DE102009047239B4

DE102009047239B4 - Permanentmagneterregte elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102009047239B4
Application number: DE102009047239.8A
Authority: DE
Inventors: Masafumi Sakamoto; Yoji Unoki; Toru Kobayashi
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2029-11-28
Also published as: CN101752980B; US8138641B2; CN101752980A; US20100133929A1; DE102009047239A1

Abstract

Permanentmagneterregte elektrische Maschine, die folgende Merkmale aufweist: einen Stator (2) mit einem Statorkern (21), der einen ringförmigen Statorrückschluss (21a) mit einer winkelförmigen oder abgerundeten äußeren Gestalt und 4m Hauptpole (21b) umfasst, die von dem Statorrückschluss (21a) radial vorstehen, wobei m eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei jeder der Hauptpole (21b) an einer Spitze desselben Ns Induktorzähne (21c) aufweist, wobei Ns eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist; und einen Rotor (3), der dem Stator (2) über einen Luftspalt gegenüberliegt, um frei drehbar zu sein, und der zwei Rotoreinheiten (3a, 3b) umfasst, die in einer axialen Richtung zueinander benachbart sind, wobei jede der Rotoreinheiten (3a, 3b) ein Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) und einen Permanentmagneten (36, 37) umfasst, der zwischen den Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet (36, 37) einer der Rotoreinheiten (3a, 3b) und der Permanentmagnet (36, 37) der anderen Rotoreinheit (3a, 3b) in entgegengesetzten Richtungen entlang der axialen Richtung magnetisiert sind und benachbarte Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) der Rotoreinheiten (3a, 3b) dieselbe Polarität aufweisen; wobei jeder der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) Nr Magnetzähne in regelmäßigem Abstand an einem äußeren Umfang desselben aufweist, wobei Nr eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei das Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) jeder der Rotoreinheiten (3a, 3b) so angeordnet ist, dass die Magnetzähne eines der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) von denen des anderen Rotormagnetpols (32, 33, 34, 35) um die Hälfte des Abstands in einer Umfangsrichtung versetzt sind und die Magnetzähne benachbarter Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) in der axialen Richtung zueinander ausgerichtet sind; sich ein Zahnabstand der Induktorzähne (21c) jedes der Hauptpole (21b) des Stators (2) von dem Abstand der Magnetzähne des Rotors (3) unterscheidet, um eine vierte harmonische Komponente einer Permeanz zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) im Wesentlichen zu Null zu machen; ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine wie z. B. einen Schrittmotor, die bzw. der einen Stator, der 4m (wobei m eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist) Hauptpole als Wickelkerne aufweist, und zwei Permanentmagnet-Hybridrotoren, die konzentrisch mit dem Stator und nahe bei dem Stator angeordnet sind, umfasst.
Elektrische Drehmaschinen wie z. B. Schrittmotoren, die bei Bürogeräten verwendet werden, müssen ein hohes Drehmoment bei einer kompakten Größe und geringer Vibration bzw. Schwingung liefern.
Bei einem Hybrid-Schrittmotor (hiernach einfach als HB-Typ” bezeichnet) kann ein hohes Drehmoment erzielt werden, indem die axiale Dicke eines Stators, der aus einer Vielzahl von axial laminierten Platten zusammengesetzt ist, erhöht wird. Jedoch wird der Motordurchmesser im Voraus bestimmt, und die Größe der Oberfläche eines Permanentmagnets des Motors, aus dem Magnetflüsse austreten, wird ebenfalls bestimmt. Somit werden die Magnetflüsse nicht einfach dadurch erhöht, dass die Dicke des Magnets erhöht wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine Vielzahl von Magneten zu verwenden, was dazu führt, dass die Struktur eine Mehrzahl von HB-Rotoren umfasst, die in der axialen Richtung angeordnet sind.
Im Einzelnen sind zwei oder mehr Rotoreinheiten in der axialen Richtung angeordnet. Jede Rotoreinheit umfasst ein Paar von magnetischen Rotorplatten, zwischen denen ein Permanentmagnet angeordnet ist. Jede magnetische Rotorplatte weist eine Mehrzahl von Magnetzähnen auf, die in regelmäßigem Abstand an ihrem äußeren Umfang angeordnet sind. Die Rotorplatten jeder Rotoreinheit sind so angeordnet, dass die Magnetzähne einer Rotorplatte um einen halben Abstand von denjenigen der anderen Rotorplatte versetzt sind. Zwischen den Rotoreinheiten ist ein Abstandshalter wie z. B. eine nicht-magnetische Scheibe angeordnet. Jedoch kann eine derartige aus mehreren Rotoren bestehende Struktur aufgrund der Probleme bezüglich des Rotors und des Stators kein ausreichend hohes Drehmoment bei einer geringen Schwingung liefern.
Zuerst werden die auf den Rotor bezogenen Probleme beschrieben. Bei der aus mehreren Rotoren bestehenden Struktur ist die nicht-magnetische Scheibe, die eine vorbestimmte Dicke aufweist, zum Zweck einer magnetischen Isolierung zwischen den Rotoreinheiten angeordnet, und die Permanentmagnete der jeweiligen Rotoreinheiten sind in derselben Richtung in der axialen Richtung magnetisiert. An der nicht-magnetischen Scheibe wird kein Drehmoment erzeugt. Überdies sind die Richtungen von verbindenden Magnetflüssen von dem Rotor um die nicht-magnetische Scheibe herum zueinander entgegengesetzt, d. h. die Grenze zwischen zwei benachbarten Magnetschaltungen, wodurch an der Grenze zwischen zwei Magnetpfaden eine magnetische Störung bewirkt wird. Dies verhindert, dass das Drehmoment erhöht wird. Falls außerdem die Dicke der nicht-magnetischen Scheibe unzureichend ist, tritt ein Leck des Magnetflusses auf, wodurch das bereitgestellte Drehmoment niedriger ausfallt als erwartet. Ferner treibt die Verwendung der nicht-magnetischen Scheibe wie z. B. einer Aluminiumscheibe die Kosten der elektrischen Drehmaschine in die Höhe.
Die auf den Rotor bezogenen Probleme lauten wie folgt. Wenn die axiale Dicke des Stators erhöht wird, um der aus mehreren. Rotoren bestehenden Struktur des Rotors zu entsprechen, wird auch das durch die Magnetflüsse der Permanentmagnete verursachte Rastmoment erhöht. Dieses Rastmoment kann während des Motorbetriebs ein Schwingungsdrehmoment verursachen oder die Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigen.
