CN1606220A - 多极旋转机器 - Google Patents

Abstract

多极旋转机器，包括：定子；柱形外转子与定子同心布置，在其间有气隙。定子有两个分开的定子元件和保持在其间的环形永磁体，永磁体沿定子轴向形成N和S极。沿定子轴向分离的多个较小定子齿A和A、B和B形成于定子元件外周面上。用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件。转子有多个较小转子齿，数目与定子齿相同；定子齿A、A、B和B分别沿周向相对转子齿偏移1/4倍定子齿节距。定子和转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料形成。定子齿A与定子齿A沿定子轴向的厚度的比例小于1，以使定子齿A和A的平均磁导性基本相等，定子齿B与定子齿B沿定子轴向的厚度的比例小于1，以使定子齿B和B的平均磁导性基本相等。

Description

多极旋转机器

技术领域

本发明涉及一种多极旋转机器，尤其是涉及一种普通的混合类型步进马达，该步进马达能够增加输出和减小变动力矩，以便用于办公室自动化(OA)装置和全自动(FA)装置。

背景技术

已经提出了可变磁阻(VR)类型的步进马达、永磁体(PM)类型的步进马达和混合(HB)类型的步进马达，该可变磁阻类型的步进马达具有使用非永磁体的转子，该永磁体类型的步进马达具有由永磁体组成的转子，而该混合类型的步进马达通过混合可变磁阻类型步进马达和永磁体类型步进马达而形成。永磁体类型步进马达和混合类型步进马达能够减小尺寸，因此用于相对较小的工业机器中。特别是，混合类型的步进马达精确性高和力矩大，且步进角较小，因此这种马达广泛使用。不过，该马达还需要减小尺寸和增加力矩。

为了增加力矩，有效的是增加使绕组互联的磁通和绕组的匝数。在日本专利申请公开No.12856/81中公开了一种能够在不减少分辨率(resolution)或转子齿数的情况下增加使绕组互联的磁通的步进马达。

图26是如日本专利申请公开No.12856/81中所述的、具有外转子的混合类型马达的垂直正剖图。在图26中，参考标号1表示静止轴，2表示前盖，2′表示后盖，且3表示环形磁体，该环形磁体被磁化为沿它的轴向方向形成N和S极，该磁体3固定在静止轴1上，该静止轴1穿过磁体3的中心部分。参考标号4、5分别表示对应于A相和B相的柱形定子元件，该定子元件形成固定在轴1上的定子6。定子元件4在它的外周表面上有多个较小的定子齿A和 A，该定子齿A和 A沿该定子元件的轴向方向彼此分开，较小定子齿 A与磁体3的一个侧表面接触。定子元件5在它的外周表面上有多个较小的定子齿B和 B，该定子齿B和 B沿该定子元件的轴向方向彼此分开，较小定子齿 B与磁体3的另一侧表面接触。

参考标号8表示在定子元件4的中心部分处形成于外周表面上的环形槽，9表示在定子元件5的中心部分处形成于外周表面上的环形槽，12表示布置在环形槽8中的励磁绕组，且13表示布置在环形槽9中的励磁绕组。

参考标号10表示由轴1通过轴承11和11′以及盖2和2′而可旋转地支承的柱形转子。转子10的内周表面对着定子6的外周表面，同时在它们之间有气隙，并有多个较小转子齿，数目与定子元件4或5的较小定子齿的数目相同。

如图26A和图26B所示，较小定子齿 A沿周向相对较小定子齿A偏移0.5倍较小定子齿节距。如图26C和图26D所示，较小定子齿B沿周向相对较小定子齿A偏移0.25倍较小定子齿节距，且较小定子齿B沿周向相对较小定子齿A偏移0.75倍较小定子齿节距。

在上述情况中，较小定子齿A、B、 A和 B沿周向分别偏移0.25倍较小定子齿节距。在另一情况下，较小定子齿并不沿周向偏移，但是与较小定子齿相对应的较小转子齿沿周向偏移0.25倍较小转子齿节距。

下面解释磁通流。如图28所示，由磁体3发出的磁通进入定子元件4，并分成经过较小定子齿A的磁通φ_A以及经过较小定子齿 A的磁通φ _A 。磁通φ_A和磁通φ _A 进入转子10，向右引导，并分成经过较小定子齿B的磁通φ_B以及经过较小定子齿 B的磁通φ_B 。磁通φ_B和φ _B 向左引导，并返回磁体3。

磁通φ_A、φ _A 、φ_B和φ _B 能够分别由公式1至4表示。

φ_A＝Φ_A(1+kcosθ)            (1)

φ _A ＝Φ _A (1-k′cosθ)          (2)

φ_B＝Φ_B(1+ksinθ)            (3)

φ _B ＝Φ _B (1-k′sinθ)                 (4)

其中，θ表示转子10旋转的电角度，φ_A、Φ _A 、φ_B和Φ _B 分别是可变磁通φ_A、φ _A 、φ_B和φ _B 的平均值，而k和k′是变化率。如图26所示，除了相位关系，A相和B相对于磁体相双对称，因此，φ_A＝φ_B，Φ _A ＝Φ _B ，且k＝k′。其中，为了简化，假设磁通通过省略谐波分量而作为正弦波变化。

如公式1至4所示，磁通φ_A、φ _A 、φ_B和φ _B 的相位分别以该顺序偏离90°电角度。

产生的力矩分析如下。

如图28所示，分别用于激励A相和B相的、使绕组12和13互联的有效主磁通分别是磁通φ_A和φ_B。当转子10以电角速度ω旋转时，反电动势e_A和e_B可以由公式5和6表示。其中，n表示各相的绕组数目。

