專利名稱：電機結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機結(jié)構(gòu)，更具體來說，涉及爪極式同步電機，特別是爪極式步進電機的結(jié)構(gòu)。
爪極式同步電機包括永磁式兩相步進電機因其制造價格低廉而得到廣泛應用。牛津大學1986年(再版)的“步進電機及其微處理機控制機構(gòu)”第40-43頁公開了一種典型的普通爪極式步進電機。
作為一種爪極式同步電機的兩相步進電機具有兩個定子組件， 包括A相定子組件和B相定子組件，每個定子組件具有相同結(jié)構(gòu)，背對背共軸布置且在圓周方向等間距形成的爪極。
為了減小普通電機中的振動，爪極在背對背布置的A相和B相定子組件上分度，使兩定子組件的相鄰爪極的中心線之間的分隔角(即A相和B相的爪極之間的夾角)盡可能精確地等于360°/n的機械角(n為級數(shù))。
盡管對分隔角進行這種嚴格的控制，電機每移動一步仍會產(chǎn)生振動。另外，因為反電動勢(BEMFs)波形的平方和是非線性的，波動大等因素，使振動的減小受到限制。這種限制借助減頻設施而不是電機而得到某種程度的補償。
在光學技術(shù)的最新進展過程中，已研制出進行高密度記錄的記錄設備。雖然普通爪極式步進電機具有制造成本低廉的極好特點，但是仍無法應用于上述高效記錄設備，這是由于必須極嚴格地防止電機中出現(xiàn)振動的緣故。
本發(fā)明的目的是提供一種電機結(jié)構(gòu)，它通過使兩相的相鄰的定子組件的爪極中心線之間的電分隔角(機械分隔角)比理論相位角(理論步進角)小一個預定角度范圍內(nèi)的角度的方式，使電機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，振動極小。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，按照本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)包括一個具有多極磁化的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，多個相鄰布置且與轉(zhuǎn)子軸線共軸的定子組件，而對轉(zhuǎn)子形成、在每個定子組件上與轉(zhuǎn)子軸線平行布置且在圓周方向上等間距分布的爪極，以及在相鄰定子組件的相應爪極的中心線之間以下述方式形成(θE/2+αE)的電分隔角，即，使得在電角中θE/2為90°，而αE在-10°＜αE＜0°的電角范圍內(nèi)。
由于電機具有按照本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，在每相的線圈中激勵的反電動勢的平方和的波形呈線性，波動小，因此，減小了振動，使電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。這是因為每相的反電動勢的平方和與波形為正弦時在任意位置作用在轉(zhuǎn)子(磁鐵)上的轉(zhuǎn)矩大小成正比，而且波形越呈線性，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越均勻一致。
以下是附圖的簡要說明

圖1是按照本發(fā)明第一實施例的爪極式步進電機的局部剖開的立體圖；圖2是圖1中電機的縱剖圖；圖3是表示圖1中電機的視圖，其上半部為電機本身的平面圖，而下半部是除去凸緣后的平面圖；圖4是圖1的縱剖圖；圖5是圖1中電機的A相定子組件和B相定子組件的爪極的桿的局部包絡圖；圖6表示圖1中電機和普通電機的反電動勢的平方和的波形；圖7表示與相應相的相鄰定子組件的爪極之間電調(diào)節(jié)有關(guān)的振蕩水平特征；圖8是按照本發(fā)明第二實施例的爪極式步進電機的視圖，上半部表示電機本身的平面圖，而下半部表示沿圖9中Z-Z線的剖視圖；圖9是按照本發(fā)明的爪極式步進電機的縱剖圖。
現(xiàn)參閱附圖描述本發(fā)明的推薦實施例。即，作為一種爪極式同步電機的兩相爪極式步進電機。