Beispiele für elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine sind in der US 5 708 310 A oder der US 4 339 679 A beschrieben. Die US 5 649 349 A beschreibt einen Ansatz zur Herstellung eines laminierten Rotorkerns, bei dem einzelne Plättchen relativ gedreht angeordnet sind, um Dickenvariationen der Plättchen über den Rotorkern zu verteilen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine, die die zuvor erwähnten Probleme lösen kann, sowie Verfahren zur Herstellung derselben mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Permanentmagnet-Drehmaschine gemäß Anspruch 9 gelöst.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine einen Stator und einen Rotor, der über einen Luftspalt dem Stator gegenüber angeordnet ist und der frei drehbar ist. Der Stator umfasst vorzugsweise einen ungefähr ringförmigen Kernrückseitenabschnitt und 4m Hauptpole, die von dem Kernrückseitenabschnitt radial vorstehen, wobei m eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist. Jeder Hauptpol weist an der Spitze desselben Ns Induktorzähne auf, wobei Ns eine Ganzzahl von mehr als 1 ist. Der Rotor umfasst zwei Rotoreinheiten, die in einer axialen Richtung, die zu einer Drehachse des Rotors parallel oder im Wesentlichen parallel ist, zueinander benachbart sind. Jede Rotoreinheit umfasst vorzugsweise ein Paar von Rotormagnetpolen und einen zwischen denselben angeordneten Permanentmagnet. Beide Permanentmagnete der zwei Rotoreinheiten sind in der axialen Richtung magnetisiert, jedoch sind die Magnetisierungsrichtungen derselben zueinander entgegengesetzt. Jeder Rotormagnetpol der Rotoreinheit weist Nr Magnetzähne auf, die in regelmäßigem Abstand an seinem äußeren Umfang angeordnet sind, wobei Ns eine Ganzzahl von mehr als 1 ist. Bei jeder Rotoreinheit ist das Paar von Rotormagnetpolen so angeordnet, dass die Magnetzähne eines Rotormagnetpols von denen des anderen Magnetpols um einen halben Abstand versetzt sind. Bei der elektrischen Drehmaschine, die die zuvor erwähnte Struktur aufweist, unterscheidet sich ein Zahnabstand des Induktors des Hauptpols des Stators von dem Abstand der Magnetzähne des Rotormagnetpols, wodurch die vierte harmonische Komponente einer Permeanz zwischen dem Stator oder dem Rotor im Wesentlichen null beträgt.
Außerdem weisen benachbarte Rotormagnetpole der zwei Rotoreinheiten bei der elektrischen Drehmaschine, die die oben erwähnte Struktur aufweist, dieselbe Polarität auf. Somit kann die elektrische Drehmaschine sowohl Effekte nutzen, die dadurch bereitgestellt werden, dass ein Magnetpfad in dem ganzen Rotor halbiert und somit die Länge des Magnetpfades verkürzt wird, als auch Effekte, die durch Magnetfelder geliefert werden, die sich an der Grenze zwischen zwei verkürzten Magnetpfaden nicht gegenseitig stören. Überdies können die Permeanzvektoren der Induktorzähne ausgeglichen werden, d. h. die Summe der Permeanzvektoren derselben kann im Wesentlichen auf null gebracht werden, indem der Abstand der Magnetzähne des Rotormagnetpols und der Abstand der Induktorzähne des Statorhauptpols unterschiedlich zueinander festgelegt werden. Dieser „Permeanzvektor-Ausgleichseffekt” wird bei jedem Magnetpfad erhalten. Da die elektrische Drehmaschine des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zwei Magnetpfade aufweist, die in der axialen Richtung zueinander benachbart sind, wird der „Permeanzvektor-Ausgleichseffekt” bei beiden Magnetpfaden überlagert.
Der Statorkern kann durch eine Mehrzahl von Magnetplatten definiert sein. Diese Magnetplatten können vorzugsweise beispielsweise mittels Stanzens erhalten werden. Es ist vorzuziehen, die Magnetplatten so zu laminieren, dass sie nacheinander in derselben Richtung um 90° gedreht werden. In diesem Fall können die Unterschiede zwischen Ns-Permeanzvektoren der vierten harmonischen Komponenten und den Permeanzen der Ns-Induktorzähne, die beispielsweise durch den Dickenunterschied und die magnetische Richtwirkung der Magnetplatte bewirkt werden, aufgrund einer Überlagerung von vier Arten von Permeanzvektoren, die durch eine um 90° gedrehte Laminierung der Platten erzeugt werden, in jedem Magnetpfad ausgeglichen werden.
Andere Merkmale, Elemente, Schritte, Vorteile und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. Es zeigen:
1A, 1B und 1C Querschnittsansichten einer elektrischen Permanentmagnet-Drehmaschine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht eines Stators und eines Rotors der elektrischen Drehmaschine der 1A bis 1C.
3 eine Positionsbeziehung zwischen Induktorzähnen eines Hauptpols des Stators und Magnetzähnen eines Rotormagnetpols des Rotors der elektrischen Drehmaschine der 1A bis 1C.
4A ein Beispiel einer Vektorverteilung zum Ausgleichen von Vektoren in der vierten Ebene für eine Regelmäßiger-Abstand-Anordnung der Induktorzähne gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4B ein Beispiel einer Vektorverteilung zum Ausgleichen von Vektoren in der sechsten Ebene für eine Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung der Induktorzähne gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Seitenansicht eines weiteren exemplarischen Statorkerns bei der elektrischen Drehmaschine der 1A bis 1C;
6 eine Seitenansicht eines wieder anderen exemplarischen Statorkerns der elektrischen Drehmaschine der 1A bis 1C;
7A, 7B, 7C und 7D ein Ausgleichen von Permeanzvektoren für Hauptpole A, C, E bzw. G bei dem Beispiel der 6;
8A und 8B einen weiteren Lösungsansatz zum Ausgleichen der Permeanzvektoren bei der elektrischen Drehmaschine der 1A bis 1C;
9 eine Positionsbeziehung zwischen einem Hauptpol eines Stators und einem Rotormagnetpol bei einer elektrischen Drehmaschine gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 ein Ausgleichen von Vektoren bei der elektrischen Drehmaschine der 9; und
11 Abweichungswinkel von Induktorzähnen des Stators von gegenüberliegenden Magnetzähnen des Rotors bei der elektrischen Drehmaschine der 9.
