專利名稱：具有兩個(gè)同軸線轉(zhuǎn)子的電磁電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)可以彼此獨(dú)立地沿兩個(gè)可能的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的同軸線轉(zhuǎn)子，特別是可用來(lái)不經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)鏈而直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同軸線的可動(dòng)機(jī)械部件，諸如一個(gè)鐘表或一個(gè)計(jì)數(shù)器的兩個(gè)指針。
許多鐘表都包括至少一對(duì)可相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的同軸線表針。在這些鐘表中以計(jì)時(shí)鐘表為例，顯示測(cè)量時(shí)間的秒針與顯示當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)針和分針具有相同的軸線，該軸線位于表盤的中心。同樣還可有這樣的鐘表，其中用于指示當(dāng)前時(shí)刻的小時(shí)和分鐘的同軸線指針也是彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的，以指示其它的信息，如日期、告警時(shí)間或測(cè)量的時(shí)間。
在這樣的鐘表中，兩個(gè)同軸線指針的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)通常由與每個(gè)指針連接的兩個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)鏈來(lái)確保。
此外，有這樣一種多極電動(dòng)機(jī)，當(dāng)普通的雙極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子以180按步進(jìn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的轉(zhuǎn)子以幾度按步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)鐘表中，這樣的電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)要驅(qū)動(dòng)的指針可以直接安裝在它的軸上。這樣一來(lái)將雙極電動(dòng)機(jī)與它所驅(qū)動(dòng)的指針進(jìn)行連接所必須使用的齒輪傳動(dòng)鏈就不再需要了，這簡(jiǎn)化了鐘表的設(shè)計(jì)并減少了成本。
歐洲專利EP-A-0312946公開了一種由兩個(gè)重疊的多極電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的部件。其中的一個(gè)電動(dòng)機(jī)的軸是中空的并讓另外一個(gè)電動(dòng)機(jī)的軸穿過(guò)去，以使兩個(gè)指針直接安裝在電動(dòng)機(jī)的軸上并彼此獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。
這種部件的厚度是非常顯著的，由于兩個(gè)電動(dòng)機(jī)之間必須留有一個(gè)不能被忽視的間隔以免其中一個(gè)對(duì)另一個(gè)產(chǎn)生磁作用而尤其明顯。這種電動(dòng)機(jī)部件因而具有一個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)它被用在一個(gè)鐘表上時(shí)要求后者具有一個(gè)顯著的厚度，這一般是不希望的。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的就是提出一個(gè)電動(dòng)機(jī)，可用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)同軸線的機(jī)械元件，例如一個(gè)鐘表上相互獨(dú)立的兩個(gè)指針，但該電動(dòng)機(jī)與前述文件所提到的雙電動(dòng)機(jī)部件相比具有一個(gè)明顯更小的厚度，以使得它可用在鐘表中并且不使后者的厚度太顯著。
日本專利申請(qǐng)書JP-A-5077811公開了一種電動(dòng)機(jī)包含一組可以被分別獨(dú)立作用的轉(zhuǎn)子，但這些轉(zhuǎn)子并不同軸線。另一方面，為分別獨(dú)立作用于這些轉(zhuǎn)子必須為轉(zhuǎn)子施加不同形狀的信號(hào)。
產(chǎn)生這些不同形狀的信號(hào)使得該產(chǎn)品復(fù)雜化，因而增加了這個(gè)電動(dòng)機(jī)的電子控制電路的成本。此外，這些信號(hào)的形狀使得該電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不可靠并且具有低的能效。
因而本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提出一個(gè)包含有兩個(gè)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，其中2個(gè)轉(zhuǎn)子通過(guò)對(duì)由一個(gè)簡(jiǎn)單且便宜的電子電路所產(chǎn)生的具有脈沖形狀的信號(hào)的響應(yīng)而能夠以一種可靠的方式被相互獨(dú)立地控制，同時(shí)該電動(dòng)機(jī)具有較高的能效。
這些目的可以通過(guò)附加在本說(shuō)明書后的權(quán)利要求書所定義的電磁電動(dòng)機(jī)的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于具有權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)的特征，這種電動(dòng)機(jī)所要求的間隔要小于前述的歐洲EP-A-0312946所公開的雙電動(dòng)機(jī)部件。特別是，第一和第二定子部分之間的第三定子部分的存在保證了第一和第二定子理想的磁去耦合。如歐洲專利EP-A-0312946所公開的部件中用來(lái)隔開兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的間隔在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)中是不必要的，因而其厚度比所述雙電動(dòng)機(jī)部件的厚度明顯更小。
再者，同樣由于具有前面所列舉的特征，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)可以用簡(jiǎn)單形狀，就象用在控制常規(guī)的雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的人們熟知的脈沖形狀的脈沖來(lái)控制。所以，就日本專利JP-A-5077811所公開的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)可以由更簡(jiǎn)單，并且因此更經(jīng)濟(jì)的電子電路來(lái)控制，它的運(yùn)轉(zhuǎn)也更可靠而且具有更高的能效。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以容易地了解第三定子部分還保證了根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)對(duì)外界磁場(chǎng)的屏蔽功能，這進(jìn)一步增加了這種電動(dòng)機(jī)的可靠性。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面的描述并借助附圖以未加限定的實(shí)例得以展現(xiàn)，同時(shí)下列附圖為—

圖1是一個(gè)相據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的總體視圖；—圖2和圖3是圖1所示的電動(dòng)機(jī)分別沿圖1的軸線II-II和III-III所取的截面圖；—圖4是圖1所示的電動(dòng)機(jī)的一個(gè)元件；—圖5至圖8所示為圖1所示電動(dòng)機(jī)的一些組件的細(xì)節(jié)部分；
—圖9至圖14是圖1所示的電動(dòng)機(jī)的圖解截面圖，其用來(lái)幫助理解這樣的一個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖1至圖8圖解展示了根據(jù)本發(fā)明的由標(biāo)記1標(biāo)示的電動(dòng)機(jī)一個(gè)實(shí)施例。
