專利名稱：多相混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及5相混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法的改良。
混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為適用于決定高精度的位置的促動(dòng)器，早在四分之一世紀(jì)之前已經(jīng)是眾所周知的了。其應(yīng)用范圍包括全自動(dòng)化生產(chǎn)線用的各種工作機(jī)械、打印機(jī)、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、盤驅(qū)動(dòng)器等計(jì)算機(jī)的外圍機(jī)器。
為了使用上的方便，曾嘗試把上述的混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角盡可能做得小，因而增加其相數(shù)，現(xiàn)在多使用4相或5相的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
如上所述的現(xiàn)有的4相或5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性不安定、停止位置的不同而使得轉(zhuǎn)矩變化、得不到高精度的步進(jìn)角等。
本發(fā)明目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。
為了達(dá)成上述本發(fā)明的目的，本發(fā)明的多相混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，其中，該電動(dòng)機(jī)具有在旋轉(zhuǎn)軸方向上磁化的1個(gè)以上的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子具有所述永久磁鐵，在軟磁鐵制的外周上等間隔地設(shè)有多個(gè)(NR個(gè))齒，在該永久磁鐵的兩端設(shè)有的2個(gè)磁極蓋上分別設(shè)有多個(gè)齒，它們互相錯(cuò)開1/2齒節(jié)(1/2TP);
多個(gè)非對(duì)稱型定子，配置在所述轉(zhuǎn)子的外周，具有向內(nèi)的10個(gè)放射狀的固定磁極，這些磁極分別設(shè)有不具分接抽頭的線圈;在該非對(duì)稱型定子上分別設(shè)有與轉(zhuǎn)子的齒節(jié)同間隔的2個(gè)以上的小齒;這些非對(duì)稱型定子的小齒總數(shù)為NS，NS＝5×(n0+n1)｛這里n0是5個(gè)極齒各自的小齒數(shù)，n1是其余5個(gè)極齒的小齒數(shù)｝，小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱定子之間，且以旋轉(zhuǎn)軸為中心，小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子的反對(duì)側(cè);轉(zhuǎn)子的齒數(shù)(NR)與該定子的小齒的總數(shù)(NS)的關(guān)系為NS≥0.8NR｛即NS比0.8NR大或相等于0.8NR｝，NR與NS的差為NR-NS＝K(S0-S1)+10(S1-1+B)，｛這里K為2至5間的整數(shù)，S0與S1是盡量小的整數(shù)，兩者可相等，B為一個(gè)分?jǐn)?shù)，10B(B的10倍)一定是整數(shù)｝，所述10個(gè)定子線圈以P3、P8、P6、P1、P9、P4、P2、P7、P5、P10的順序連接成環(huán)狀，且在P10與P3之間、P8與P6之間、P1與P9之間、P4與P2之間、P7與P5之間設(shè)有端子，通過在各步進(jìn)中對(duì)各磁極的磁化，使N極與S極的數(shù)目相同。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的橫剖面圖;
圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例的縱剖面圖;
圖3是本發(fā)明的一實(shí)施例的定子系統(tǒng)的正面圖;
圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的向量圖;
圖5是本發(fā)明的接線圖;
圖6是表示全步進(jìn)模式時(shí)的各固定磁極的磁極變化圖;
圖7是表示半步進(jìn)模式時(shí)的各固定磁極的磁極變化圖。