Unter Bezugnahme auf 1 mit 11 werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass bei der Erläuterung der vorliegenden Erfindung dann, wenn Positionsbeziehungen zwischen und Orientierungen der verschiedenen Komponenten als oben/unten oder links/rechts befindlich beschrieben werden, letztlich Positionsbeziehungen und Orientierungen angegeben sind, die in den Zeichnungen vorliegen; Positionsbeziehungen zwischen und Orientierungen der Komponenten, nachdem sie zu einem tatsächlichen Bauteil zusammengebaut wurden, sind nicht angegeben. Unterdessen gibt eine axiale Richtung bei der folgenden Beschreibung eine zu einer Drehrichtung parallele oder im Wesentlichen parallele Richtung an, und eine radiale Richtung gibt eine zu der Drehachse senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Richtung an.
1A, 1B und 1C zeigen eine elektrische Drehmaschine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Drehmaschine vorzugsweise ein Schrittmotor, der einen Zweiphasenstator, der 4m (m ist eine Ganzzahl, die gleich oder größer als 2 ist) Hauptpole aufweist, und einen Rotor, der zwei HB-Rotoreinheiten aufweist, wobei m = 2, umfasst. Das heißt, der Stator weist vorzugsweise z. B. acht Hauptpole auf. 1A und 1C sind Querschnittsansichten der elektrischen Drehmaschine, die entlang einer Ebene genommen sind, die senkrecht zu der Drehachse der Maschine verläuft und von der Seite des Nordpols bzw. der Seite des Südpols aus betrachtet wird. 1B ist eine Querschnittsansicht der elektrischen Drehmaschine dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels, die entlang einer zu der Drehachse parallelen Ebene genommen ist.
Die elektrische Drehmaschine dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels umfasst vorzugsweise eine Motorverkleidung 1, die durch ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 11 und Endplatten 12 und 13, die an beiden Enden des Gehäuses 11 angeordnet sind, definiert ist. Die elektrische Drehmaschine umfasst ferner einen ungefähr ringförmigen Stator 2 und einen Rotor 3, die in dem Gehäuse 11 angeordnet sind. Der Stator 2 ist an dem Inneren des Gehäuses 11 befestigt. Der Rotor 3 ist auf der Innenseite des Stators 2 in der radialen Richtung angeordnet. Eine Drehwelle 31 des Rotors 3 wird an beiden Enden durch Lager 12a und 13a getragen, die in den mittigen Regionen der Endplatten 12 und 13 angeordnet sind, um frei drehbar zu sein.
Der Stator 2 umfasst vorzugsweise: einen Statorkern 21, der einen etwa kreisringförmigen Magnetkörper 21a und 4m (m ist eine Ganzzahl, die gleich oder größer als 2 ist), Hauptpole 21b aufweist, die von dem Magnetkörper 21a radial zu dem Inneren des Magnetkörpers 21a vorstehen; und Spulenwicklungen 22, die um die jeweiligen Hauptpole 21b herum angeordnet sind. Jeder Hauptpol 21b, der als Spulenpol fungiert, weist an der Spitze desselben Ns (Ns ist eine Ganzzahl, die größer ist als 1) Induktorzähne 21c auf. Der Statorkern 21 ist vorzugsweise durch eine Mehrzahl von laminierten Siliziumstahlplatten definiert. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise m 2 und Ns 6. Das heißt, bei diesem Beispiel sind vorzugsweise acht Hauptpole vorgesehen, die jeweils sechs Induktorzähne aufweisen.
2 zeigt den Stator 2 und den Rotor 3 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels. Der Rotor 3 umfasst vorzugsweise vier Rotormagnetpole 32, 33, 34 und 35, die an der Drehwelle 31 befestigt und in der axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind. Jeder der Rotormagnetpole 32, 33, 34 und 35 ist durch eine Mehrzahl von laminierten Platten wie z. B. Siliziumstahlplatten definiert und weist Nr (Nr ist eine Ganzzahl, die größer ist als 1) Magnetzähne auf, die in regelmäßigem Abstand an seinem äußeren Umfang angeordnet sind. In einem Fall, in dem Nr 50 ist, weist der Schrittmotor dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels einen Drehwinkel von beispielsweise etwa 1,8° auf.
Die Rotormagnetpole 32 und 33 sind so angeordnet, dass ihre Zähne um einen halben Abstand voneinander versetzt sind. Der Permanentmagnet 36, der scheibenförmig und axial magnetisiert ist, ist zwischen den Rotormagnetpolen 32 und 33 angeordnet. Desgleichen sind die Rotormagnetpole 34 und 35 so angeordnet, dass ihre Zähne um einen halben Abstand voneinander versetzt sind. Der Permanentmagnet 37, der scheibenförmig und axial magnetisiert ist, ist zwischen den Rotormagnetpolen 34 und 35 angeordnet. Die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 36 und 37 sind zueinander entgegengesetzt. Die Rotormagnetpole 32 und 33 werden durch den Permanentmagnet 36 magnetisiert, und die Rotormagnetpole 34 und 35 werden durch den Permanentmagnet 37 magnetisiert. Die benachbarten Rotormagnetpole 33 und 34 der vier Rotormagnetpole weisen dieselbe Polarität auf.
Bei dem in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Rotormagnetpole 32 und 35 eine Süd-Polarität auf, während die Rotormagnetpole 33 und 34 eine Nord-Polarität aufweisen. Es ist zu beachten, dass die Zähne des Rotormagnetpols 33 und die neben denselben liegenden Zähne des Rotormagnetpols 34 im Prinzip in der axialen Richtung zueinander ausgerichtet sind. Die Rotormagnetpole 32 und 33 und der Permanentmagnet 36 definieren eine Rotoreinheit 3a, und die Rotormagnetpole 34 und 35 und der Permanentmagnet 37 definieren eine Rotoreinheit 3b. Obwohl die Rotoreinheiten 3a und 3b bei dem Beispiel der 2 ohne Abstand zwischen denselben miteinander in Kontakt stehen, können die Rotoreinheiten 3a und 3b etwas voneinander beabstandet sein.