$e_A=-n\frac{d{\mathrm{\φ}}_A}{\mathrm{dt}}=\mathrm{n\Φk\ω}\sin \mathrm{\θ}...\left(5\right)$

$e_B=-n\frac{d{\mathrm{\φ}}_B}{\mathrm{dt}}=\mathrm{n\Φk\ω}\cos \mathrm{\θ}...\left(6\right)$

力矩T_A和力矩T_B由公式7和8表示。

T_A＝e_Ai/ω_M＝niΦkp sinθ    (7)

T_B＝e_Bi/ω_M＝niΦkp cosθ    (8)

其中，ω_M表示机械角速度，并为ω/p，且p表示磁极对的数目，也就是较小定子齿或较小转子齿的数目。

应当知道，当绕组数目和较小齿的数目恒定时，为了增加力矩，必须增加使绕组互联的平均磁通φ以及变化率k。

通常，马达的各转子和定子通过层叠多个硅钢板而形成，且各硅钢板涂覆有防腐蚀膜，这样，在层叠的钢板之间不可避免地形成间隙。在普通马达中，沿马达的轴向方向形成很多磁通通路，且铁芯的磁导性由于在层叠的板之间的间隙而减小，因此，使绕组互联的磁通减小。特别是，在图28所示的马达中，有效主磁通只有φ_A和φ_B，而φ _A 和φ _B 都是无功分量。磁通的趋势是经过更小磁阻的磁通路，因此，当马达使用层叠的钢板时，由磁体发出的几乎全部磁通都形成φ _A 和φ _B ，而φ_A和φ_B变得非常小，公式5和6中所示的力矩也减小，但是变动力矩(cogging torque)增大。

图29表示了当普通马达以每分钟500转旋转时该普通马达的一相的反电动势p的波形。这时，感应电压的幅值是10V。在该马达中，与类似尺寸的正常马达相比，感应电压降低，且效率降低。

图30表示了普通马达的变动力矩r的波形。该变动力矩r的幅值为大约0.5Nm，与类似尺寸的正常马达相比增加，因此，当马达旋转时使得该马达产生较大振动。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种马达，其中，通过减小通路沿马达轴向方向的磁阻以及通过使磁通路A、 A、 B和B彼此平衡以便增大使绕组互联的磁通，从而增加马达的输出；且该马达的变动力矩减小。

本发明的另一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：定子；以及柱形外转子，该柱形外转子与定子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的外周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的外周表面上，且用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

本发明还有一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：定子；以及柱形外转子，该柱形外转子与定子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的外周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的外周表面上，且用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距(vernier pitch)而轴对称布置。

本发明的另一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：内转子；以及柱形定子，该柱形定子与转子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的内周表面上，且用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

本发明还有一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：内转子；以及柱形定子，该柱形定子与转子同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子有两个分开的定子元件和保持在定子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿定子的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的内周表面上，且用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距而轴对称布置。

本发明的另一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：内转子；以及柱形定子，该柱形定子与转子同心布置，且在它们之间有气隙；所述转子有两个分开的转子元件和保持在转子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿转子的轴向方向形成N和S极；所述定子有两个分开的定子元件，且多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的内周表面上，用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

本发明的另一目的是提供一种多极旋转机器，它包括：内转子；以及柱形定子，该柱形定子与转子同心布置，且在它们之间有气隙；所述转子有两个分开的转子元件和保持在转子元件之间的环形永磁体，该永磁体励磁为沿转子的轴向方向形成N和S极；所述定子有两个分开的定子元件，且多个较小定子齿A和 A沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件的内周表面上，用于A相和B相的定子绕组分别环绕定子元件缠绕；所述转子有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子和所述转子由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距而轴对称布置。

较小定子齿 A沿定子轴向方向的厚度与较小定子齿A沿定子轴向方向的厚度的比例设置为值小于1，以便使两个较小定子齿A和 A的平均磁导性基本彼此相等，且较小定子齿 B沿定子轴向方向的厚度与较小定子齿B沿定子轴向方向的厚度的比例设置为值小于1，以便使两个较小定子齿B和 B的平均磁导性基本彼此相等。

较小定子齿 A或 B沿定子轴向方向的厚度与较小定子齿A或B沿定子轴向方向的厚度的比例设置为0.5至0.8。

相对标准较小齿节距，定子齿宽度与转子齿宽度的比例设置成35％至45％。

通过结合下面的说明和附图，可以更好地理解本发明的这些和其它方面和目的。不过，应当知道，下面的说明尽管指出是本发明的优选实施例，但是是为了进行阐述说明，并不是为了进行限定。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行多种变化和改变，本发明将包括所有这些变化。