電動(dòng)機(jī)1包括獨(dú)立設(shè)置的兩個(gè)轉(zhuǎn)子2和3，以便兩個(gè)轉(zhuǎn)子能夠各自繞公共的軸線A旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3并未在圖1中指示以避免使圖紙不必要的復(fù)雜化。
轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3各自包括一個(gè)圓盤形并以公共旋轉(zhuǎn)軸線A為中心放置的永久磁鐵4和5，它包括一組以規(guī)則方式排列在其圓周的磁偶極子6。所有的磁偶極都具有一個(gè)和旋轉(zhuǎn)軸線A平行的磁軸，并且每一磁偶極子的磁化方向均與該與之相鄰的兩個(gè)磁偶極子的磁化方向相反。換句話說(shuō)，磁鐵4和5是具有軸向磁化的多極永久磁鐵。
在下文的描述中，磁鐵4和5包含的磁偶極子6的數(shù)目將用N1和N2表示。同樣的，穿過(guò)磁偶極子6的中部的徑向線將被稱作幾何軸線。再者，磁鐵4上的相鄰的兩個(gè)磁偶極子6的幾何軸線在中心形成的夾角和磁鐵5上的相鄰的兩個(gè)磁偶極子6的幾何軸線在中心形成的夾角將分別用1和2表示。該角度1和2顯然分別等于360/N1和360/N2。
轉(zhuǎn)子2和3分別包括一根以旋轉(zhuǎn)軸線A為同一軸線的轉(zhuǎn)軸7和8，所述軸的一端分別和磁鐵4和5相連。
轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)軸7是中空的，并且它圍繞著一和旋轉(zhuǎn)軸線A在同一軸線上的導(dǎo)管9設(shè)置。轉(zhuǎn)軸7圍繞著導(dǎo)管9設(shè)置以便能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線A自由旋轉(zhuǎn)但卻不能相對(duì)后者平動(dòng)。
轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)軸8安裝在導(dǎo)管9的里面，同樣是為了能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸線A自由旋轉(zhuǎn)但卻不能相對(duì)后者平動(dòng)。
導(dǎo)管9將因下文介紹的一種方式使得它既不能轉(zhuǎn)動(dòng)也不能平動(dòng)。
使得轉(zhuǎn)軸7和8不能相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線A平動(dòng)但能夠繞著后者自由旋轉(zhuǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的并且沒(méi)有在圖2中示出以免該圖不必要的復(fù)雜。同樣，磁鐵4和5安裝在軸7和9的方式也未在圖2示出，轉(zhuǎn)子2和3僅由磁鐵4和5以及轉(zhuǎn)軸7和8代表。
在本實(shí)例中磁鐵4和5具有圓盤形，并且由于通過(guò)下文描述將十分明顯的原因，轉(zhuǎn)軸7和8以及導(dǎo)管9由一種非磁性材料例如黃銅制成。
在電動(dòng)機(jī)1的另一個(gè)未示出的實(shí)施例中，磁鐵4和/或5具有一個(gè)圓環(huán)形狀并以旋轉(zhuǎn)軸線A為中心固定在一個(gè)圓盤上。如果所述圓盤由一種非磁性材料例如黃銅制成，那么轉(zhuǎn)軸7和8以及導(dǎo)管9由一種磁性材料例如鋼制成。
由電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)的未示出的兩個(gè)同軸線的機(jī)械元件最好分別與從導(dǎo)管9伸出來(lái)的轉(zhuǎn)軸7的自由端和轉(zhuǎn)軸8的自由端相連。這些機(jī)械元件與轉(zhuǎn)軸7和8的連接方式并未示出，這是因?yàn)榇嬖谥S多種方法并且無(wú)論如何對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。
電動(dòng)機(jī)1還包括一個(gè)分別由標(biāo)記11和12標(biāo)示的一個(gè)第一定子部分和一個(gè)第二定子部分。該定子部分11和12被分別布置在一個(gè)第三定子部分的兩側(cè)。
這三個(gè)定子部分11、12和13是由具有高導(dǎo)磁性的材料制成的，例如用來(lái)制造目前被大量生產(chǎn)的鐘表中驅(qū)動(dòng)指針的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子的一種眾所周知的材料。
在本實(shí)例中，定子部分11、12和13呈平板形，彼此互相平行并且與旋轉(zhuǎn)軸線A垂直。
此外，轉(zhuǎn)子2和3上的永久磁鐵4和5坐落在定子部分13的兩側(cè)并且分別位于后者與定子部分11之間以及與定子部分12之間。
定子部分11具有一個(gè)由以旋轉(zhuǎn)軸線A為圓心的圓弧劃分的開孔14，其具有與轉(zhuǎn)子2的磁鐵4大約相同的直徑。這個(gè)開孔14把定子部分11分成兩部分。在下文中將會(huì)看到這兩部分構(gòu)成由標(biāo)記15和16標(biāo)示的兩個(gè)定子磁極。
定子部分11的形狀和尺寸是經(jīng)選擇的以使得定子磁極15和16僅僅由窄帶或窄頸部17和18相連，其具有足夠小的橫截面使得它們的磁阻很高。
定子磁極15和16分別包括一組分別由標(biāo)記19和20標(biāo)示的齒，它們是由開孔14的邊緣沿半徑方向朝旋轉(zhuǎn)軸線A延伸而成。這些齒19和20彼此分開形成一定的間隔，他們確切的排列將在下文描述。這里將僅提及最靠近窄頸部17的齒被分別標(biāo)示為19a和20a的齒19和齒20。
在圖1中不可見(jiàn)但在圖2和8中可以部分看到的定子部分12同樣也包括一個(gè)由標(biāo)記21標(biāo)示的開孔。這個(gè)開孔21同樣是以旋轉(zhuǎn)軸線A為圓心的圓弧劃分的，其具有與轉(zhuǎn)子3的磁鐵大約相同的直徑。開孔21把定子部分12分成兩部分。在下文中將會(huì)看到這兩部分構(gòu)成由標(biāo)記22和23標(biāo)示的兩個(gè)定子磁極。定子部分12的形狀和尺寸是經(jīng)選擇的以使得定子磁極22和23僅僅由窄頸部24和25相連，其具有足夠小的橫截面使得它們的磁阻很高。
定子磁極22和23同樣分別包括一組分別由標(biāo)記26和27標(biāo)示的齒，它們是由開孔21的邊緣沿半徑方向朝旋轉(zhuǎn)軸線A延伸而成。這些齒26和27同樣彼此分開形成一定的間隔，他們確切的排列也將在下文描述。這里將僅提及最靠近窄頸部24的齒被分別標(biāo)示為26a和27a的齒26和齒27。
值得注意的是齒19和26并未在圖2中示出以避免該圖不必要的復(fù)雜。
由于一個(gè)在下文中將會(huì)變得十分明顯的原因，由圖6中的1所標(biāo)示的相鄰的兩個(gè)齒19的軸線在圓心形成的夾角和相鄰的兩個(gè)齒20的軸線在圓心形成的夾角彼此相等并且等于前面所定義的角度1的二倍。
此外，在本實(shí)例中由齒19或齒20的兩側(cè)邊在圓心所形成的角度實(shí)質(zhì)上等于兩個(gè)相鄰的齒19或20的劃分兩個(gè)齒之間的間隔的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角度。這些角度實(shí)質(zhì)上都等于角度1。
相反的，由齒19a和齒20a的軸線在圓心所形成的由圖6中1所標(biāo)示的角度并不等于角α1或角β1的整數(shù)倍，而是等于(k1·β1+β1/3)，其中k1是一個(gè)整數(shù)。
既然齒19和齒20如前文所述的，圍繞開孔14以一種規(guī)則的方式排列，它們因而具有可以被稱為角度周期性，這在下面的描述中會(huì)被提及，在負(fù)三角方向上，齒20相對(duì)于齒19是不同相的或者說(shuō)有一個(gè)角度為β1/3亦即2α1/3的相移。這個(gè)角度被稱作齒20相對(duì)于齒19的相移或相位差角。
同樣的，由圖8中的β2所標(biāo)示的相鄰的兩個(gè)齒26的軸線在圓心形成的夾角和相鄰的兩個(gè)齒27的軸線在圓心形成的夾角彼此相等并且等于前面所定義的角度α2的二倍。
此外，還是在本實(shí)例中，由齒26或齒27的兩側(cè)邊在圓心所形成的角度實(shí)質(zhì)上等于兩個(gè)相鄰的齒26或27的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角度，這兩條側(cè)邊限定了分隔這兩個(gè)齒的間隔。這些角度實(shí)質(zhì)上都等于角度α2。
相反的，由齒26a和齒27a的軸線在圓心所形成的由圖8中2所標(biāo)示的角度也不等于角α2或角β2的整數(shù)倍，而是等于(k2·β2+β2/3)，其中k2是一個(gè)整數(shù)。如前文所述與齒19和齒20有關(guān)的同樣原因，它在下面的描述中會(huì)被提及，在負(fù)三角方向上，齒27相對(duì)于齒26有一個(gè)角度為β2/3亦即+2α2/3的相位差。這個(gè)角度將被稱作齒27相對(duì)于齒26的相移角。