Die Magnetzähne der jeweiligen Rotormagnetpole 32, 33, 34 und 35 der Rotoreinheiten 3a und 3b liegen den Induktorzähnen 21c der Hauptpole 21b des Stators 2 gegenüber, wobei zwischen denselben in der radialen Richtung ein Luftspalt definiert ist, wie in 1A und 1C gezeigt ist. Ein Magnetpfad Φ1 eines Magnetflusses, der durch die Rotoreinheit 3a erzeugt wird, und ein Magnetpfad Φ2 eines Magnetflusses, der durch die Rotoreinheit 3b erzeugt wird, sind in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt ist, verlaufen die Magnetpfade Φ1 und Φ2 in derselben Richtung in dem mittleren Abschnitt des Stators 2 in der axialen Richtung. Deshalb erfolgt keine Schwächung der Magnetflüsse durch eine Störung. Dies wird in der vorliegenden Spezifikation als „Effekt, der durch Magnetfelder bewirkt wird, die sich an der Grenze zwischen den obigen zwei Magnetpfaden nicht gegenseitig stören” bezeichnet.
Der Rotor 3, der die oben erwähnte Struktur aufweist, kann die Magnetpfadlänge in der axialen Richtung im Vergleich zu einem Fall, bei dem ein Rotor, der dieselben Abmessungen aufweist, durch Verwenden einer einzigen Rotoreinheit konfiguriert ist, auf die Hälfte reduzieren. Das heißt, dass ein vorteilhafter Effekt erzielt wird, indem der Magnetpfad verkürzt wird. Beispielsweise wird der Magnetwiderstand um die Hälfte verringert. Somit kann eine verlustarme elektrische Drehmaschine mit geringen Leistungsfähigkeitsschwankungen erhalten werden.
Die Rotormagnetpole 33 und 34, die dieselbe Polarität aufweisen, können vorzugsweise nebeneinander angeordnet werden, so dass kein Zwischenraum oder nur ein kleiner Zwischenraum zwischen denselben vorliegt. Zwischen den Rotormagnetpolen, zwischen denen der Permanentmagnet angeordnet ist, d. h. zwischen den Rotormagnetpolen 32 und 33 und zwischen den Rotormagnetpolen 34 und 35, tritt in der Nähe des äußeren Umfangs des Permanentmagnets ein Magnetflussleck auf. Dagegen tritt zwischen den Rotormagnetpolen 33 und 34, die dieselbe Polarität aufweisen, fast kein Magnetflussleck auf, und fast alle Magnetflüsse von den Rotormagnetpolen 33 und 34 fließen auf den Stator 2 zu. Deshalb ist ein Verlust an Magnetflüssen extrem niedrig, und es kann ein hohes Drehmoment erzielt werden.
Es wird angenommen, dass beispielsweise acht Hauptpole N1 bis N8 des Stators 2, die den eine Nord-Polarität aufweisenden Rotormagnetpolen 33 und 34 des Rotors 3 gegenüberliegen, in 1A in dieser Reihenfolge in der im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung angeordnet sind, und dass acht Hauptpole S1 bis S8, die den eine Süd-Polarität aufweisenden Rotormagnetpolen 32 und 35 gegenüberliegen, in 1C in dieser Reihenfolge in der im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung angeordnet sind. Die Spule 22 ist um die Hauptpole N1 und S1, N3 und S3, N5 und S5 und N7 und S7 herumgewickelt, um die erste Phase zu definieren, und eine andere Spule ist um die übrigen Hauptpole gewickelt, um die zweite Phase zu definieren. Ein durchgezogener Pfeil in dem N-Pol-seitigen Stator 2 in 1A zeigt den Strom von Magnetflüssen von dem eine Nord-Polarität aufweisenden Rotor, und ein durchgezogener Pfeil in dem S-Pol-seitigen Stator 2 in 1C zeigt den Strom von Magnetflüssen von dem eine Nord-Polarität aufweisenden Rotor zu dem eine Süd-Polarität aufweisenden Rotor.
3 veranschaulicht die Beziehung zwischen sechs Induktorzähnen 21c eines gegebenen Hauptpols 21b des Stators 2 und Magnetzähnen eines gegebenen Rotormagnetpols des Rotors 3 bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und zeigt, wie jeder Induktorzahn von dem gegenüberliegenden magnetischen Zahn abweicht, denn die Mittellinie des Hauptpols 21b und die Mitte einer Rille zwischen zwei benachbarten Magnetzähnen zueinander ausgerichtet sind. Die Induktorzähne und die gegenüberliegenden Magnetzähne weichen in 3 in dieser Reihenfolge von rechts nach links um Abweichungswinkel θ1 bis θ6 voneinander ab. Es ist zu beachten, dass ein Winkel zwischen der Mitte eines Induktorzahnes und der Mitte eines entsprechenden gegenüberliegenden Magnetzahns bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Abweichungswinkel definiert ist. Angenommen, dass der Zahnabstand der Induktorzähne des Stators 2 konstant und um θs kleiner ist als der der Magnetzähne des Rotormagnetpols, wobei θs durch 360°/(n·Ns·Nr) definiert ist. Dies bedeutet eine Minimierung der n·ten harmonischen Permeanzkomponente des Hauptpols durch ein Ausgleichen von Ns Permeanzvektoren der Ns-Induktorzähne dieses Hauptpols. In einem Fall, in dem die Anzahl der Magnetzähne des Rotors Nr beträgt, beträgt der Zahnabstand der Magnetzähne des Rotors 360°/Nr im mechanischen Winkel. In diesem Fall werden Vektoren der vierten harmonischen Komponenten der Ns-Induktorzähne in der vierten harmonischen Ebene erhalten, indem die Ns Vektoren in der Ebene von 90°/Nr gleichmäßig verteilt werden. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt dann, wenn Nr 50 ist, Ns 6, n beträgt 4, θs beträgt z. B. etwa 0,3°. Da der Zahnabstand der Magnetzähne des Rotormagnetpols etwa 7,2° im mechanischen Winkel beträgt, beträgt der Zahnabstand der Induktorzähne 21c des Statorhauptpols z. B. etwa 6,9° im mechanischen Winkel.