附图说明

图1是本发明的外转子类型的两相混合式步进马达的垂直正剖图。

图2表示了图1中所示的外转子类型的两相混合式步进马达的反电动势的波形。

图3表示了图1中所示的马达的变动力矩的波形。

图4是表示变动力矩·反电动势特征相对于定子芯的堆叠比(stackratio)的曲线图。

图5表示了从图1中所示的马达的磁体发出的磁通的通路。

图6表示了图1中所示的马达的较小定子齿的电角度的相位关系。

图7表示了本发明的马达的等效磁路。

图8表示了本发明的马达的改装(converted)等效磁路。

图9是在本发明马达的定子和转子的较小齿之间形成的想象磁通路的解释图。

图10是本发明马达的一个较小齿的总体形状磁导性变化的解释图。

图11是本发明马达的较小齿的复合相磁导性的解释图。

图12A是本发明马达的垂直侧剖图，该马达具有用于消除三次和四次谐波的较小齿结构。

图12B是本发明马达的垂直侧剖图，该马达具有分成两组的较小齿结构。

图13是本发明马达的垂直侧剖图，该马达具有用于消除三次和四次谐波的其它较小齿结构。

图14是表示芯材料的B-H曲线特征的曲线图。

图15是表示铁芯的变动力矩和堆叠率特征的曲线图。

图16是表示铁芯的有效磁通和堆叠率特征的曲线图。

图17是表示磁通随旋转而变化的曲线图。

图18是表示游标(vernier)节距相对变动力矩的效果的曲线图。

图19是表示齿宽相对有效磁通和变动力矩的效果的曲线图。

图20是本发明的四分游标节距类型马达的垂直侧剖图。

图21是本发明的内转子类型两相混合式步进马达的一部分的垂直正剖图。

图22是图21中所示的马达的垂直侧剖图。

图23是本发明的另一内转子类型两相混合式步进马达的一部分的垂直正剖图。

图24是表示齿宽比和变动力矩之间的关系的曲线图。

图25表示了本发明另一实施例的马达的电路。

图26是外转子类型的普通两相混合式步进马达的垂直正剖图。

图26A是沿图26的线A-A的剖视图。

图26B是沿图26的线A′-A′的剖视图。

图26C是沿图26的线B-B的剖视图。

图26D是沿图26的线B′-B′的剖视图。

图27是图26中所示的马达的垂直侧剖图。

图28表示了由图26所示的马达中的磁体发出的磁通的通路。

图29表示了图26中所示的马达的反电动势的波形。

图30表示了图26中所示的马达的变动力矩的波形。

具体实施方式

下面将介绍本发明第一实施例的混合式步进马达。与图26和图27中所示的普通马达的相应部件类似的马达部件以相应的参考标号表示，且不需要再次重新说明。

如图1所示，多极旋转机器(例如本发明实施例的外转子类型两相混合式步进马达)包括定子6和柱形外转子10，该柱形外转子10布置成与定子6同心，且在它们之间有气隙。

所述定子6有：两个分开的定子元件4、5和保持在该定子元件4、5之间的环形永磁体3，该环形永磁体进行励磁，以便沿定子6的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A，这些较小定子齿A和 A沿定子6的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件4的外周表面上；多个较小定子齿B和 B，这些较小定子齿B和 B沿定子6的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件5的外周表面上；以及用于A相和B相的定子绕组12、13，该定子绕组12、13分别绕定子元件4、5进行缠绕。

所述转子10有形成于它的内周表面上的多个较小转子齿，这些较小转子齿的数目与较小定子齿的数目相同。所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距。各所述定子6和所述转子10由包含软磁材料的压制粉末和粘合剂而形成，该压制粉末例如由HITACHI FUNMATSU YAKIN KABUSHIKIKAISHA制成的NIKKALOY EU-66X(商标)。该粘合剂包括树脂和/或无机材料例如玻璃。

为了证明本发明的马达的效果，利用三维有限元方法对马达进行了磁场分析，该马达的转子外径为35mm，定子轴向长度为28mm，磁体厚度为2mm，各绕组的厚度为6mm。

图2表示了马达的反电动势的波形，参考标号q表示本发明的马达在以50转每分钟旋转时的反电动势的波形，该马达的定子和转子由软磁材料的压制粉末而形成。可以知道，反电动势q是普通马达的反电动势p的大约2.2倍，该普通马达的定子和转子由层叠的硅钢板形成。

图3表示了本发明的马达的变动力矩s的波形。

可以知道，本发明的马达的变动力矩s减小至普通马达的变动力矩r的大约1/5，该普通马达的定子和转子由层叠的硅钢板形成。

软磁材料粉末自身具有很高的电阻，从而可以减小在马达中的涡电流损失，因此它能有效用于更高速的马达。

在本发明的第二实施例中，较小定子齿 A沿定子轴向方向的厚度与较小定子齿A沿定子轴向方向的厚度的比例C(堆叠比)设置为小于1的值，优选是为0.5至0.8，以便使得两个较小定子齿A和 A的平均磁导性基本相等，且较小定子齿 B沿定子轴向方向的厚度与较小定子齿B沿定子轴向方向的厚度的比例C(堆叠比)设置为小于1的值，优选是为0.5至0.8，以便使得两个较小定子齿B和 B的平均磁导性基本相等。

图4是表示变动力矩Tc和反电动势c的特征相对定子芯的堆叠比C的曲线图。在图4中，横坐标表示比例C，而纵坐标表示反电动势e和变动力矩Tc。由图4可知，反电动势e相对比例C的变化较小，变动力矩Tc在比例C为大约0.64时最小。在图28所示的普通马达中，形成最短回路的磁通路，因为定子元件4的较小定子齿 A和定子元件5的较小定子齿 B布置在磁体3附近，这样，通过较小定子齿 A和 B的磁通更大。为了避免该现象，在本发明中，较小定子齿 A和 B沿定子轴向方向的厚度设置成比较小定子齿A和B沿定子轴向方向的厚度更小，以便平衡通过较小定子齿A和 A以及B和 B的磁通，如图5所示。因此，在本例中，反电动势的变化较小，变动力矩较小。而且，图4中的比例C的优选值取决于在较小定子齿A和 A以及B和 B之间的磁通路的磁导性，因此，比例C的最佳值将根据部件的尺寸而变化。