首先參閱圖1至5描述本發(fā)明的第一實施例。
如圖1至4所示，按照本發(fā)明的第一實施例的爪極式步進電機是內(nèi)轉(zhuǎn)子式的，具有一對相互間隔開來的凸緣1和15，和一根可轉(zhuǎn)動地通過軸承2和16設置在凸緣中部的軸3。一個圓筒形轉(zhuǎn)子4具有多極磁化的永久磁鐵，通過套筒17固定地裝在軸3上。
兩個定子組件5和6共軸地繞軸4背對背布置。定子組件5構(gòu)成A相定子組件，定子組件6構(gòu)成B相定子組件。繞在U形架18上的線圈8設置在每個定子組件中。尋出線7從線圈8拉出。
如圖2所示，每個定子組件5和6具有兩個相互平行布置的定子9和10。一個定子9在圓筒形壁11的外緣形成。在定子9的圓形內(nèi)緣和定子10的圓形內(nèi)緣都形成在圓周方向等間隔布置的基本呈等邊三角形的爪極13和113。
爪極13和113的底分別在相應定子9和10的內(nèi)緣12和112上形成，并從那里伸向另一定子9和10的內(nèi)緣112和12。
如圖2和4所示，一個定子9的爪極13和另一定子10的爪極13交錯圍繞轉(zhuǎn)子4布置。
圖5是A相定子組件5和B相定子組件6的爪極13和113的組合的包絡視圖。在該圖中，在A相定子5外側(cè)的定子9的每個爪極13的中心線14A和B相定子組件6外側(cè)的定子9的相應的一個爪極113的中心線14B形成一個在定子組件5和6的中軸線延伸的機械角(機械分隔角)φM，等于(θM/2+αM)。其中θM/2是理論步進角(stepangle)，等于360°/n， n為級數(shù)，αM是從步進角θM/2測得的機械調(diào)節(jié)角。
當中心線14A和中心線14B之間的夾角小于級角θM/2時，αM為負值。當中心線114A和中心線114B之間的夾角小于級角θM/2時，A相定子組件5的內(nèi)定子10的每個爪極113的中心線和B相定子組件6的內(nèi)定子10的相應一個爪極113的中心線114B之間的機械分隔角也為負值。
在中心線14A和14B之間和在中心線114A和114B之間形成的電分隔角φE等于理論相位角θE/2加電調(diào)節(jié)角αE，其中，θE/2＝90°。
如上所述，普通的爪極式步進電機制造得使一對定子組件的相應爪極之間有夾角保持為Φm＝θM/2(ΦE＝θE/2)。即，αM＝0(αE＝0)為減小振蕩精度極高。但是，由于在兩相的圈中激勵的反電動勢的平方和的波形不是線性的，而是周期性變化，如圖6中I所示，峰對峰值大，波動大，因而電機工作時產(chǎn)生大的振動。
本發(fā)明的發(fā)明人曾對兩相的反電動勢平方和之間的關(guān)系進行過研究和試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如圖5所示，在B相定子組件6的爪極13和113的中心線14B和114B從A相定子組件5的相應爪極13和113的中心線14A和114A提前一個比理論相位角大0°而小10°的電角的情形中，即，在電調(diào)節(jié)角α E大于-10°且小于0°的情形中，振蕩水平減小，在已認為振蕩增加的振蕩水平范圍內(nèi)，使振蕩水平小于理論位角θE/2時的振蕩水平。
具體來說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在電角中相位角提前大約5.9°時(即在電調(diào)節(jié)角大約為負5.9°時)的振蕩水平比相位角不變的情況中的振蕩水平小大約4.8dB。
如圖6中II所示，在電調(diào)節(jié)角為-5°時，在A相和B相線圈8中激勵的反電動勢的平方和所代表的波形大致為線性，峰對峰值變小，而使波動變小，從而使電機振蕩減小。在這種情形中，相應于該αE的αM值大于-40°/n且小于0°。
因此，無需專門的裝置，只要將相位角ΦE提前一個上述范圍的角度，與普通電機相比，就可以減小電機工作時的振蕩，換言之，就可以得到一種可以用在對振蕩敏感的設備中的，成本低的兩相爪極式步進電機。