在下文中將會(huì)看到，電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3以連續(xù)的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，并且這些轉(zhuǎn)子2和3旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期即360°的步進(jìn)步數(shù)分別等于永久磁鐵4、5中包含磁偶極子6的數(shù)目N1、N2。因而轉(zhuǎn)子2和3的每個(gè)步進(jìn)所旋轉(zhuǎn)的角度分別等于上文所定義的1和2。
這樣，假設(shè)安裝在轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)軸7上的機(jī)械元件是一個(gè)鐘表的秒針，那么轉(zhuǎn)子2因此必須每個(gè)周期旋轉(zhuǎn)60步，磁鐵4必須包含60個(gè)磁偶極子6。角α1和β1因而必須分別等于6°和12°。
此外，如上文所定義的，齒20相對(duì)于齒19的相移角等于12/3即4。
同樣在本實(shí)例中，如果數(shù)字k1被選擇等于2，則上文中定義的角1將等于(2·12°+12°/3)，即28°。
圖1展示了這樣一個(gè)實(shí)例，圖5和6展示了其中的細(xì)節(jié)部分。
同樣根據(jù)此實(shí)例，如果轉(zhuǎn)子3的每個(gè)周期旋轉(zhuǎn)20步，它的磁鐵必須包括20個(gè)磁偶極子6。角α2和角β2因而分別等于18和36°，并且齒27相對(duì)于齒26的相移角等于36°/3即12。
如果數(shù)字k2等于1，則角γ2等于(36°+12°)即48。
這樣一個(gè)實(shí)例由圖7和8詳細(xì)展示。
值得注意的是本發(fā)明顯然并不被剛剛描述過(guò)的一個(gè)實(shí)例所限制，而是磁鐵4和5所分別包含的磁偶極子6的數(shù)目N1和N2可以是任何數(shù)目，條件使它們都是偶數(shù)。特別是，N1和N2可以相等。
在本實(shí)例中，定子部分13包括一個(gè)環(huán)形部分，在下文中將會(huì)了解，它構(gòu)成了由標(biāo)記31標(biāo)示的一個(gè)定子磁極。
將定子磁極31劃界的兩個(gè)圓弧以旋轉(zhuǎn)軸線A為圓心，并且它們的直徑是經(jīng)過(guò)選擇的以使得定子磁極31面向定子磁極15、16、22和23上分別形成的齒19、20、26和27。
由標(biāo)記32所標(biāo)示的定子磁極31的中心開孔被一個(gè)圓盤形的端板33所占據(jù)，該端板最好由非磁性材料例如黃銅制成。
端板33起的是對(duì)固定在其中心的導(dǎo)管9的支承作用。
導(dǎo)管9與端板33之間以及后者與定子磁極31之間的安裝方式并未在圖中示出以避免圖紙不必要的復(fù)雜，還因?yàn)榇嬖谥S多種類并且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。
定子部分13還包括一個(gè)連接部分34，在本實(shí)例中，它是一個(gè)T字型并且其豎直條形部分與定子磁極31相連。將要在下文中討論的連接部分34的水平條形部分的兩端由標(biāo)記35和36標(biāo)示。
定子部分11至13，更具體地說(shuō)定子磁極15、16、22、23和31被明顯地設(shè)置成可以使得轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3自由地旋轉(zhuǎn)。
這樣，在轉(zhuǎn)子2的磁鐵4與定子磁極15的齒19之間以及與定子磁極16的齒20之間分別存在著間隔或氣隙41和42。同樣的，在轉(zhuǎn)子3的磁鐵5與定子磁極22的齒26之間以及與定子磁極23的齒27之間分別存在著間隔或氣隙43和44。
再者，磁鐵4和定子磁極31之間存在著氣隙45和46，它們分別和氣隙41和42相對(duì)。最后，磁鐵5和定子磁極31之間存在著氣隙47和48，它們分別和氣隙43和44相對(duì)。
電動(dòng)機(jī)1還包括三個(gè)線圈51、52和53，它們分別具有一個(gè)鐵心54、55和56。
這些線圈51、52和53并未在此被詳細(xì)描述，這是因?yàn)樗鼈兒湍壳坝迷陔娮隅姳碇械某Ｒ?guī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)公知的線圈是類似的。
線圈51的鐵心54的兩端分別與定子部分11的定子磁極15和定子磁極13的連接部分34的水平端35機(jī)械連接以及磁連通。
線圈52的鐵心55的兩端分別與定子部分11的定子磁極15和定子磁極13的連接部分34的水平端35機(jī)械連接以及磁連通。
線圈53的鐵心56的兩端分別與定子部分11的定子磁極16和定子磁極13的連接部分34的水平端36機(jī)械連接以及磁連通。
電動(dòng)機(jī)1還包括一個(gè)撐擋或支桿61，他由一種具有高導(dǎo)磁性的材料制成，例如眾所周知的目前用來(lái)制造步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子的諸材料中的一種。
支桿61的兩端分別與定子部分11的定子磁極16和定子部分12的定子磁極23機(jī)械連接以及磁連通。這個(gè)定子磁極23因而也和線圈53磁連通。
將鐵心54到56以及支桿61和定子部分11至13的機(jī)械連接和磁連通的裝置存在著許多種類并且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。這些裝置并未被示出以避免圖紙不必要的復(fù)雜。
圖9和10圖解展示了電動(dòng)機(jī)的齒19、20、26和27，磁鐵4和5以及定子1的磁極31，就好象這些元件被一個(gè)與旋轉(zhuǎn)軸線A同轉(zhuǎn)線的環(huán)形柱面切下，然后再把該柱面沿其生成線切開并展開成平面就得到圖9和圖10所畫的內(nèi)容。值得注意的是這些元件只有靠近窄頸部17和24附近的部分在圖9和10中被示出。
同樣根據(jù)在圖9和10中的形成方式，上文中定義的各種在圓心形成的角度下面由水平的直線段表示。此外，轉(zhuǎn)子2和3沿負(fù)三角方向的旋轉(zhuǎn)，以及因此亦即各個(gè)磁鐵4和5的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于在圖9和10中以箭頭R的方向來(lái)表示的磁鐵4和5的平動(dòng)。
磁鐵4和5中的磁偶極子6的磁軸在圖9和10中以常見(jiàn)的方式用箭頭從南磁極指向北磁極來(lái)表示。
為了簡(jiǎn)化下面的描述，所有磁軸指向定子磁極31的磁偶極子6用6a來(lái)表示，所有磁軸指向相反方向的磁偶極子6用6b來(lái)表示。
齒19和20的存在以及它們和磁鐵4之間的間隔使得對(duì)轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生了一個(gè)定位轉(zhuǎn)矩，它傾向于維持轉(zhuǎn)子2停留在或使它回到一組按特定角度決定的位置中的某一個(gè)，這些位置叫做轉(zhuǎn)子2的停留位。同樣的，齒26和27的存在以及它們和磁鐵5之間的間隔使得對(duì)轉(zhuǎn)子3產(chǎn)生了一個(gè)定位轉(zhuǎn)矩，它傾向于維持轉(zhuǎn)子3停留在或使它回到一組按特定角度決定的位置中的某一個(gè)，這些位置叫做轉(zhuǎn)子3的停留位。
轉(zhuǎn)子2和3的停留位置的數(shù)目毫無(wú)疑問(wèn)地分別等于磁鐵4和5所包括的磁偶極子6的數(shù)目N1和N2。
轉(zhuǎn)子2和3沿著一個(gè)方向或者相反的方向從它們的中的任何一個(gè)停留位到下一個(gè)停留位所旋轉(zhuǎn)的角度分別等于上文中定義的角1和角α2。本領(lǐng)域的術(shù)人員可以容易地了解，轉(zhuǎn)子2和3從它們的一個(gè)停留位旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)停留位時(shí)，當(dāng)它們分別旋轉(zhuǎn)過(guò)大體等于1/2和α2/2的角度后，將經(jīng)過(guò)一個(gè)不穩(wěn)定的平衡位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員同樣了解，在轉(zhuǎn)子2和3到達(dá)這個(gè)不穩(wěn)定的平衡位置之前，施加在它們上的定位轉(zhuǎn)矩傾向于使它們回到它們的起始位置，一旦它們經(jīng)過(guò)這個(gè)不穩(wěn)定的平衡位置，這個(gè)定位轉(zhuǎn)矩則傾向于把它們帶到它們的終止位置。
明顯地由于對(duì)稱的原因，在轉(zhuǎn)子2和3的每一個(gè)停留位置上，與前者毗鄰的磁偶極子6a的其中之一和磁偶極子6b的其中之一都和齒19、20、26和27的每一個(gè)部分地相對(duì)。
更具體地說(shuō)，在轉(zhuǎn)子2的每一個(gè)停留位上，與任何一個(gè)齒19相對(duì)的兩個(gè)磁偶極子6a和6b的幾何軸線分別與該齒的軸線形成值為2α1/3和α1/3的兩個(gè)角。這兩個(gè)角在圖9和10中分別用δ1和δ1’來(lái)表示。