根据本发明，在不减小反电动势e的情况下，变动力矩Tc可以减小，如图4所示，这样，可以获得功率高、尺寸小和振动低的马达。

在本发明的第三实施例中，在较小转子齿的数目例如为50的情况下，转子10的较小转子齿布置成具有与规则节距7.2°(也就是360°/50)不同的游标节距。游标节距的较小转子齿例如分成两部分，间隙形成于该分开的较小转子齿之间，这样，分开的较小转子齿轴对称布置，以便消除沿转子的径向方向的不平衡磁吸引力。

这时，较小定子齿A、 A、B和 B分别沿周向从较小转子齿偏移0°、180°、90°和270°的电角度，如图6所示。

而且，在本发明的其它实施例中，通过将定子的较小定子齿(而不是转子的较小转子齿)布置成具有游标节距，可以获得相同效果。

(马达的等效磁路)

为了阐明本发明，等效磁路原理用于马达。图7表示了本发明的步进马达的等效磁路。参考标号P_ig表示i相(这里，i是A、B、 A或B)的气隙磁导性，P_ic表示i相的磁通路的磁导性，φ_i表示i相磁通路的磁通，而2F_M表示磁动势。为了简化，磁体的内部磁导性包含在各相的磁通路的内部磁导性中。

可以认为，较小定子齿A和 A以及B和 B对于磁体的总磁导性并没有很大变化，因为较小定子齿A和 A以及B和 B布置成如图6所示。

因此，当假定磁体的一半磁动势等量施加在A相和B相的各较小定子齿上时，磁路可以转变成图8中所示的等效磁路。

图8中i相的磁通φ_i由公式9表示。

${\mathrm{\φ}}_i=\frac{F_M}{1/P_{\mathrm{ig}}+1/P_{\mathrm{ic}}}=\frac{F_M{P}_{\mathrm{ig}}}{1+P_{\mathrm{ig}}/P_{\mathrm{ic}}}...\left(9\right)$

在本例中，P_ic是比可变气隙磁导性P_ig更大的值。

不过，为了简化，假设1/(1+P_ig/P_ic)相对旋转基本为常数，并由公式10表示。

$k_i=\frac{1}{1+P_{\mathrm{ig}}/P_{\mathrm{ic}}}...\left(10\right)$

因此，公式9可以由公式11表示

φ_i＝k_iF_MP_ig                     (11)

如图6所示，在各相中，P_ig有90°电角度的相位差。因此，当较小定子齿的形状和沿周向的位置相同时，可以获得公式12和公式13。

$P_{\mathrm{ig}1}=h_i{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ig}1}=h_i({\mathrm{\ρ}}_0+\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_n\cos n{\mathrm{\ζ}}_i)...\left(12\right)$

${\mathrm{\ζ}}_i={\mathrm{\θ}}_e-(i-1)\frac{\mathrm{\π}}{2}...\left(13\right)$

其中，参考标号h_i表示各相的较小定子齿沿轴向的有效长度，ρ_ig1表示每单位轴向长度的磁导性，ρ_n表示n次谐波分量的系数，ζ_i表示i相的电角度，θ_e而表示旋转的电角度。

(有效磁通和电流力矩)

在本发明的步进马达中，力矩T_A和T_B由使各相的绕组互联的磁通φ_A和φ_B以及经过绕组的电流i_A和i_B的相互作用而产生。当A相和B相的绕组的数目相同，且该数目为n_A时，可以获得公式14。

$T_A=-i_A{n}_A\frac{d{\mathrm{\φ}}_A}{\mathrm{dt}},T_B=-i_B{n}_A\frac{d{\mathrm{\φ}}_B}{\mathrm{dt}}...\left(14\right)$

对于磁通和公式11至13的关系，如果只考虑占力矩较大分量的基波，则可以获得公式15和16。

φ_A＝k_AF_Mh_A(ρ₀+ρ₁cosθ_e)，φ_B＝k_AF_Mh_A(ρ₀+ρ₁cos(θ_e-π/2)    (15)

$\frac{d{\mathrm{\φ}}_A}{\mathrm{dt}}=-k_A{F}_M{h}_A{\mathrm{\ρ}}_1\sin {\mathrm{\θ}}_e,\frac{d{\mathrm{\φ}}_B}{\mathrm{dt}}=-k_A{F}_M{h}_A{\mathrm{\ρ}}_1\sin ({\mathrm{\θ}}_e-\mathrm{\π}/2)...\left(16\right)$

力矩由公式17表示。

T_A＝i_An_Ak_AF_Mh_Aρ₁nsinθ_e，T_B＝i_Bn_Ak_AF_Mh_Aρ₁nsin(θ_e-π/2)       (17)

考虑到相位与反电动势相同的电流由公式18表示。

i_A＝I_Asinθ_e，i_B＝I_Asin(θ_e-π/2)                               (18)

获得由公式19表示的力矩T。

$T=T_A+T_B=\sqrt{2}{I}_A{n}_A{k}_A{F}_M{h}_A{\mathrm{\ρ}}_1\≡\sqrt{2}{I}_A{n}_A\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_A...\left(19\right)$

其中，Δφ_A＝k_AF_Mh_Aρ₁是公式15中的磁通的可变分量的幅值。

应当知道，Δφ_A对于增加磁路侧的力矩很重要，因为电流力矩(或力矩常数)与磁通的可变分量的幅值Δφ_A成正比。还应当知道，在绕组侧，必须根据公式19来保持安培匝数I_An_A。