圖8和9中表示按照本發(fā)明第二實施例的雙相爪極式步進電機。這種電機是外轉(zhuǎn)子式的，具有背對背布置的兩個定子組件，即，A相定子組件5A和B相定子組件6A。每個定子組件具有兩個定子9A和10A。
在每個定子的內(nèi)緣上形成圓筒形壁11A。下面還要講到，定子9A和10A裝在軸承24上。在每個定子組件的定子9A和10A之間設有繞在具有U形截面的線圈架18A上的線圈8A。
爪極13A在定子9A和10A的外緣19和119上形成，在周向上等間隔分布由并伸向相對的定子10A和9A的外緣119和19。定子組件5A和6A的爪極13A和113A與第一實施例一樣交錯布置。中空圓筒形轉(zhuǎn)子4A共軸地圍繞兩個定子組件5A和6A。
杯狀電機殼22在其開口端具有一凸緣，內(nèi)裝定子組件5A和6A，以及轉(zhuǎn)子4A。軸承24具有一套筒，并共軸地穿過電機殼22。軸承24的內(nèi)端固定在電機殼22的底部上。軸3A穿過軸承24的中心孔和靠近電機殼22開口端的端板23的中部。軸3A的外周面和下端可轉(zhuǎn)動地由軸承24固定。
定子組件5A和6A，其內(nèi)周面固定于軸承24，從而固定地設置在電機殼22中。圍繞定子組件5A和6A的轉(zhuǎn)子4A固定在軸3A上以便隨其轉(zhuǎn)動。圖5至7也適用于第二實施例。
本發(fā)明不僅可適用于三相或更多相爪極式步進電機，而且也適用于電機，包括多相爪極式電機。
由于相鄰定子組件的相應爪極的中心線之間限定的分隔角設定得使調(diào)節(jié)角處在預定的角度范圍內(nèi)，因而減小了本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)的振動。因此，本發(fā)明的電機可以低成本地制造，無需使用其它專門裝置，并且可以用在要求低振動的設備上，特別是進行微步進驅(qū)動的電機具有顯著的減振效果。
權(quán)利要求
1.一種電機結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括一個轉(zhuǎn)子(4；4A)，它具一條軸線和一個多極磁化的永久磁鐵；相互鄰近設置且與所述轉(zhuǎn)子(4；4A)共軸的多個定子組件(5，6；5A，6A)；而對所述轉(zhuǎn)子(4；4A)形成且在每個所述定子組件(5，6；5A，6A)上與所述轉(zhuǎn)子(4；4A)的所述軸線平行的，周向等間隔分布的爪極(13，113，13A，113A)；以及一個電分隔角(θE/2+αE)在所述相鄰定子組件(5，6；5A，6A)的相應爪極(13，113；13A，113A)的中心線(14A，14B；114A，114B)之間限定，使得在電角中θ/2為90°，且αE處于-10°＜αE＜0°的電角范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的電機結(jié)構(gòu)，其特征在于在電角中，所述αE基本在-4°至-6°之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機結(jié)構(gòu)，其特征在于所述定子組件(5，6；5A，6A)包括A相定子組件和B相定子組件。
4.如權(quán)利要求3所述的電機結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電機結(jié)構(gòu)是微步進驅(qū)動式的。
全文摘要
一種電機結(jié)構(gòu)具有在電機相鄰的定子組件(5，6；5A，6A)的相應爪極(13，13A，113，113A)的中心線間限定的相位角(фE)，使該相位角等于理論相位角(θE/2)減去一個大于0°且小于10°的范圍內(nèi)的電角。
文檔編號H02K37/12GK1147719SQ9611065
公開日1997年4月16日 申請日期1996年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月12日
發(fā)明者鈴木讓, 藤谷榮, 中俁廣人, 日野陽至 申請人:美蓓亞株式會社