在上文中可以看到，由相鄰的兩個(gè)齒19的軸線形成的角1等于相鄰的兩個(gè)磁偶極子6a和6b的幾何軸線所形成的角α1的兩倍。因此，存在N1一半數(shù)量的轉(zhuǎn)子2的停留位置，在這些位置磁偶極子6a的幾何軸線與齒19的軸線所形成的夾角總是等于上文所定義的δ1。圖9指示了這樣一種情況，此時(shí)轉(zhuǎn)子2位于這些停留位置的其中之一，假設(shè)，這些位置可以被稱作這個(gè)轉(zhuǎn)子2的第一停留位。
在另外N1一半數(shù)量的轉(zhuǎn)子2的停留位上，顯然磁偶極子6b的幾何軸線與齒19的軸線所形成的夾角總是等于δ1。圖10指示了這樣一種情況，此時(shí)轉(zhuǎn)子2位于這些停留位置的其中之一，假設(shè)，這些位置可以被稱作這個(gè)轉(zhuǎn)子2的第二停留位。
磁偶極子6a和6b還具有所謂的角度周期性。可以這樣說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)子2分別位于它的第一停留位的其中之一和它的第二停留位的其中之一時(shí)，磁偶極子6a和6b相對(duì)于齒19的相移角分別為上文所定義的δ1。
本實(shí)例中，在轉(zhuǎn)子2所有的停留位上，幾何軸線與一個(gè)齒19的軸線形成上文所定義的角δ1的磁偶極子6a或6b在按照箭頭R所定義的負(fù)三角方向上位于這個(gè)齒19的后面，這是因?yàn)辇X20相對(duì)于齒19在負(fù)三角方向上相移+2α1/3。
因而可以這樣說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)子2位于它的第一停留位的其中之一或它的第二停留位的其中之一時(shí)，磁偶極子6a或磁偶極子6b分別相對(duì)于齒19的相移角δ1在負(fù)三角方向等于-2α1/3。
在上文中看到，齒20相對(duì)于齒19的相移角等于β1/3，或在負(fù)三角方向上等于+2α1/3。因此，在轉(zhuǎn)子2的每一個(gè)停留位上，一個(gè)磁偶極子6a和與前面一個(gè)磁偶極子6a相鄰的一個(gè)磁偶極子6b都部分地和一個(gè)齒20相對(duì)。此外，這兩個(gè)磁偶極子6a和6b的幾何軸線與齒20的軸線的夾角等于2α1/3和α1/3。這些角度也分別由圖9和10中的標(biāo)記δ1和δ1’來(lái)標(biāo)示。
此外，在所有的轉(zhuǎn)子2的第一停留位，也是磁偶極子6a的幾何軸線與齒20的軸線形成角度δ1。所以，同樣在所有的轉(zhuǎn)子2的第二停留位，磁偶極子6b的幾何軸線與齒20的軸線形成角度δ1。
相反的，上文所定義的齒20相對(duì)于齒19的相移或相位差具有這樣的效果，在轉(zhuǎn)子2所有的停留位上，幾何軸線與齒20的軸線形成上文所定義的角ξ1的磁偶極子6a或6b在負(fù)三角方向上位于所對(duì)應(yīng)的齒的前面。換句話說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)子2位于它的第一停留位的其中之一或它的第二停留位的其中之一時(shí)，磁偶極子6a或磁偶極子6b分別相對(duì)于齒20的相移角δ1在負(fù)三角方向等于+2α1/3。
總之，在本實(shí)例中可看到當(dāng)齒20相對(duì)于齒19的相移在負(fù)三角方向上等于+2α1/3并當(dāng)轉(zhuǎn)子2分別位于它的第一停留位和它的第二停留位時(shí)，磁鐵4的磁偶極子6a和6b分別形成在負(fù)三角方向上的相移，相對(duì)于齒19等于-2α1/3，相對(duì)于齒20等于+21/3。
對(duì)應(yīng)于上文所述的轉(zhuǎn)子2，轉(zhuǎn)子3同樣具有第一停留位和第二停留位，在這些停留位上磁偶極子6a和6b的幾何軸線與每個(gè)齒26和27的軸線分別地形成一個(gè)等于2α2/3的相移δ2。
此外，在本實(shí)例中當(dāng)齒27相對(duì)于齒26的相移在負(fù)三角方向上等于+2/3并當(dāng)轉(zhuǎn)子3位于它的第一停留位和它的第二停留位時(shí)，磁鐵5的磁偶極子6a和6b分別形成在負(fù)三角方向上的相移，相對(duì)于齒26等于-2α2/3，相對(duì)于齒27等于+2α2/3。
圖9和圖10同樣圖解闡明了轉(zhuǎn)子3分別位于它的一個(gè)第一停留位和它的一個(gè)第二停留位時(shí)的情況。
當(dāng)電流通過(guò)線圈51時(shí)，鐵心54產(chǎn)生由F1標(biāo)示的磁通，磁通其自身形成閉合路徑先后通過(guò)定子磁極15，定子磁極15上的齒19，氣隙41，轉(zhuǎn)子2的磁鐵4，氣隙45，定子磁極31和連接部分34。
同樣的，當(dāng)電流通過(guò)線圈52時(shí)，鐵心55產(chǎn)生由F2標(biāo)示的磁通，磁通其自身形成閉合路徑先后通過(guò)定子磁極22，定子磁極22上的齒26，氣隙43，轉(zhuǎn)子3的磁鐵5，氣隙47，定子磁極31和連接部分34。
此外，當(dāng)電流通過(guò)線圈53時(shí)，鐵心56產(chǎn)生由F3標(biāo)示的磁通，磁通其自身形成兩條平行的并且通過(guò)定子磁極16的閉合路徑。從這個(gè)定子磁極16出發(fā)，一條路徑先后通過(guò)齒20，氣隙42，轉(zhuǎn)子2的磁鐵4，氣隙46，定子磁極31和連接部分34。另一條從定子磁極16出發(fā)的路徑先后通過(guò)氣隙61，定子磁極23及其齒27，氣隙44，轉(zhuǎn)子3的磁鐵5，氣隙48，定子磁極31和連接部分34。
磁通F3通過(guò)兩條路徑的兩部分分別被稱作磁通F3a和F3b。
值得注意的是磁通F1、F2或F3經(jīng)過(guò)上文所提到的全部或部分路徑閉合以及一部分還明顯地通過(guò)窄頸部17和18和/或24和25。但是由于這些窄頸部17、18、24和25的磁阻足夠大因此磁通F1、F2或F3的這部分可以忽略。
還應(yīng)該注意的是定子部分11和定子部分13之間以及定子部分12和定子部分13之間的磁通F1、F2、F3a和F3b都大體上和旋轉(zhuǎn)軸線A平行。當(dāng)它們通過(guò)磁鐵4或5時(shí)，這些磁通F1、F2、F3a和F3b因而和磁偶極子6的磁軸具有相平行的方向。
這些磁通F1、F2、F3a和F3b的方向顯然由產(chǎn)生它們的通過(guò)線圈51至53的電流來(lái)決定。
可以假定沿以下方向通過(guò)磁鐵4或5的磁通F1、F2、F3a和F3b為正，從定子部分11和12出發(fā)的，或更精確地說(shuō)從齒19、20、26或27出發(fā)的，指向定子部分13的，或更精確地說(shuō)指向定子磁極31的磁通。在相反的情況下這些磁通F1、F2、F3a和F3b顯然被稱作是負(fù)的。
在下文即將描述的圖11至14中，這些磁通F1、F2、F3a和F3b的組合用箭頭來(lái)表征并用同一標(biāo)記來(lái)標(biāo)示。值得注意的是，為了使圖11至圖14更清晰，這些箭頭與所對(duì)應(yīng)的齒19、20、26或27的軸線輕微地交錯(cuò)開。然而事實(shí)卻是，這些磁通F1、F2、F3a和F3b的組合所具有的方向和齒19、20、26或27的軸線完全重合。
電動(dòng)機(jī)1的控制電路未被示出并在此將不被描述，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員可以毫不困難地根據(jù)下文即將給出的描述來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
僅僅簡(jiǎn)單提及的是這個(gè)控制電路被設(shè)計(jì)成在每次轉(zhuǎn)子2或轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)一步為線圈51、52和/或53提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖。
