，低電壓或浮動電壓。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的混合步進電動機，其特征是高電壓供給5個輸入端的一個、兩個或三個，低電壓供給剩下的一個或兩個輸入端而浮動電壓供給剩下的輸入端。
41.一種用于混合步進電動機的線卷纏繞方法，該混合步進電動機具有一個定子，多個主極和一個轉(zhuǎn)子，定子具有一個罩著轉(zhuǎn)子的圓柱形空心體，通過一個具有5個噴嘴的繞線機圍繞著每個主極纏繞線卷，包括步驟在空心體的一個內(nèi)壁上沿著空心體的周邊方向設(shè)置1-20號主極，每個主極在垂直于轉(zhuǎn)子縱軸的一個平面上從內(nèi)壁朝著轉(zhuǎn)子延伸，1-10號主極和11-20號主極在空心體的周邊方向分別彼此間隔180°，1-5號主極和6-10號主極在空心體的周邊方向分別彼此間隔90°，并且一個定子齒在每個主極的自由端上形成;限定第1、2、3和4組主極，每組主極包括5個主極;把繞線機的噴嘴插入到空心體中這樣以致于5個噴嘴分別延伸靠近第1組主極的5個主極;圍繞著第1組主極纏繞線卷;這樣轉(zhuǎn)動噴嘴90°以致于噴嘴延伸靠近第2組主極，并且圍繞第2組主極纏繞線卷;這樣轉(zhuǎn)動噴嘴90°以致于噴嘴延伸靠近第3組主極，并且圍繞第3組主極纏繞線卷;和這樣轉(zhuǎn)動噴嘴90°以致于噴嘴延伸靠近第4組主極，并且圍繞第4組主極纏繞線卷。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征是圍繞著第1至第4組主極的線卷的纏繞方向交替地被反向。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征是線卷在90°轉(zhuǎn)動期間不被切斷以致于彼此具有90°關(guān)系的每4個線卷是連續(xù)的以便形成一單個支路。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征是4組主極被這樣限定以致于一組主極包括1號、5號、9號、13號和17號主極，一組主極包括2號、6號、10號、14和18號主極，一組主極包括3號、7號、11號、15號和19號主極，一組主極包括4號、8號、12號、16號和20號主極，并且5個噴嘴圍繞著每組的5個主極同時地纏繞線卷。
全文摘要
10相和20個主極的混合步進電動機用5相驅(qū)動脈沖驅(qū)動。轉(zhuǎn)子在其軸端上有N極和S極齒輪。定子有圓柱形空心體。1—20號主極在垂直于轉(zhuǎn)子軸的平面上從空心體的內(nèi)壁向轉(zhuǎn)子軸方向延伸以致20個主極在垂直于轉(zhuǎn)子軸的平面中包圍N極和S極齒。各主極有自由端，在自由端上形成兩個定子齒。定子齒面對N和S極齒輪的齒。線卷圍繞每個主極纏繞用于主極的激磁。1—10號和11—12號主極沿轉(zhuǎn)子徑向分別面對面。任意的主極和它下面第5個主極總是有一個90°關(guān)系。
文檔編號H02K37/18GK1086934SQ9311682
公開日1994年5月18日 申請日期1993年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月31日
發(fā)明者大屋廣男, 佐藤利明, 高橋俊雄, 若桑亮, 水上雅夫, 藤田勝, 宮澤貞雄, 有賀智昭 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社