Angenommen, dass der Zahnabstand der Magnetzähne des Rotors 7,2° im mechanischen Winkel 360° im elektrischen Winkel entspricht, sind die Abweichungswinkel θ1 bis θ6 wie folgt im elektrischen Winkel definiert. θ3 = θ4 = (0,3°/2)(360°/7,2°) = 7,5° θ2 = θ5 (0,3° + 0.3°/2)(360°/7,2°) = 22,5° θ1 = θ6 = (0,3° + 0,3° + 0,3°/2)(360°/7,2°) = 37,5°
Unter Bezugnahme auf 3 wird die vierte harmonische Komponente P4 der Permeanz des Hauptpols 21C, die das Rastmoment erzeugt, durch den Ausdruck 1 erhalten. P4 = cos(4·θ3) + cos(4·θ2) + cos(4·θ1) + cos(4·θ5) + cos(4·θ6) = 2(cos30° + cos90° + cos150°) = 0 (Ausdruck 1)
Aus dem Ausdruck 1 wird die vierte harmonische Komponente P4 als null berechnet.
4A ist die polare Anzeige der vierten harmonischen Komponenten von Permeanzen der sechs Induktorzähne in der vierten harmonischen Ebene. Die Summe der vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 der jeweiligen Induktorzähne beträgt null. Bei diesem Beispiel sind die Vektoren ausgeglichen, wenn die Magnetzähne des Rotormagnetpols bezüglich der Mittellinie des Hauptpols 21b symmetrisch angeordnet sind, wie in 3 gezeigt ist. Wenn der Rotor dagegen von der in 3 gezeigten Position relativ zu dem Stator um λ° gedreht wird, sind die Vektoren in der vierten Ebene dieselben wie diejenigen, die erhalten werden, indem die in 4A gezeigten sechs Vektoren um λ/4° gedreht werden. Somit ist auch in diesem Fall die Summe der Vektoren null. Folglich sind die Vektoren der vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der sechs Induktorzähne für jeden der acht Hauptpole ausgeglichen. Wenn die Hauptpole entworfen werden, ist es also lediglich notwendig, einen Hauptpol zu betrachten, solange alle acht Hauptpole völlig symmetrische Gestalten aufweisen. Bei dieser Anordnung heben sich die Rastmomentkomponenten gegenseitig auf, und theoretisch kann die Schwingung so unterdrückt werden, dass sie gering ist.
Die Grundkomponente der Permeanz des Hauptpols 21b, die verbindende Magnetflüsse erzeugt und als Motordrehmoment fungiert, ist durch den Ausdruck 2 definiert. P1 = cosθ3 + cosθ2 + cosθ1 + cosθ4 + cosθ5 + cosθ6 = 2(cos7,5° + cos22,5° + cos37,5°)/6 = 0,902 (Ausdruck 2)
Der Ausdruck 2 zeigt, dass etwa 90% der Permeanz als Drehmomentkomponente verbleibt.
Die obige Beschreibung beruht auf der Annahme, dass die Permeanzen der sechs Induktorzähne des Statorhauptpols 21b ziemlich identisch sind. Jedoch unterscheiden sich die Entfernung von der Mittellinie des Statorhauptpols 21b eines Paares von innersten Induktorzähnen, die in der Mittelregion des Hauptpols 21b angeordnet sind, die eines Paares von dazwischen liegenden Induktorzähnen, die neben den innersten Induktorzähnen auf der Außenseite der innersten Induktorzähne liegen, und die eines Paares von äußersten Induktorzähnen, die neben den dazwischen liegenden Induktorzähnen auf der Außenseite der dazwischen liegenden Induktorzähne liegen, voneinander. Außerdem unterscheidet sich das Magnetflussleck für die äußersten Induktorzähne von dem der dazwischen liegenden und der innersten Induktorzähne, da außerhalb der äußersten Induktorzähne Raum ist. Aus diesen Gründen ist die Summe der vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der Induktorzähne in der Tat nicht vollständig null. Deshalb ist es notwendig, zusätzlich einen anderen Lösungsansatz anzuwenden, um die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der Induktorzähne aufzuheben.
Als Nächstes wird beschrieben, dass die vierte Permeanzkomponente zwischen jedem Hauptpol und dem denselben gegenüberliegenden Rotor bei einer elektrischen Zweiphasen-Drehmaschine eine Rastmomentkomponente erzeugt. Die Permeanz wird in einer Cosinus-Darstellung dargestellt, wie oben beschrieben. Da das Rastmoment Tc eine Winkeländerungsrate der Permeanz ist, kann es als Ausdruck 3 dargestellt werden, wenn die Permeanz bezüglich des Winkels unterschieden wird, und sie wird anhand einer Fourier-Serie in einer Sinus-Darstellung dargestellt. Tc = K₁·sinθ + K₂·sin2θ + K₃·sin3θ + K₄·sin4θ + K₅·sin5θ + K₆·sin6θ + K₇·sin7θ + ... (Ausdruck 3)
Bei dem Ausdruck 3 ist θ ein Abweichungswinkel zwischen einem Induktorzahn des Statorhauptpols 21b und dem gegenüberliegenden Magnetzahn des Rotormagnetpols, und k₁, k₂, k₃, ... sind Koeffizienten jeweiliger harmonischer Komponenten.