此外，控制電路被設(shè)計(jì)成在每個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖期間這些線圈51至53中的一個(gè)和/或另一個(gè)上的電壓是恒定的，或者說(shuō)這些線圈51至53中的一個(gè)和/或另一個(gè)上流過(guò)的的電流是恒定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地了解在電動(dòng)機(jī)1的線圈51、52和/或53上施加無(wú)論什么樣類型的脈沖，電動(dòng)機(jī)1都可以運(yùn)轉(zhuǎn)。因而這種類型的驅(qū)動(dòng)脈沖將不在下文的描述中指定。任何通過(guò)線圈51、52和/或53而產(chǎn)生正的或負(fù)的磁通F1、F2、F3a和/或F3b的驅(qū)動(dòng)脈沖將分別地被簡(jiǎn)單稱之為正的或負(fù)的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地了解驅(qū)動(dòng)脈沖的周期可以是固定的也可以是變化的。在一切情況下，這個(gè)周期被當(dāng)然地確定為轉(zhuǎn)子2或3可以根據(jù)此脈沖來(lái)正確地行進(jìn)一步，甚至當(dāng)電動(dòng)機(jī)1在這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖期間所要克服的阻轉(zhuǎn)矩具有最大值的情況下。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都了解，在實(shí)踐中，這個(gè)周期最好被確定為當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖中斷時(shí)轉(zhuǎn)子2或3至少到達(dá)一個(gè)比上文所提到的它的不穩(wěn)定的平衡位置稍微靠前的一個(gè)轉(zhuǎn)角位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子2或3到達(dá)這個(gè)轉(zhuǎn)角位置之后，它依靠它的慣性或它所驅(qū)動(dòng)的機(jī)械元件的慣性來(lái)走完一步，并且在它通過(guò)它的不穩(wěn)定的平衡位置之后，定位轉(zhuǎn)矩將傾向于把它帶到它的下一個(gè)停留位。
為了避免使下面的描述不必要的復(fù)雜，將認(rèn)為電動(dòng)機(jī)1的控制電路被設(shè)計(jì)為施加在線圈51、52和/或53上的驅(qū)動(dòng)脈沖的所有周期都以剛被描述過(guò)的形式來(lái)確定。
圖11至14與上文所描述過(guò)的圖9和10相類似，然而，為了避免圖11至14不必要的復(fù)雜，只有在圖解說(shuō)明中用到的標(biāo)記才會(huì)被表示。
以下還將認(rèn)為，在所描述的電動(dòng)機(jī)1剛開始運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)刻，轉(zhuǎn)子2位于它的一個(gè)第一停留位上。從而磁鐵4的磁偶極子6a相對(duì)于齒19具有一個(gè)角1的相移，δ1在負(fù)三角方向上等于-β1/3。圖11指示了這樣一種情況。
如果電動(dòng)機(jī)1的控制電路在線圈51上施加一個(gè)正的驅(qū)動(dòng)脈沖，后者產(chǎn)生如圖11所示的，沿著從齒19到定子磁極31的方向穿過(guò)磁鐵4的磁通F1。從而磁通F1在磁鐵4中具有和磁偶極子6a的磁軸相同的方向。
磁通F1和與齒19部分相對(duì)的的磁偶極子6a和6b所產(chǎn)生的磁通以一種已知的方式相互作用并產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩。這個(gè)轉(zhuǎn)矩趨向于使這些磁偶極子6a的磁軸與這個(gè)磁通F1一致。這個(gè)將被稱作驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩從而使得磁鐵4亦即轉(zhuǎn)子2在由箭頭R標(biāo)示的負(fù)三角方向上旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)施加在線圈51上的正驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，如上文所描述的，轉(zhuǎn)子2走一步并停在它的下一個(gè)第二停留位上。然后轉(zhuǎn)子2逗留在這個(gè)第二停留位上直到電動(dòng)機(jī)1的控制電路在下文將要描述的情況下對(duì)線圈51、52和/或53施加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)脈沖。
回顧當(dāng)轉(zhuǎn)子2位于它的任何一個(gè)第二停留位時(shí)，所有幾何軸線與齒19所形成的角為上文所定義的角δ1的磁偶極子6都是磁偶極子6b。圖12指示了這樣一種情況。
如果電動(dòng)機(jī)1的控制電路接著對(duì)線圈51施加一個(gè)負(fù)的脈沖，后者產(chǎn)生如圖12所示的，沿著從定子磁極31到齒19的方向并穿過(guò)磁鐵4的磁通F1。
從而磁通F1在磁鐵4中具有和部分面對(duì)齒19的磁偶極子6b的磁軸相同的方向。
磁通F1和與齒19部分相對(duì)的的磁偶極子6a和6b所產(chǎn)生的磁通相互作用并同樣產(chǎn)生一個(gè)施加在轉(zhuǎn)子2上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。這個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩趨向于使這些磁偶極子6b的磁軸與這個(gè)磁通F1一致并且同樣地使得轉(zhuǎn)子2在負(fù)三角方向上旋轉(zhuǎn)。
如上文所描述的同樣方式，當(dāng)施加在線圈51上的負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，轉(zhuǎn)子2走完一步并到達(dá)它的下一個(gè)停留位，并且這顯然是它的一個(gè)第一停留位。
總之，響應(yīng)于施加在線圈51上的極性交替且連續(xù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，可以看到轉(zhuǎn)子2在負(fù)三角方向上以步進(jìn)的方式旋轉(zhuǎn)。
還可以看到轉(zhuǎn)子3絕對(duì)不受施加在線圈51上的驅(qū)動(dòng)脈沖的影響，因?yàn)檫@些驅(qū)動(dòng)脈沖并不產(chǎn)生任何穿過(guò)轉(zhuǎn)子3的磁鐵5的磁通。
圖11和12還分別展示了轉(zhuǎn)子3在它的一個(gè)第一停留位時(shí)的情況和轉(zhuǎn)子3在它的一個(gè)第二停留位時(shí)的情況。分別由施加在線圈52上的一個(gè)正驅(qū)動(dòng)脈沖和一個(gè)負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖所產(chǎn)生的磁通F2也指示在圖11和12上。
可以容易地了解，由于上文給出的和轉(zhuǎn)子2的情況相類似的原因，同樣響應(yīng)于由電動(dòng)機(jī)1的控制電路施加在線圈52上的極性交替且連續(xù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，轉(zhuǎn)子3在負(fù)三角方向上以連續(xù)步進(jìn)的方式旋轉(zhuǎn)。因此轉(zhuǎn)子3這樣旋轉(zhuǎn)的原因在這里不再祥述。
不過(guò)值得注意的是，轉(zhuǎn)子2同樣不受施加在線圈52上的驅(qū)動(dòng)脈沖的影響，因?yàn)檫@些脈沖并不產(chǎn)生任何穿過(guò)轉(zhuǎn)子2的磁鐵4的磁通。
圖13展示了轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3都在它們的第一停留位的情況。
類似于上文所作的分析，并在此將不再重復(fù)，如果電動(dòng)機(jī)1的控制電路在線圈53上施加一個(gè)正的驅(qū)動(dòng)脈沖，則由線圈53產(chǎn)生的磁通F3的兩部分F3a和F3b分別沿著磁鐵4和5的磁偶極子6a的磁軸的方向穿過(guò)轉(zhuǎn)子2的磁鐵4和轉(zhuǎn)子3的磁鐵5。這些磁通F3a和F3b也都指示在圖13中。這個(gè)施加在線圈53上的正的驅(qū)動(dòng)脈沖從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩施加在轉(zhuǎn)子2和3上使得它們沿著圖13中的箭頭R所標(biāo)示的正三角方向旋轉(zhuǎn)。
如果不采取其他措施，響應(yīng)于施加在線圈53上的這個(gè)正的驅(qū)動(dòng)脈沖，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子2和3同時(shí)在正三角方向上旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，轉(zhuǎn)子2和3的每一個(gè)都各自走完一步并到達(dá)各自的下一個(gè)停留位并且這個(gè)停留位當(dāng)然地是各自的一個(gè)第二停留位。這種情況在圖14中展示。
可以很容易地了解，如果電動(dòng)機(jī)1的控制電路然后在線圈53上施加一個(gè)負(fù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，則如圖14所示，磁通F3a和F3b在磁鐵4和5中和磁偶極子6b的磁軸具有相同的方向。施加在轉(zhuǎn)子2和3上的轉(zhuǎn)矩同樣使得它們沿著箭頭R所標(biāo)示的正三角方向旋轉(zhuǎn)。