在步进马达中，除了作为有效力矩的电流力矩外，还产生引起振动的变动力矩，因此必须减小该变动力矩。

(变动力矩)

占据图8中所示等效磁路的磁能中的较大部分的、在气隙中的磁能由公式20来计算。

$W_g=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\φ}}_i^2}{P_{\mathrm{ig}}}=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\left(k_i{F}_M\right)}^2{P}_{\mathrm{ig}}...\left(20\right)$

变动力矩Tc由于磁能的角度微分而产生，且在两相马达情况下由公式21表示。

$T_C=\frac{N_R}{2}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\left(k_i{F}_M\right)}^2\frac{d{P}_{\mathrm{ig}}}{d{\mathrm{\θ}}_e}=\frac{N}{2}{F}_M^2\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i^2{h}_i\frac{d{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ig}}}{d{\mathrm{\θ}}_e}...\left(21\right)$

其中，参考标号N表示较小转子齿的数目，θ_e表示为电角度。假定k_i并不随旋转角度而变化。可以获得公式22。

$T_C=\frac{N}{2}{F}_M^2\frac{d}{d{\mathrm{\θ}}_e}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_i^2{h}_i\right){\mathrm{\ρ}}_n\cos n{\mathrm{\ζ}}_i...\left(22\right)$

(在谐波分量和变动力矩之间的关系)

表1表示了在各相中的气隙磁导性的谐波分量。为了简化，省略了各相的系数(k_i ²h_i)ρ_n。

表1

谐波级	1	2	3	4
					ρA	cos(θe)	cos(2θe)	cos(3θe)	cos(4θe)
ρB	sin(θe)	-cos(2θe)	-sin(3θe)	cos(4θe)
					ρ A	-cos(θe)	cos(2θe)	-cos(3θe)	cos(4θe)
ρ B	-sin(θe)	-cos(2θe)	sin(3θe)	cos(4θe)
					∑ρi	0	＝0	0	4cos(4θe)

其中，在各相中ρ_n相等。

因为结构相同，在A和B以及 A和 B相之间的(k_i ²h_i)ρ_n相等，而因为结构不同，在A和 A以及B和 B相之间的(k_i ²h_i)ρ_n不相等。因此，如表1所示，第二谐波分量的总和为零。不过，在各相中的(k_i ²h_i)ρ_n需要彼此相符，以便使第一或第二谐波分量的总和为零。在表1中，通过假设(k_i ²h_i)ρ_n对于各相基本相同而获得。在公式22的总和中，第一至第三谐波分量彼此抵消，因此，剩下的第四谐波分量占据变动力矩的较大部分。因此，相对各绕组磁极，在各相中的气隙磁导性P_ig的第四谐波分量必须减小至零。这意味着在公式22中的ρ_n设置为零。

(较小齿结构的改进)

下面将研究通过利用了气隙磁导性P_ig由各较小齿磁导性的总量构成这一事实的较小齿结构来消除特定谐波分量(也就是第四谐波分量)的方法。

(较小齿磁导性的总量)

在各相中的气隙磁导性P_ig可以认为是在较小齿之间的磁导性P_ig(其中，i是相数，k是较小齿数)的总和，如公式23所示。

$P_{\mathrm{ig}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ik}}...\left(23\right)$

因此，在研究中，磁导性根据各较小齿进行计算，且绕组磁极的磁导性由计算的磁导性的总和来获得。

假定磁通路的方法用于计算磁导性，一个较小齿部分的磁通路的实例如图9所示。在图9中，参考标号2T表示磁极对节距(较小定子齿的节距)，α和β表示定子和转子的较小齿宽度与磁极节距的比例，x表示在较小定子齿中心和较小转子齿中心之间的旋转位移，而(1)、(2)...表示根据磁通路类型的分区。分区(1)、(2)、(3)或(4)的各磁通路部分的磁导性由公式24计算，并计算它们的总和。

$P={\mathrm{\μ}}_0\∫\frac{\mathrm{dS}}{l}...\left(24\right)$

其中，μ₀表示空间磁导率，dS表示相对面积的微分，而L表示磁通路长度。当转子齿宽度等于定子齿宽度时(也就是α＝β)，磁导性根据如图10所示的均匀函数而双轴对称变化。

全部相的总磁导性可以通过对存在的N个较小齿进行总和而获得。在图1所示的马达中，较小齿的数目为50，因此，50个较小齿的磁导性进行总和。不过，为了简化，图11表示了通过对六个较小齿的磁导性进行总和而获得的磁导性复合值。这时，较小齿的磁导性波形彼此稍微偏移，因为较小齿的节距为游标节距，与正常节距不同，因此，它们的磁导性的复合值是平滑变化的波形。在各相中的气隙磁导性P_ig是相对角位移的均匀函数，公式12可以由Fourier展开式来获得。

(较小齿结构的改进原理)

可以预计，磁导性的波形将通过将较小齿的结构分别从磁极节距稍微偏移而变得平滑，且变动力矩将减小。在此，考虑了该原理。为了通过组合较小齿磁导性而除去特定的n次谐波分量，必须满足公式25。当减小两相马达的变动力矩时，n为4。

${\mathrm{\ρ}}_n=m\underset{k=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{1\mathrm{kn}}=0...\left(25\right)$