Bei einer elektrischen Zweiphasen-Drehmaschine sind die Hauptpole 21b des Stators 2 in einem Winkelabstand von π/2 angeordnet. Wenn also angenommen wird, dass eine Position der Mittellinie eines Hauptpols des Stators 2, die mit der Mittellinie der Rille zwischen benachbarten Magnetzähnen des Rotors 3 zusammenfällt, eine Referenzposition ist, wird das Rastmoment Tc an dem p·ten Hauptpol von der Referenzposition aus gesehen dargestellt, indem θ durch (θ – p·π/2) ersetzt wird. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Gesamtrastmoment für alle Hauptpole als Summe der Rastmomente von acht Hauptpolen, wenn p 0 bis 7 ist, erhalten, und die Summen der jeweiligen harmonischen Komponenten für die acht Hauptpole sind allesamt null, mit Ausnahme der vierten harmonischen Komponenten im Ausdruck 3. Genauer gesagt, wenn der erste bis siebte Term im Ausdruck 3 in Form von Vektoren in der ersten bis siebten harmonischen Ebene angezeigt werden, werden die Vektoren von ungeradzahligen harmonischen Komponenten als vier Arten von Vektoren angezeigt, von denen jeder zwei Vektoren umfasst, und sie sind an vier Stellen ausgeglichen, die um π/2 im elektrischen Winkel voneinander entfernt sind. Desgleichen werden die Vektoren von geradzahligen harmonischen Komponenten mit Ausnahme der vierten harmonischen Komponenten als zwei Arten von Vektoren angezeigt, von denen jeder vier Vektoren umfasst, und sie sind an zwei Stellen ausgeglichen, die um π im elektrischen Winkel voneinander entfernt sind. Was die vierten harmonischen Komponenten angeht, werden jedoch an einer Stelle acht Vektoren angezeigt, und sie sind nicht ausgeglichen. Die Summe der vierten harmonischen Komponenten des Drehmoments für die jeweiligen Hauptpole ist wie folgt gegeben. Tc/K₄ = sin(4·θ) + sin{4·(θ – π/2)} + sin{4·(θ – π)} + sin{4·(θ – 3π/2)} + sin{4·(θ – π)} + sin{4·(θ – π/2 – π)} + sin{4·(θ – 2π)} + sin{4·(θ – π/2)} = 8 sin(4·θ) (Ausdruck 4)
Aus diesem Grund wird die Rastmomentkomponente der elektrischen Zweiphasen-Drehmaschine durch die vierte harmonische Komponente derselben gebildet Aus diesem Grund sollte der Ausdruck 1 null betragen. Wenn die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen nicht existieren, liegt das Rastmoment näher bei null. Je geringer das Rastmoment, desto geringer die Schwingung, die erzeugt wird, während die Drehmaschine arbeitet.
Bei einer Dreiphasen-Drehmaschine sind Hauptpole um 2π/3 voneinander beabstandet und deshalb bilden aus demselben Grund die sechsten harmonischen Komponenten der Permeanzen die Rastmomentkomponenten der Drehmaschine. Eine elektrische Drehmaschine, die einen Stator umfasst, der 4m Hauptpole aufweist, kann sowohl als Zweiphasenmaschine als auch als Dreiphasenmaschine verwendet werden, wenn die Anzahl 4m der Hauptpole zwölf beträgt, d. h. m = 3. In diesem Fall ist θs durch 360°/(6Ns·Nr) definiert, wenn die Permeanzen der Induktorzähne jedes Hauptpols auf der Basis der sechsten harmonischen Komponenten ausgeglichen sind. Somit wird der folgende Ausdruck erhalten. θs = 60°/(Ns·Nr) (Ausdruck 5)
In einem Fall, in dem die Ns Induktorzähne in mehreren Abständen an der Spitze jedes Hauptpols angeordnet sind, kann die Rastmomentverringerung erzielt werden, indem der Mittelwert der Zahnabstände der Induktorzähne um θs anders gestaltet wird als der Zahnabstand des Rotormagnetpols. Auch in diesem Fall sind die ungeradzahligen harmonischen Komponenten des Rastmoments an vier Positionen in den jeweiligen harmonischen Ebenen ausgeglichen, wohingegen die geradzahligen harmonischen Komponenten an zwei Positionen ausgeglichen sind. Somit ist ein Ausgleichen der geradzahligen harmonischen Komponenten nicht so leicht wie ein Ausgleichen der ungeradzahligen harmonischen Komponenten, und ein Ausgleich zwischen denselben kann aufgrund einer unzureichenden Komponentengenauigkeit von Drehmaschinen ohne weiteres verloren gehen. Die geradzahligen harmonischen Komponenten erzeugen allgemein die Rastmomentkomponente.
Aus diesem Grund ist es bei der Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung der Induktorzähne in manchen Fällen stärker bevorzugt, die sechsten harmonischen Komponenten der Permeanzen der Induktorzähne, die die nächsthöheren harmonischen Komponenten in Bezug auf die vierten harmonischen Komponenten sind, auszugleichen, statt die vierten harmonischen Komponenten auszugleichen. In diesen Fällen werden auch die Grundkomponenten, die als Motordrehmoment fungieren, erhöht. Angenommen, dass Nr und Ns in diesen Fällen 50 bzw. 6 betragen, ist θs in dem Ausdruck 5 mit z. B. etwa 0,2° angegeben. Wenn der Mittelwert der Zahnabstände der Induktorzähne um θs anders als der Zahnabstand der Magnetzähne des Rotormagnetpols, d. h. bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 7,2°, festgelegt wird, so wird der Mittelwert der Zahnabstände der Induktorzähne auf z. B. etwa 7° festgelegt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine exemplarische elektrische Drehmaschine beschrieben, die die zuvor erwähnte Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels aufweist. Wenn die Mitte von sechs Induktorzähnen eines Statorhauptpols mit der Mittellinie einer Rille zwischen Magnetzähnen des Rotormagnetpols zusammenfällt, werden die Abweichungswinkel der sechs Induktorzähne bezüglich der entsprechenden gegenüberliegenden Magnetzähne wie folgt erhalten:

θ1 = θ6 = 25° (0,5°)

θ2 = 17,5° (0,35°)

θ3 = θ4 = 5° (0,1°)

θ5 = 12,5° (0,25°)
Es ist zu beachten, dass die obigen Werte von Winkeln ohne Klammer im elektrischen Winkel dargestellt sind und die Winkelwerte in Klammern im mechanischen Winkel dargestellt sind. 4B zeigt eine polare Anzeige von sechs Vektoren der Permeanzen der Induktorzähne bei diesem Beispiel in der sechsten harmonischen Ebene. Wie aus 4B hervorgeht, sind die sechs Vektoren ausgeglichen. Die Summe der sechs Vektoren wird durch den folgenden Ausdruck dargestellt. P6 = cos(6·θ3) + cos(6·θ2) + cos(6·θ1) + cos(6·θ4) + cos(6·θ5) + cos(6·θ6) = cos(6 × 5°) + cos(6 × 17,5°) + cos(6 × 25°) + cos(6 × 35°) + cos(6 × 42,5°) + cos(6 × 55°) = 0 (Ausdruck 6)
Bei diesem Beispiel betragen die Zahnabstände der Induktorzähne ungefähr 7,05°, 6,95°, 7,0°, 7,05° und 6,95° in 3 von rechts nach links in dieser Reihenfolge, und der Mittelwert derselben beträgt 7,0°. Auch in diesem Fall weist eine Laminierung von gedrehten Platten zum Bilden des Stators trotz der Unregelmäßiger-Abstand-Induktorzahnanordnung kein Problem auf. Es ist zu beachten, dass es bei der Unregelmäßiger-Abstand-Induktorzahnanordnung eine Mehrzahl von Zahnabständen gibt, und deshalb ist das oben beschriebene Ausgleichen der sechsten harmonischen Komponenten lediglich ein mögliches Beispiel. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein Ausgleichen der sechsten harmonischen Vektoren in der sechsten Ebene beschränkt.