下面配合附圖對(duì)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例加以詳細(xì)說明。
圖1及圖2是表示本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的剖面圖。其中，圖1是截面與旋轉(zhuǎn)軸垂直的橫剖面圖。在該圖中，1是定子，在該定子1的向內(nèi)方向上設(shè)有10個(gè)定子磁極S、S′。又，在各定子磁極S、S′上卷繞著定子線圈2。在定子磁極S的先端設(shè)有小齒3。這些小齒的總數(shù)一般地定義為NS。4是旋轉(zhuǎn)軸，在它的周圍設(shè)有轉(zhuǎn)子5。該轉(zhuǎn)子5如圖2所示，在中央處具有永久磁鐵7，而兩端則具有轉(zhuǎn)子蓋8，外周面設(shè)有多數(shù)的齒6，其總數(shù)一般地定義為NR。再者，圖1是沿圖2的A-A線的剖面圖。又，卷繞于各定子磁極上的10個(gè)定子線圈分別附上P1至P10的記號(hào)。
最初的實(shí)施例是對(duì)于具有10個(gè)定子磁極，NR＝50的5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性、步進(jìn)角的精度、效率加以改善的(鄰接的定子磁極間的移位角為1/5Tp，這里Tp為小齒3的節(jié)距)。10個(gè)定子磁極的小齒數(shù)并不全都為4，而是在每隔1個(gè)定子磁極增加1個(gè)小齒，從成為非對(duì)稱型定子磁極。藉著這樣的構(gòu)造，在具有4個(gè)小齒的定子磁極的對(duì)面都存在著具有5個(gè)小齒的定子磁極(圖3)。
轉(zhuǎn)子的齒數(shù)與定子磁極的小齒數(shù)的差為5(即從50減去4×5之積，再減去5×5之積)。
這種設(shè)計(jì)也改善了轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性。這是因?yàn)橹辽?個(gè)相鄰定子磁極為N極，而其他2個(gè)相鄰的定子磁極為S極(參看圖6)。
在定子磁極數(shù)為10個(gè)的非對(duì)稱型定子構(gòu)造中，為了在四個(gè)方面達(dá)成顯著的改善，在下說明的實(shí)施例，對(duì)于齒數(shù)為40、50、80、90或100的轉(zhuǎn)子，鄰接的定子磁極間的移位角采用3/10Tp或7/10Tp，每隔一個(gè)定子磁極，如上所述，其小齒數(shù)增加1。
現(xiàn)在，為了設(shè)計(jì)具有非常重要的步進(jìn)角的電動(dòng)機(jī)，只要將轉(zhuǎn)子齒數(shù)與定子小齒數(shù)的差設(shè)定為5或3就可以了。
參照?qǐng)D4，作用于轉(zhuǎn)子蓋的半徑方向的力分散于3個(gè)方向。這個(gè)力對(duì)于兩方的轉(zhuǎn)子蓋相等地作用著。這樣向3個(gè)方向分散的力對(duì)于制造公差的影響是很低的，同時(shí)可增加步進(jìn)角精度，以及減少振動(dòng)。這是因?yàn)殚g隔大的縫隙部分只2個(gè)。圖6是表示20個(gè)連續(xù)步進(jìn)的各定子磁極的極化狀況圖。這個(gè)步進(jìn)動(dòng)作以全步進(jìn)使旋轉(zhuǎn)軸4旋轉(zhuǎn)。從圖6可以了解這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，不管在任何位置(即步進(jìn))，都具有相同數(shù)目的N極和S極，從而減少了磁滯現(xiàn)象。
以下參照?qǐng)D5和圖6對(duì)步進(jìn)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作加以說明。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的接線圖。本發(fā)明的10個(gè)定子線圈以P3、P8、P6、P1、P9、P4、P2、P7、P5、P10的順序連接成環(huán)狀。在P10與P3之間、P8與P6之間、P1與P9之間、P4與P2之間、P7與P5之間分別設(shè)有藍(lán)、紅、橙、綠、黑色的端子。圖6是表示在全步進(jìn)模式時(shí)各步進(jìn)的各磁極的磁化狀態(tài)圖。再者，在圖5中以點(diǎn)表示線圈的卷繞方向。