此外，如果不采取其他措施，響應(yīng)于施加在線圈53上的這個(gè)負(fù)的驅(qū)動(dòng)脈沖，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子2和3同時(shí)在正三角方向上旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，轉(zhuǎn)子2和3的每一個(gè)都走完一步并到達(dá)它們的下一個(gè)停留位并且這個(gè)停留位當(dāng)然地是各自的一個(gè)第一停留位。
從上文中可以看到，當(dāng)轉(zhuǎn)子2或3位于它們的一個(gè)第一停留位時(shí)，如果在線圈51或線圈52上相應(yīng)施加一個(gè)正脈沖，則該脈沖將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子2或3在負(fù)三角方向上旋轉(zhuǎn)，如果施加在線圈53上則在正三角方向上旋轉(zhuǎn)。
因此可以避免如上文所描述的，轉(zhuǎn)子2和3響應(yīng)施加在線圈53上的一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖而同時(shí)旋轉(zhuǎn)，這通常是不期望的。
為了做到這一點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)1的控制電路按如下設(shè)計(jì)，當(dāng)它在線圈53上施加一個(gè)脈沖時(shí)，如果僅僅是要轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)則控制電路在線圈52上同時(shí)施加另一個(gè)同極性的脈沖，如果僅僅是要轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)則施加在線圈51上。
圖13展示了這樣一種情況，此時(shí)轉(zhuǎn)子2響應(yīng)施加在線圈53上的一個(gè)正的驅(qū)動(dòng)脈沖而沿正三角方向旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)1的控制電路在線圈52上施加另一個(gè)也為正的驅(qū)動(dòng)脈沖。線圈52響應(yīng)這第二個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖所產(chǎn)生的磁通F2也在圖13中表示。
電動(dòng)機(jī)1和它的控制電路的特性被設(shè)定以使施加在轉(zhuǎn)子3上的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩具有相等的絕對(duì)值。由于這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩具有相反的方向，它們因而彼此互相抵消。從而轉(zhuǎn)子3仍舊保持不動(dòng)并且只有轉(zhuǎn)子2響應(yīng)施加在線圈53上的正的驅(qū)動(dòng)脈沖而在正三角方向上旋轉(zhuǎn)一步。
圖14展示的情況是，只有轉(zhuǎn)子3響應(yīng)施加在線圈53上的一個(gè)負(fù)的驅(qū)動(dòng)脈沖而在正三角方向上從它的一個(gè)第二停留位旋轉(zhuǎn)一步。
可以很容易地了解在這種情況下，電動(dòng)機(jī)1的控制電路在線圈51上施加另一個(gè)也為負(fù)的驅(qū)動(dòng)脈沖。同樣在圖14中指示的磁通F1和F3a在轉(zhuǎn)子2上施加兩個(gè)絕對(duì)值相等但方向相反的轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子2停止并只有轉(zhuǎn)子3響應(yīng)施加在線圈53上的負(fù)的驅(qū)動(dòng)脈沖并旋轉(zhuǎn)一步。
在電動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生的其他情況將不在此被描述，因?yàn)樗鼈兒苋菀赘鶕?jù)上文給出的解釋來(lái)推斷。
在上文所描述的根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的第一個(gè)實(shí)施例中，齒20相對(duì)于齒1 9的相移角以及齒27相對(duì)于齒26的相移角在負(fù)的三角方向上分別等于+2α1/3和+2α2/3。
在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的第二個(gè)未示出的實(shí)施例中，這兩個(gè)相移角在負(fù)的三角方向上分別等于-2α1/3和-2α2/3。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地了解，在這個(gè)第二實(shí)施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子2位于它的第一和一個(gè)第二停留位中的一個(gè)位置時(shí)，磁鐵4上的磁偶極子6a和6b在負(fù)三角方向上分別相對(duì)于齒19的相移角為+2α1/3，并且相對(duì)于齒20的相移角為-2α1/3。
同樣的，當(dāng)轉(zhuǎn)子3位于它的第一和第二停留位時(shí)，磁鐵5上的磁偶極子6a和6b在負(fù)三角方向上分別相對(duì)于齒26的相移角為+2α2/3，并且相對(duì)于齒27的相移角為-2α2/3。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以容易地了解，在這個(gè)第二實(shí)施例中，施加在線圈51和52上的交替極性的驅(qū)動(dòng)脈沖分別使得轉(zhuǎn)子2或轉(zhuǎn)子3在正三角方向上旋轉(zhuǎn)，反之這樣的脈沖施加在線圈53上使得轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3在負(fù)三角方向上旋轉(zhuǎn)。此外，如果在線圈51和52上分別施加的驅(qū)動(dòng)脈沖與施加在線圈53上的脈沖時(shí)間相同并且極性相同，則轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子3在所述負(fù)三角方向上單獨(dú)旋轉(zhuǎn)。
很顯然上文所描述的兩個(gè)實(shí)施例可以被組合，定子部分11和12的其中之一的各齒形成部分和定子部分11和12中的另外一個(gè)的各齒形成部分可以按照上文所描述的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例來(lái)分別排列。
在上文所描述的第二實(shí)施例中，齒20相對(duì)于齒19的相移角在負(fù)的三角方向上等于-2α1/3。并且很顯然這個(gè)事實(shí)還可以表達(dá)成齒19相對(duì)于齒20的相移角同樣在負(fù)的三角方向上等于+2α1/3。
從而在上文所描述的兩個(gè)實(shí)施例中可以看到，在定子部分11的兩組齒中總是存在著第一組齒相對(duì)于其中的第二組齒的相移角在負(fù)的三角方向上等于+2α1/3。在上文所描述的第一實(shí)施例中，這個(gè)第一組齒和第二組齒分別構(gòu)成了齒20和齒19，反之在上文所描述的第二實(shí)施例中，這兩組齒分別構(gòu)成了齒19和齒20。
利用同樣的術(shù)語(yǔ)，在上文所描述的兩個(gè)實(shí)施例中還可以了解，當(dāng)轉(zhuǎn)子2位于它的第一和第二停留位時(shí)，磁鐵4上的磁偶極子6a和6b在負(fù)三角方向上分別相對(duì)于第一組的齒的相移角為+2 1/3，并且相對(duì)于第二組的齒的相移角為-2α1/3。
對(duì)于定子部分12的齒26和27以及轉(zhuǎn)子3可以聯(lián)系上文做類似地分析。從而在上文所描述的兩個(gè)實(shí)施例中可以了解，定子部分12的兩組齒亦即齒27和齒26中的第一組齒相對(duì)于這兩組齒亦即齒27和齒26中的第二組齒的相移角在負(fù)的三角方向上等于+2 1/3。同樣的，在上文所描述的兩個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子3位于它的第一和第二停留位時(shí)，磁鐵5上的磁偶極子6a和6b在負(fù)三角方向上分別相對(duì)于定子部分1 2的第一組的齒的相移角為+2 2/3，并且相對(duì)于定子部分12的第二組的齒的相移角為-2 1/3。
如上文所描述的，一組齒19的僅和線圈51磁連通，一組齒26僅和線圈52磁連通。相反的，一組齒20以及一組齒27和線圈53磁連通。另一方面，轉(zhuǎn)子2的磁鐵4和齒19和齒20磁耦合，反之轉(zhuǎn)子3的磁鐵5與齒26和齒27磁耦合。
通過(guò)比較上文所描述的電動(dòng)機(jī)1的兩個(gè)實(shí)施例的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且利用上文所定義的術(shù)語(yǔ)，可以看到，在這兩個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子2和3的每一個(gè)都響應(yīng)施加在線圈51、52和53的極性交替的驅(qū)動(dòng)脈沖而在正三角方向和負(fù)三角方向上旋轉(zhuǎn)，線圈51、52和53的每一個(gè)都和第一組齒和第二組齒磁耦合并且所述一組齒是和轉(zhuǎn)子2或3的磁鐵4或5磁耦合的。