Allgemein kann eine vierpolige oder sechspolige elektrische Drehmaschine während einer Drehung bei geringer Geschwindigkeit ein hohes Drehmoment liefern. Jedoch wird das Drehmoment während einer Drehung bei hoher Geschwindigkeit aufgrund einer Zunahme der Induktanz der Spulenwicklungen verringert. Die Anzahl der Hauptpole ist allgemein umgekehrt proportional zu der Verdrahtungsinduktanz. Was eine elektrische Zweiphasen-Drehmaschine betrifft, ist in Bezug darauf, während einer Drehung bei hoher Geschwindigkeit ein hohes Drehmoment zu liefern, somit ein zwölfpoliger Stator vorteilhafter als ein vierpoliger Stator und ein achtpoliger Stator. Desgleichen ist, was eine elektrische Dreiphasen-Drehmaschine angeht, ein zwölfpoliger Stator vorteilhafter als ein sechspoliger Stator. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann einen Motor liefern, der für eine Drehung bei hoher Geschwindigkeit geeignet ist.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Zahnabstand der Induktorzähne bei der Regelmäßiger-Abstand-Anordnung oder der Mittelwert der Zahnabstände der Induktorzähne bei der Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel um θs anders als der Zahnabstand des Rotormagnetpols gestaltet. Somit können die Vektoren der harmonischen Komponenten der Permeanzen, die die Rastmomentkomponenten darstellen, in jedem Magnetpfad in jeder Rotoreinheit ausgeglichen werden und sich gegenseitig aufheben. Deshalb kann die elektrische Drehmaschine des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung während einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit ein hohes Drehmoment mit einer geringen Schwingung liefern. Dieser Effekt wird bei der vorliegenden Spezifikation als Erster-Permeanzvektor-Ausgleich-Effekt bezeichnet.
In einem Fall, in dem der Zahnabstand oder der durchschnittliche Zahnabstand der Induktorzähne des Statorhauptpols um einen vorbestimmten Winkel θs anders festgelegt ist als der der Magnetzähne des Rotors, ist es vorzuziehen, dass der Zahnabstand oder der durchschnittliche Zahnabstand der Induktorzähne um den Winkel θs kleiner ist als der der Magnetzähne, da der Raum zwischen den benachbarten Hauptpolen verbreitert werden kann. Dies ermöglicht ein leichteres Wickeln von Spulen. Überdies beträgt die Anzahl der Induktorzähne aller Hauptpole bei einer achtpoligen elektrischen Drehmaschine, bei der Nr 50 und Ns 6 ist, 48 und liegt nahe bei der Anzahl Nr der Magnetzähne des Rotors. Deshalb ist es notwendig, den Zahnabstand der Induktorzähne bei der Regelmäßiger-Abstand-Anordnung oder den durchschnittlichen Zahnabstand bei der Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung um θs kleiner zu gestalten als den Zahnabstand der Magnetzähne.
Zusätzlich zu dem zuvor erwähnten ersten Permeanzvektor-Ausgleich wird zum Ausgleichen der Permeanzvektoren bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein anderer Lösungsansatz verwendet. Als Nächstes wird der zweite Lösungsansatz unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt einen weiteren exemplarischen Statorkern 21A, der an den acht Hauptpole aufweisenden Zweiphasenstator 2 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels angelegt wird. Der Statorkern 21 wird definiert, indem beispielsweise Siliziumstahlplatten laminiert werden. Die Siliziumstahlplatten werden vorzugsweise gebildet, indem während eines Pressbearbeitens ein Ring (engl. hoop) aus einer Siliziumstahlplatte gestanzt wird, es kann jedoch auch ein anderer geeigneter Herstellungsschritt oder ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren verwendet werden. Die Siliziumstahlplatten werden nacheinander um 90° in derselben Richtung von benachbarten Siliziumstahlplatten, z. B. in der gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung, gedreht. Der Ring aus einer Siliziumstahlplatte, der bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein Ring aus einer Magneteisenplatte, die eine Dicke von z. B. etwa 0,5 mm aufweist und mehrere Prozent Silizium enthält, hauptsächlich, um einen Wirbelstrom-Eisenverlust zu verringern. Während der Ring aus einer Siliziumstahlplatte in eine Richtung befördert wird, wird nacheinander ein Stanzen von Platten, die eine gewünschte Gestalt aufweisen, durchgeführt, und anschließend werden die Platten zu einer gewünschten Dicke laminiert und aneinander befestigt. Die Längsrichtung, d. h. die Ringwicklungsrichtung des Rings, ist die Walzrichtung der Siliziumstahlplatte, die in 5 als Z-Achse gezeigt ist. Der bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendete Ring weist in der zu der Längsrichtung senkrechten Richtung eine Breite auf, die etwas größer ist als der Durchmesser des Statorkerns, um den Rest nach dem Stanzen zu verringern. Der Zweckmäßigkeit halber wird der Statorkern 21A so beschrieben, dass die Z-Achse als Längsrichtung bezeichnet wird und die L-R-Achse als senkrecht zu der Z-Achse bezeichnet wird, wie in 5 gezeigt ist.