其中，m是较小齿的组数，Q是在一组中的较小齿的数目，且N＝mQ。ρ_lkn是第k个较小齿的单位长度磁导性的n次谐波分量，并可以规定为偏离参考角度的复向量(较小齿磁导性向量)，如公式26所示。

${\mathrm{\ρ}}_{1\mathrm{kn}}={\mathrm{\ρ}}_{1\mathrm{kn}}{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{jnp}{\mathrm{\θ}}_k}...\left(26\right)$

其中，ρ_lkn是较小齿磁导性的n次谐波分量的幅值，p是磁极对的数目，并等于图1中所示的本发明马达中的较小齿数目N，θ_k是第k个较小齿的位置(机器角度)。

当较小齿通过磁极对节距来布置时，位置θ_k可以利用离开角度(参考角度)θ_k0的偏离角度δθ_k来表示，如公式27所示。

θ_k＝θ_k0+δθ_k＝2π(k-1)+δθ_k    (27)

因为ε^jnpθko＝ε^j2πnp(k-1)＝1，因此当偏离角度δθ_k用于代替位置θ_k时，公式26变成相同形式。用于减小变动力矩的条件可以由公式28表示，该公式28同样使用公式25。

$\underset{k=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{1\mathrm{kn}}=\underset{k=1}{\overset{Q}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{1\mathrm{kn}}{\mathrm{\ϵ}}^{\mathrm{jnp\δ}{\mathrm{\θ}}_k}=0...\left(28\right)$

偏离角度δθ_k可以由距离零位置的角度来表示，因为参考角度θ_k0总是零角度。在这种情况下，当较小齿的磁导性表示在由电角度表示的谐波向量平面上时，磁导性向量的向量和为零。各向量旋转，同时保持相对位置，因此在旋转过程中总是保持平衡，且变动力矩最小。

(消除第四谐波分量)

一种减小变动力矩的方法考虑利用上述概念。它需要轴对称布置较小齿，以避免沿径向方向的不平衡。当较小齿的数目为50时，该较小齿分成两组，并轴对称布置。

当只去除第四谐波分量(该第四谐波分量与变动力矩有较大关系)时，优选是采用游标***，其中，较小齿的节距变化。

当一组中的较小齿布置成规则节距时，对于各较小齿，偏离角度δθ_k相等，因此必须在向量平面中将Q个向量ρ_lknε^jnpδθk布置成圆，以便实现公式25。

这时，偏离角度δθ_k由公式29表示。

$\mathrm{\δ}{\mathrm{\θ}}_k=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{npQ}}...\left(29\right)$

在图1中所示的本发明马达中，p为50，Q为25，因此n为4，偏离角度δθ_k为0.072°。较小齿节距θ_k0为7.2°，并向负侧移动δθ_k，因此θ_k0为7.128°。

显然，负侧和正侧的移动有彼此相同的效果，如参考公式25至公式29所述。

(消除两种谐波)

如上所述，并不需要以规则节距布置较小齿，且为了满足公式25而可以任意布置。不过，如上所述，优选是轴对称结构。它需要获得正效果，例如除去在不规则节距结构中的两种谐波。

而且，还考虑不仅除去与变动力矩的产生具有较大关系的第四谐波，而且除去第三谐波。这时，50个较小齿分成两组，以便满足轴对称，且根据情况再将一组分成5个子组。第三谐波分量从各子组中除去，而第四谐波在5个子组之间除去。这时，Q为5，因此偏离角度δθ_k由公式29表示如下。

在各子组中，δθ为0.48°(消除第三谐波)。

在5个子组之间，δθ为0.36°(消除第四谐波)。

图12A表示了具有如上述布置的较小齿的转子。

在图12A中，在由线X-X′分开的转子上半部分上的25个较小齿分成5个子组。

在各子组中，在较小齿之间的距离为(7.2°-0.48°＝6.72°)。在组之间的角度(也就是在线θ₁、θ₂、θ₃、θ₄和θ₅之间的角度)为(7.2°×5-0.36°＝35.64°)。

在上述情况下，在转子侧进行较小齿结构变化，不过，也可以在定子侧(而不是转子侧)进行变化。

当除去两种谐波例如第四谐波和第三谐波时，例如，较小转子齿节距(距离)设置为(7.2°-360/(4×50×25)＝7.128°)，且较小定子齿节距设置成(7.2°-360/(3×50×25)＝7.104°)，如图13所示。

(奇数谐波分量的平衡的改进)

在表1中，通过假设系数(ki²hi)ρ_n对于各相都相等而对磁导性变化进行总计。当为奇数谐波(基波和第三谐波)时，∑ρ不能设置成零，除非(ki²hi)对于A相和 A相都相等。

k_A和k A将根据公式10而由公式30表示。

对于B相，可以获得相同公式。

$k_A=\frac{1}{1+P_{\mathrm{Ag}}/P_{\mathrm{AC}}},k_{\stackrel{\‾}{A}}=\frac{1}{1+P_{\stackrel{\‾}{A}g}/P_{\stackrel{\‾}{A}C}}...\left(30\right)$

A相的磁通路比 A相的磁通路长在A和 A相之间的铁芯长度。因此，P_AC＜P A_C，且k_A＜k A。因此，需要有关系h_A＜h A，以便使(k_A ²h_A)与(k A²h A)相等。

也就是，沿轴向方向的A相较小齿长度必须比 A相更长。

A相的磁通φ_A以及它的变化分量的幅值Δφ_A将通过磁通路的磁阻而减小，且电流力矩将减小。使用层叠钢板的电机在层叠钢板之间有较小气隙，因此磁阻增加。因此，优选是使用更厚的钢板，并减少层叠钢板的数目。而且，优选是使用由绝缘粉末制成的铁芯，因为在k_A和k A之间的相对差值变小。