如果這些驅(qū)動(dòng)脈沖所施加到的線圈是一個(gè)與兩組齒都有聯(lián)系的線圈，例如上文的實(shí)例中的線圈53，并且如果只有轉(zhuǎn)子2或3的其中一個(gè)將響應(yīng)這些驅(qū)動(dòng)脈沖旋轉(zhuǎn)，則另一些與前述脈沖極性相同的驅(qū)動(dòng)脈沖必須和前述脈沖同步地施加在線圈51或52其中之一上并且，這一線圈與這二個(gè)轉(zhuǎn)子(2或3)中的另一個(gè)上的磁鐵4(或5)相連接的一組齒相聯(lián)系。
很顯然在不離開本發(fā)明的范圍的情況下可以根據(jù)本發(fā)明形成多種電動(dòng)機(jī)的其他的實(shí)施例。緊接著，一部分這樣的實(shí)施例將在下文中同樣借助未加限定的實(shí)例來(lái)被描述，它們的組件沒(méi)有被示出但是用上文所給出的同樣的標(biāo)記來(lái)標(biāo)示。
在這些實(shí)施例中的一個(gè)，定子部分11和/或12以及定子部分13按如下方式被組成和布置，在轉(zhuǎn)子1的一個(gè)例如圖1所示的平面圖上，線圈51和52不是重疊的而是相互交錯(cuò)的。這樣的一種布置可以使得線圈51和52使用比圖1和圖2所示的實(shí)例更大的直徑，并且電動(dòng)機(jī)1的總厚度并不太顯著。
在這些實(shí)施例的另一個(gè)中，轉(zhuǎn)子2和3的磁鐵4和5是完全相同的。相應(yīng)的磁鐵4和5中所包含的磁偶極子6的數(shù)目N1和N2是相等的，因此一方面角1和2是相等的，另一方面角1和2是相等的。此外，前面所提到的數(shù)字k1和k2也是相等的，以至于1和2也是相等的。
最后，定子部分11和12按如下方式配置，劃定開孔14和21的邊界的圓弧具有相等的直徑，并且齒19和齒26處于相對(duì)的位置，同樣齒20和齒27也是如此。
在這個(gè)實(shí)施例中，定子部分13同樣具有一個(gè)以旋轉(zhuǎn)軸線A為圓心的圓弧劃定邊界的開孔，并且這個(gè)圓弧與劃定形成在定子部分11和12的開孔14和21的邊界的圓弧具有相等的直徑。在定子部分11合12中齒沿著半徑的方向從定子部分13的開孔的邊緣向旋轉(zhuǎn)軸線A伸展。此外，這些齒的每一個(gè)都和定子部分11的齒19或20中的一個(gè)相對(duì)，同樣的也和定子部分12的齒26或27中的一個(gè)相對(duì)。
這些定子部分13的齒通過(guò)環(huán)繞著它們的定子部分13的其他部分互相磁耦合，并且它們和這部分形成一個(gè)定子磁極。這個(gè)定子部分13的定子磁極同樣和線圈51至53的鐵心54至56磁耦合，該耦合借助于一個(gè)和上文所描述的連接部分34類似的連接部分。根據(jù)這種方式形成的一個(gè)定子部分13使磁通F1、F2、F3a和F3b能更好地引向氣隙41至48并因此提高了電動(dòng)機(jī)1的效率。
在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例中，定子磁極16和23以及線圈53的鐵心56之間的機(jī)械連接和磁耦合是以下列事實(shí)為結(jié)果的，定子部分11和/或12是彎曲的以使得定子磁極16和23在一個(gè)遠(yuǎn)離開孔14和齒20以及遠(yuǎn)離開孔21和齒27的區(qū)域內(nèi)相互接觸。此外，這些定子磁極16和23在這個(gè)相同的區(qū)域內(nèi)相互固定，還是在這個(gè)相同的區(qū)域內(nèi)它們中的一個(gè)與線圈53的鐵心56的一端相固定。
在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)可選擇的方案中，定子磁極16和23并不是在上述區(qū)域內(nèi)直接相接觸，而是各自與鐵心56的每一端相接觸，因此鐵心56在其間被夾住。
在這個(gè)后面的實(shí)施例中，在圖1和3所示的實(shí)例中用來(lái)保證定子磁極16和23的機(jī)械連接和磁耦合的支桿61因此不再存在。
在上文所描述過(guò)的實(shí)施例中，由每個(gè)齒19的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角和由每個(gè)齒20的側(cè)邊所形成的角是彼此相等的，并且等于兩個(gè)相鄰的齒19的側(cè)邊在圓心所形成的角以及兩個(gè)相鄰的齒20的側(cè)邊所形成的角。所有這些在圓心形成的角等于角1，并因此等于角β1的一半。換句話說(shuō)，如果每個(gè)齒19的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角和每個(gè)齒20的側(cè)邊所形成的角由d1和d2來(lái)表示的話，則d1＝d2＝α1＝0.5β1。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地理解到，施加在轉(zhuǎn)子2上的定位轉(zhuǎn)矩是由兩個(gè)相反的轉(zhuǎn)矩代數(shù)相加得到的，這兩個(gè)相反的轉(zhuǎn)矩分別歸因于齒19的存在和齒20的存在。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地看到，這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩的幅值分別是由剛剛定義過(guò)的角d1和d2分別相對(duì)于角β1的比值決定的。
由此得出如果角d1和d2選擇相等的值，則轉(zhuǎn)子2的停留位總是上文實(shí)例中所定義的那種，即磁偶極子6相對(duì)于齒19和齒20的相移角總是相等的，并在絕對(duì)值上等與2α1/3。在這樣一種情況下，相反地，施加在轉(zhuǎn)子2上的定位轉(zhuǎn)矩的幅值將根據(jù)角d1和d2大于或小于0.5β1而減小或增大。實(shí)際上，角d1和d2的值最好取在0.3β1至0.7β1之間。由此還可以得出的是，如果角d1和d2取不同的值，則磁偶極子6相對(duì)于齒19和齒20的相移角將互不相等。因此，假設(shè)角d1大于角d2，則由于齒19的存在而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的幅值大于由于齒20的存在而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。可見(jiàn)在這種情況下，在轉(zhuǎn)子2所有的停留位上，磁偶極子6相對(duì)于齒19的相移角的絕對(duì)值大于磁偶極子6相對(duì)于齒20的相移角的絕對(duì)值。
如果角d1小于角d2則上面提到的關(guān)系當(dāng)然要反過(guò)來(lái)。
實(shí)際上，磁偶極子6相對(duì)于齒19或齒20的相移角的值可以分別在α1/2和2.5α1/2之間選取。其他的這些相移角的值可以由這樣一個(gè)因素來(lái)確定,即這兩個(gè)角的和總是明顯地等于4α1/3。
不幸的是不可能建立角d1和d2與剛剛所提到的相移角之間的簡(jiǎn)單的關(guān)系式來(lái)確定取什么值。
實(shí)際上，角d1和d2的取值可以通過(guò)試驗(yàn)和/或借助于計(jì)算機(jī)仿真來(lái)得到。
剛剛對(duì)轉(zhuǎn)子2和齒19和20所作的分析顯然對(duì)于轉(zhuǎn)子3以及齒26和27也是適用的。在此就不再重復(fù)。
在此簡(jiǎn)單提及的是，施加在轉(zhuǎn)子3上的定位轉(zhuǎn)矩的幅值可以通過(guò)指定角d3和d4(不等于0.5β2)的值來(lái)改變，其中角d3和d4分別指的是齒26和27的側(cè)邊在圓心所形成的夾角，角d3和d4的值最好在0.3β2至0.7β2之間。此外，這些角d3和d4的值可以通過(guò)試驗(yàn)和/或借助于計(jì)算機(jī)仿真來(lái)得到，于是磁鐵5的磁偶極子6相對(duì)于齒26和齒27的相移角的值可以分別為在α2/2和2.5α2/3之間且不等于2α2/3的值，其他的這些相移角具有這樣的值，即這兩個(gè)角的和等于4α2/3。
權(quán)利要求