圖5中，雖然沒有示出開關(guān)電路，但在各個(gè)藍(lán)、紅、橙、綠、黑端子上接有雙向開關(guān)，使其在常態(tài)下保持中立，當(dāng)在一方的位置接于正電源時(shí)，在另一方的位置則接于負(fù)電源，根據(jù)來自圖中未示出的控制裝置的指令，從這三個(gè)開關(guān)模式中選擇其中之一而進(jìn)行連接。于是在每一步進(jìn)中，通以電流使各磁極產(chǎn)生如圖6所示的極性。這樣，藉著在各步進(jìn)的開關(guān)動(dòng)作，如圖6所示，在步進(jìn)中兩極的磁極數(shù)相等。
圖7是表示半步進(jìn)模式下在各步進(jìn)的各磁極磁化狀態(tài)圖。
由于本發(fā)明具備上所述的構(gòu)造，故可獲得轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性的安定、靜止轉(zhuǎn)矩的平衡、高精度的步進(jìn)角。還有，由于在全步進(jìn)模式時(shí)及半步進(jìn)模式時(shí)，使S極與N極的數(shù)目相等，所以在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種多相混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，該電動(dòng)機(jī)具有在旋轉(zhuǎn)軸方向上磁化的1個(gè)以上的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子具有所述永久磁鐵，在軟磁鐵制的外周上等間隔地設(shè)有多個(gè)(NR)齒，在該永久磁鐵的兩端設(shè)有的2個(gè)磁極蓋上分別設(shè)有多個(gè)齒，它們互相錯(cuò)開1/2齒節(jié)(1/2TP)；多個(gè)非對(duì)稱型定子，配置在所述轉(zhuǎn)子的外周，具有向內(nèi)的10個(gè)放射狀的固定磁極，這些磁極分別設(shè)有不具分接軸頭的線圈；在該非對(duì)稱型定子上分別設(shè)有與轉(zhuǎn)子的齒節(jié)同間隔的2個(gè)以上的小齒；這些非對(duì)稱型定子的小齒總數(shù)為NS，NS=5×(n0+n1){這里n0是5個(gè)極齒各自的小齒數(shù)，n1是其余5個(gè)極齒的小齒數(shù)}，小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱定子之間，且以旋轉(zhuǎn)軸為中心，小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子的反對(duì)側(cè)；轉(zhuǎn)子的齒數(shù)(NR)與該定子的小齒的總數(shù)(NS)的關(guān)系為NS≥0.8NR{即NS比0.8NR大或相等于0.8NR}，NR與NS的差為NR-NS=K(S0-S1)+10(S1-1+B)，{這里K為2至5間的整數(shù)，S0與S1是盡量小的整數(shù)，雙者可相等，B為一個(gè)分?jǐn)?shù)，10B(B的10倍)一定是整數(shù)}，所述10個(gè)定子線圈以P3、P8、P6、P1、P9、P4、P2、P7、P5、P10的順序連接成環(huán)狀，且在P10與P3之間、P8與P6之間、P1與P9之間、P4與P2之間、P7與P5之間設(shè)有端子，通過在各步進(jìn)中對(duì)各磁極的磁化，使N極與S極的數(shù)目相同。
全文摘要
一種多相混合型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性得到改善，并減小旋轉(zhuǎn)時(shí)的共振振動(dòng)。固定磁極分別設(shè)有與轉(zhuǎn)子的齒節(jié)同間隔的2個(gè)以上的小齒；非對(duì)稱型定子的小齒總數(shù)為NS，NS＝5×(n0+n1){這里n0是5個(gè)固定磁極各自的小齒數(shù)，n1是其余5個(gè)固定磁極的小齒數(shù)}，小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱定子之間，且以旋轉(zhuǎn)軸為中心，小齒數(shù)為n0的非對(duì)稱型定子配置在小齒數(shù)為n1的非對(duì)稱型定子的反對(duì)側(cè)；在卷繞于非對(duì)稱型定子上的線圈上產(chǎn)生N極和S極，在全步進(jìn)模式和半步進(jìn)模式的動(dòng)作時(shí)，通過在各步進(jìn)中對(duì)各磁極的磁化，使N極與S極的數(shù)目相同。
文檔編號(hào)H02K37/18GK1103241SQ94190093
公開日1995年5月31日 申請(qǐng)日期1994年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月1日
發(fā)明者吉村典之, 吉田賢司 申請(qǐng)人:明尼比亞株式會(huì)社