(通过三维FEM磁场分析而进行的研究)

通过使用三维有限元方法(该三维有限元方法实际上已经用于混合类型的步进马达)的磁场分析程度而在多个条件下计算影响力矩产生的磁通变化的幅值φ_CM以及影响振动的变动力矩。

(铁芯材料和堆叠比)

对于层叠硅钢板和压制粉末磁芯，研究了当较小定子齿沿轴向方向的长度hi变化时对ki的影响，以便校正在正相A和B以及负相 A和B中不同的ki效果。两种材料的B-H曲线在图14中表示。采用具有0.75特拉斯Br的钐钴磁体(SmCo)。在板厚为0.35mm的情况下通过将钢板的空间系数设置为97％来进行计算，在板厚为0.5mm的情况下将空间系数设置为98％，由于层叠引起的较小气隙，B-H特征沿轴向变化。

要测试的马达的转子的外径为35.4mm，内径为29.6mm，较小转子齿节距为7.128°，定子的较小定子齿节距为7.2°，磁体的外径为27.6mm，内径为20mm，厚度为2mm，且绕组的轴向长度为6mm。在转子的内周表面和定子的外周表面之间的气隙为0.1mm，各转子和定子的齿宽和槽深分别为0.7mm。通过改变堆叠比来进行计算，这样，正相和负相的较小定子齿的轴向长度的总和设置为6mm。

当正相和负相的堆叠比(1/C)变化时对变动力矩和有效磁通的计算结果如图15和图16所示。图15中所示的变动力矩是根据马达旋转而由磁通产生的变动力矩的峰至峰的值。图16中表示的有效磁通φ_CM是磁通φ_A的变化(幅值)的一半值。

由图15可知，当在层叠钢板中板厚更小时，变动力矩更大。当为压制粉末磁芯时，变动力矩在堆叠比为大约1.6时有零交叉点，但是当磁芯由层叠钢板形成时，变动力矩在堆叠比为1至5的范围内没有零交叉点。

由图16可知，在压制粉末磁芯(它的BH特征不正常)中的有效磁通明显大于由层叠钢板形成的磁芯。这是因为在由层叠钢板形成的铁芯中，沿轴向的磁导性降低，磁通不能很容易地通过绕组。

如上所述，应当知道，压制粉末铁芯对于有效磁通最好。在图17中，点线、单点划线和实线分别表示了当堆叠比为1.0、1.4和2.0时压制粉末铁芯相对旋转角度的磁通。图17表示了磁通基本恒定，对图8中所示的等效电路的分析假设有效，且当正相的较小齿的长度增加时，磁通的平均水平提高，但是变化幅值即有效磁通降低。在堆叠比为1.4时正相/负相的平衡最好。

在两相中有助于力矩产生的变化磁通很小，为40％或更大。不过，认为互联磁通大于正常结构，因为磁体较大，且在各相的绕组数目为1。

(游标节距的效果)

图18表示了当堆叠比为1.4时规则节距和游标节距的变动力矩的变化。当使用公式29中所示的游标节距时，将消除在规则节距情况下产生的四次频率的较大变动力矩，但是基频的可变变动力矩仍然保持。可以认为，当堆叠比从1.4增加到1.6时，基频的可变变动力矩可能减小。

(齿宽的影响)

图19表示了对于1.4和2.0的堆叠比，当齿宽从0.6mm变成0.8mm时有效磁通和变动力矩的变化。有效磁通没有很大变化，对于各堆叠比，当齿宽在0.7至0.75范围内时有最大值。对于1.4的堆叠比，变动力矩根据齿宽而增加，但是对于2.0的堆叠比，变动力矩将根据齿宽而减小，因为正相和负相中的平衡变化。因此，认为齿宽为0.7mm(磁极对节距的38％)是最佳值。

(齿分成四组的实施例)

当较小齿的数目为50时，考虑将较小齿分成两组，每组25个较小齿，如图12B所示，或者分成5个组，每组10个较小齿，如图12A所示，同时保持轴对称。

当较小齿的数目为48时，可以将较小齿分成四组，如图20所示。在图20中，采用标准节距7.5°-360°/(4×48×12)。

(内转子类型马达的实施例)

本发明可以用于具有内转子的马达，如图21和22所示。

在图21中所示的马达中，磁体布置在转子外部，因此，相对较强的磁通泄漏到马达外部。因此，考虑将磁通布置在内转子上，如图23所示。磁通路如图21和图23所示。等效磁路可以与外转子马达同样考虑。

(在最佳堆叠比时齿宽比的效果)

根据磁场分析，认为在堆叠比为1.6(正相的较小齿长度为3.7mm，负相的较小齿长度为2.3mm)时变动力矩为零。

图24中表示了齿宽和变动力矩的关系。在图24中，齿宽表示为相对正常齿节距1.83mm的百分数(与图15不同)，且在齿宽为正常齿节距的35％至45％的范围内时变动力矩最小。

图25表示了本发明另一实施例的两相无刷马达的电路图。在图25中，参考标号12和13表示马达的A和B相绕组，20表示动力源，23和24表示用于检测磁极位置的Hall元件，21表示用于根据Hall元件23和24的输出来控制供给绕组12的电流的控制电路，22表示用于Hall元件23和24的电流调节电路，25至28以及29至32表示功率晶体管，分别形成H桥。功率晶体管25和28同时导电，从而使电流沿向右方向流入绕组12，且功率晶体管26和27同时导电，从而使电流沿向左方向流入绕组12。