1.電磁電動(dòng)機(jī)包括-一能夠圍繞一根公共旋轉(zhuǎn)軸線(A)獨(dú)自旋轉(zhuǎn)的一個(gè)第一轉(zhuǎn)子(2)和一個(gè)第二轉(zhuǎn)子(3)，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子各自包括一個(gè)第一永久磁鐵(4)和一個(gè)第二永久磁鐵(5)，所述第一(4)和第二(5)永久磁鐵分別具有第一組和第二組磁偶極子(6)，該磁偶極子圍繞著所述旋轉(zhuǎn)軸線(A)以一種環(huán)形的方式規(guī)則地排列，其取向分別交替地為與軸線(A)平行的第一方向和相反的第二方向，每個(gè)磁偶極子還具有一根徑向的幾何軸線，所述的第一磁鐵的兩個(gè)相鄰的磁偶極子(6)的幾何軸線在圓心形成一個(gè)值為1＝360/N1的第一角度，其中N1是所述第一磁鐵(4)的磁偶極子(6)的數(shù)量，同樣，所述的第二磁鐵(5)的兩個(gè)相鄰的磁偶極子(6)的幾何軸線在在圓心形成一個(gè)值為2＝360/N2的第二角度，其中N2是所述第二磁鐵(5)的磁偶極子(6)的數(shù)量；—一個(gè)第一定子部分(11)，包括由一個(gè)第一定子開孔(14)分開的一個(gè)第一定子磁極(15)和一個(gè)第二定子磁極(16)，所述定子磁極分別包括一個(gè)第一組齒(19)和一個(gè)第二組齒(20)，所述第一組和第二組齒(19、20)面向所述第一磁鐵(4)，是由所述定子開孔(14)的邊緣向著旋轉(zhuǎn)軸線(A)沿半徑方向延伸形成的，所述齒的每一個(gè)都具有一徑向的軸線和兩個(gè)側(cè)邊，所述第一組齒的兩個(gè)相鄰的齒(19)的軸線以及所述第二組齒的兩個(gè)相鄰的齒(20)的軸線在圓心形成一個(gè)值為1＝2α1第三角度，并且所述第一組和第二組齒中的一個(gè)齒(20；19)相對(duì)于所述第一組和第二組齒中的另一個(gè)齒(19；20)具有一個(gè)相移角，該相移角在負(fù)三角方向上等于+2α1/3；—一個(gè)第二定子部分(12)，包括由一個(gè)第二定子開孔(21)分開的一個(gè)第三定子磁極(22)和一個(gè)第四定子磁極(23)，所述定子磁極分別包括一個(gè)第三組齒(26)和一個(gè)第四組齒(27)，所述第三組和第四組齒(26、27)面向所述第二磁鐵(5)，是由所述第二定子開孔(21)的邊緣向著旋轉(zhuǎn)軸線(A)沿半徑方向延伸形成的，所述齒的每一個(gè)都具有一根徑向的軸線和兩個(gè)側(cè)邊，所述第三組齒的兩個(gè)相鄰的齒(26)的軸線以及所述第四組齒的兩個(gè)相鄰的齒(27)的軸線在圓心形成一個(gè)值為2＝22第四角度，并且所述第三組和第四組齒中的一個(gè)齒(27；26)相對(duì)于所述第三組和第四組齒中的另一個(gè)齒(26；27)具有一個(gè)相移角，該相移角在負(fù)三角方向上等于+2α2/3；—一個(gè)第三定子部分(13)包括一個(gè)放置在所述磁鐵(4、5)之間的第五定子磁極(31)，而所述磁鐵(4、5)又分別地一方面位于所述第五定子磁極(31)和所述第一(15)以及所述第二(16)定子磁極之間，另一方面位于所述第五定子磁極(31)和所述第三(22)以及所述第四定子磁極之間；—一個(gè)第一線圈(51)包含一個(gè)鐵心(54)，鐵心(54)具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，這兩端分別與所述第一定子磁極(15)和所述第四定子磁極(31)磁耦合?！粋€(gè)第二線圈(52)包含一個(gè)鐵心(55)，鐵心(55)具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，這兩端分別與所述第三定子磁極(22)和所述第四定子磁極(31)磁耦合?！粋€(gè)第三線圈(53)包含一個(gè)鐵心(56)，鐵心(56)具有一個(gè)與所述第二定子磁極(16)和第四定子磁極(23)磁耦合的第一端和一個(gè)與所述第五定子磁極(31)磁耦合的第二端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述第二定子磁極(16)和第四定子磁極(23)是通過(guò)一個(gè)撐擋或支桿(61)來(lái)磁耦合的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述第二定子磁極(16)和第四定子磁極(23)是在一個(gè)區(qū)域互相接觸的，該區(qū)域遠(yuǎn)離第一開孔(14)和第二開孔(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述第一磁鐵(4)的磁偶極子(6)的數(shù)量N1等于所述第二磁鐵(5)的磁偶極子(6)的數(shù)量N2，其特征還在于所述第一組和第二組齒的齒(19，20)的每一個(gè)被排列成與所述第三組和第四組齒的齒(26，27)之中的一個(gè)相對(duì)，并且所述第五定子磁極包括一個(gè)第五組齒，其中的每一個(gè)都和第一組和第二組齒中的齒(19，20)之中的一個(gè)相對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于由所述的第一組齒的每一個(gè)齒(19)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角以及由所述的第二組齒的每一個(gè)齒(20)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角的值滿足如下要求，在沒(méi)有其他任何影響的情況下，所述第一轉(zhuǎn)子(2)位于一個(gè)轉(zhuǎn)角位置，在該位置上所述第一磁鐵(4)的磁偶極子(6)的幾何軸線相對(duì)于第一組(19)和第二組(20)齒中的一個(gè)齒的軸線的相移等于一個(gè)第三相移角，這個(gè)第三相移角在負(fù)三角方向上的值介于+α1/2和+2.5α1/3之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于由所述的第三組齒的每一個(gè)齒(26)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角以及由所述的第四組齒的每一個(gè)齒(27)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角的值滿足如下要求，在沒(méi)有其他任何影響的情況下，所述第二轉(zhuǎn)子(3)位于一個(gè)轉(zhuǎn)角位置，在該位置上所述第二磁鐵(5)的磁偶極子(6)的幾何軸線相對(duì)于第三組(26)和第四組(27)齒中的一個(gè)齒的軸線的相移等于一個(gè)第三相移角，這個(gè)第三相移角在負(fù)三角方向上的值介于+α2/2和+2.5α2/3之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述第三相移角具有一個(gè)等于+2α1/3的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述第三相移角具有一個(gè)等于+2α2/3的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于由所述的第一組齒的每一個(gè)齒(19)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角以及由所述的第二組齒的每一個(gè)齒(20)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角的值介于0.3β1至0.7β1之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的電磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于由所述的第三組齒的每一個(gè)齒(26)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角以及由所述的第四組齒的每一個(gè)齒(27)的兩條側(cè)邊在圓心所形成的角的值介于0.3β2至0.7β2之間。
全文摘要
一電動(dòng)機(jī)(1)包括三個(gè)定子部分(11、12、13)和兩個(gè)同軸線的轉(zhuǎn)子(2、3),這兩個(gè)轉(zhuǎn)子各自包括一個(gè)具有軸向磁化的多極磁鐵(4、5),磁鐵各自位于第三定子部分(13)和第一定子部分(11)之間以及第三定子部分(13)和第二定子部分(12)之間。第一定子部分和第二定子部分還各自包含兩個(gè)定子磁極(15、16、22、23),這些定子磁極各自具有一組齒(19、20、26、27),它些齒互相交錯(cuò)。在轉(zhuǎn)子(2、3)的停留位上,磁鐵(4、5)的磁偶極子(6)相對(duì)與齒(19、20、26、27)具有相移。兩個(gè)線圈(51、52)各自與定子磁極(15、22)互相耦合,一個(gè)第三線圈(53)與其他兩個(gè)定子磁極(16、23)互相耦合。由于這種布置的結(jié)果,電動(dòng)機(jī)(1)是緊湊的,并且它的轉(zhuǎn)子(2、3)可以各自地在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)G04C13/11GK1186374SQ9711989
公開日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1997年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月27日
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