另外的功率晶体管29至32以及绕组13也同样驱动。

在上述两相无刷马达中，当双线绕组用于各绕组时，功率晶体管的数目减少至四个。优选是减少磁极对的数目，也就是，与普通混合类型马达相比，减少较小齿的数目，以便容易精确安装用于检测转子位置的Hall元件。

因为控制电路为两相，因此上述无刷马达的结构简单，成本低、尺寸小，且力矩高，并能广泛使用。

根据本发明的步进马达，可以获得以下效果。

(1)通过使用合成粉末软磁材料，尽管使用较少匝数的柱形绕组，也可以提高主磁通路的磁导性，并增大反电动势、力矩和输出。

(2)通过选择两相较小齿的堆叠比，可以在不减小反电动势的情况下减小变动力矩。

(3)因为定子和转子可以由压制粉末软磁材料制成，因此可以增加设计的自由度，并由于冲压而减小磁性材料的损失和降低制造成本。

(4)可以减小马达在高速旋转时的铁耗，从而可以提高马达效率。

(5)本发明不仅可以用于步进马达，而且还可以用于无刷马达、同步马达或发电机。

(6)可以明显减少马达的变动力矩和振动，因为转子和定子较小齿的数目彼此相同，且一个马达的较小齿和定子以游标节距而轴对称布置。

(7)例如在日本专利申请公开No.12856/81中所述的普通马达的成本较低，因为绕组能够很容易形成，不过，反电动势、输出力矩较小，且变动力矩较大，因此可用性小。不过，根据本发明，通过使用粉末软磁材料可以消除上述缺陷。

(8)本发明的多极旋转机器可以广泛用于不需要振动的办公室自动化(OA)装置，或者用于高速工作的全自动(FA)设备。本发明还可以同样用于内转子类型马达、无刷马达、同步马达或发电机。

尽管已经参考本发明的优选实施例来特别表示和介绍了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对形式和细节进行各种变化。

Claims (9)

1.一种多极旋转机器，包括：定子(6)；以及柱形外转子(10)，该柱形外转子与定子(6)同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)和保持在该定子元件(4、5)之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿定子(6)的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的外周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的外周表面上，且用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

2.一种多极旋转机器，包括：定子(6)；以及柱形外转子(10)，该柱形外转子与定子(6)同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)和保持在该定子元件(4、5)之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿定子(6)的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的外周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的外周表面上，且用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的内周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距而轴对称布置。

3.一种多极旋转机器，包括：内转子(10)；以及柱形定子(6)，该柱形定子与转子(10)同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)和保持在该定子元件(4、5)之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿定子(6)的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的内周表面上，且用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

4.一种多极旋转机器，包括：内转子(10)；以及柱形定子(6)，该柱形定子与转子(10)同心布置，且在它们之间有气隙；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)和保持在该定子元件(4、5)之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿定子(6)的轴向方向形成N和S极；多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的内周表面上，且用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距而轴对称布置。

5.一种多极旋转机器，包括：内转子(10)；以及柱形定子(6)，该柱形定子与转子(10)同心布置，且在它们之间有气隙；所述转子(10)有两个分开的转子元件和保持在转子元件之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿转子(10)的轴向方向形成N和S极；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)，且多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的内周表面上，用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；所述较小定子齿A、 A、 B和B分别沿周向相对所述较小转子齿偏移1/4倍较小定子齿节距，其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成。

6.一种多极旋转机器，包括：内转子(10)；以及柱形定子(6)，该柱形定子与转子(10)同心布置，且在它们之间有气隙；所述转子(10)有两个分开的转子元件和保持在转子元件之间的环形永磁体(3)，该永磁体励磁为沿转子(10)的轴向方向形成N和S极；所述定子(6)有两个分开的定子元件(4、5)，且多个较小定子齿A和 A沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于一个分开定子元件(4、5)的内周表面上，多个较小定子齿B和 B沿定子(6)的轴向方向彼此分离，并形成于另一分开定子元件(4、5)的内周表面上，用于A相和B相的定子绕组(12、13)分别环绕定子元件(4、5)缠绕；所述转子(10)有多个较小转子齿，这些较小转子齿形成于转子的外周表面上，且数目与较小定子齿相同；其中，各所述定子(6)和所述转子(10)由包括软磁材料的压制粉末以及树脂和/或无机材料而形成，且所述较小转子齿以游标节距而轴对称布置。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的多极旋转机器，其中：较小定子齿 A沿定子(6)轴向方向的厚度与较小定子齿A沿定子(6)轴向方向的厚度的比例设置为值小于1，以便使两个较小定子齿A和 A的平均磁导性基本彼此相等，且较小定子齿 B沿定子(6)轴向方向的厚度与较小定子齿B沿定子(6)轴向方向的厚度的比例设置为值小于1，以便使两个较小定子齿B和 B的平均磁导性基本彼此相等。

8.根据权利要求7所述的多极旋转机器，其中：较小定子齿 A或B沿定子(6)轴向方向的厚度与较小定子齿A或B沿轴向方向的厚度的比例设置为0.5至0.8。

9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的多极旋转机器，其中：相对标准较小齿节距，定子齿宽度与转子齿宽度的比例设置成35％至45％。

10.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的多极旋转机器，其中：所述转子(10)和定子(6)形成两相无刷马达。

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