Der Statorkern 21A umfasst einen ringformigen Kernrückseitenabschnitt 21Aa, der eine im Wesentlichen kreisförmige Außengestalt und vorzugsweise z. B. acht Hauptpole 21Ab aufweist, die von dem Kernrückseitenabschnitt 21Aa radial zu der Innenseite hin vorstehen. Jeder Hauptpol 21Ab weist vorzugsweise z. B. sechs Induktorzähne auf, die in regelmäßigem Abstand an seiner Spitze angeordnet sind. Der Zweckmäßigkeit halber werden die acht Hauptpole 21Aa, die als Wicklungskerne dienen, in 5 in der im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung als Hauptpole A bis H in dieser Reihenfolge bezeichnet. Der Statorkern 21A des achtpoligen HB-Zweiphasen-Schrittmotors dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels wird vorzugsweise gebildet, indem Platten bis zu einer gewünschten Dicke gestapelt und beispielsweise mittels Crimpen automatisch aneinander befestigt werden. Wenn sie gestapelt werden, werden die mittels Stanzen erhaltenen Platten bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel nacheinander um 90° bezüglich benachbarten Platten gedreht. Folglich sind dann, wenn vier Platten laminiert werden, alle Permeanzen der Hauptpole der Laminierung im Wesentlichen identisch. Das heißt, die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen sind bei allen Hauptpolen identisch. Deshalb können die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen ausgeglichen werden und sich gegenseitig aufheben. Dies trägt sehr zur Verringerung des Rastmoments und der Schwingung bei.
Die Gründe, aus denen das Rastmoment und die Schwingung stark verringert werden können, indem die um 90° bezüglich benachbarten Platten gedrehten Platten auf die zuvor erwähnte Weise laminiert werden, werden ausführlicher beschrieben. Zuerst kann dann, wenn die den Statorkern definierenden Platten nacheinander um 90° bezüglich benachbarten Platten gedreht werden, der Unterschied bezüglich der Leichtigkeit eines Passierens von Magnetflüssen durch den Ring aus einer Siliziumstahlplatte zwischen der gewalzten Richtung des Rings und der dazu senkrechten Richtung allgemein aufgehoben werden.
Zweitens wird ein Ring eines Materials allgemein vorzugsweise dadurch gebildet, dass das Material dünn gewalzt wird, und es ist wahrscheinlich, dass die Entfernung zwischen Walzen bei dem Walzvorgang ungleichmäßig wird, wodurch ohne Weiteres der Dickenunterschied zwischen der L-Seite und der R-Seite bewirkt wird. Falls die eine nicht-konstante Dicke aufweisenden Platten laminiert werden, ohne gedreht zu werden, nimmt der Dickenunterschied zwischen der L-Seite und der R-Seite mit zunehmender Anzahl der laminierten Platten zu. Wenn der anhand einer derartigen Laminierung gebildete Stator mit einer Halterung montiert wird, die Lager aufweist, kann die Wellenmitte gekippt werden, und der Luftspalt zwischen der Innenoberfläche des Stators und der Außenoberfläche des Rotors kann ungleichmäßig werden, was die Leistungsfähigkeit eines resultierenden Schrittmotors beeinträchtigen kann. Die um 90° gedrehte Laminierung bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Dickenabweichung eliminieren oder minimieren.
Drittens können Auswirkungen von Schwankungen, die durch den Permeanzunterschied zwischen der Z-Achse-Richtung und der R-L-Richtung und die Dickenschwankung in der R-L-Richtung bewirkt werden, auf die vierten harmonischen Permeanzvektoren aufgehoben werden.
Gewöhnlich wird als Motor eine ungerichtete Magnetplatte verwendet. Jedoch liegt sogar bei der ungerichteten Magnetplatte ein Permeanzunterschied zwischen der gewalzten Richtung und der dazu senkrechten Richtung vor. Hier wird angenommen, dass: ein Ring aus einer Siliziumstahlplatte sukzessiv in die in 5 gezeigte Gestalt gestanzt wird; Magnetflüsse ohne weiteres in der Z-Achse-Richtung durch den Statorkern 21A gelangen können und deshalb die Permeanz groß ist; und die Permeanz in der L-R-Richtung gering ist. In diesem Fall weisen der Hauptpol-A-Abschnitt, der Hauptpol-D-Abschnitt, der Hauptpol-E-Abschnitt und der Hauptpol-H-Abschnitt jeder mittels Stanzen erhaltenen Platte große Permeanzen auf, da die Längsrichtungen derselben nahe bei der Z-Achse-Richtung liegen. Andererseits weisen der Haputpol-B-Abschnitt, der Hauptpol-C-Abschnitt, der Hauptpol-F-Abschnitt und der Hauptpol-G-Abschnitt jeder Platte relativ zu dem Hauptpol-A-Abschnitt, dem Hauptpol-D-Abschnitt, dem Hauptpol-E-Abschnitt und dem Hauptpol-H-Abschnitt geringere Permeanzen auf.
Hier wird der Hauptpol A des Statorkerns 21A als Beispiel beschrieben. Die acht Hauptpole sind in einem Winkelabstand von beispielsweise 45° symmetrisch angeordnet. Deshalb umfasst der Hauptpol A des Statorkerns 21A in einem Fall, in dem Platten nacheinander in der gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung um 90° bezüglich benachbarten Platten gedreht werden und laminiert werden, um den Statorkern 21A zu definieren, den Hauptpol-A-Abschnitt der ersten Platte, den Hauptpol-C-Abschnitt der zweiten Platte, den Hauptpol-E-Abschnitt der dritten Platte und den Hauptpol-G-Abschnitt der vierten Platte in dieser Reihenfolge, und diese Vier-Platten-Laminierung wird wiederholt. Desgleichen umfasst der Hauptpol H des Statorkerns 21A den Hauptpol-H-Abschnitt der ersten Platte, den Hauptpol-B-Abschnitt der zweiten Platte, den Hauptpol-D-Abschnitt der dritten Platte und den Hauptpol-F-Abschnitt der vierten Platte in dieser Reihenfolge, und diese Laminierung wird wiederholt. Somit umfasst der Hauptpol A des Statorkerns 21A zwei größere Permeanzabschnitte, d. h. den Hauptpol-A-Abschnitt und den Hauptpol-E-Abschnitt. Der Hauptpol H der resultierenden Laminierungseinheit umfasst ferner zwei größere Permeanzabschnitte, d. h. den Hauptpol-D-Abschnitt und den Hauptpol-H-Abschnitt. Beide Hauptpole A und H umfassen die kleineren Permeanzabschnitte als andere zwei Abschnitte. Somit sind die durchschnittliche Permeanz von vier Platten des Hauptpols A und die des Hauptpols H bei der Laminierung von vier Platten identisch zueinander (hiernach wird die Laminierung von vier Platten als Laminierungseinheit bezeichnet). Da die Laminierung von vier Platten wiederholt wird, sind die Permeanzen der Hauptpole A und H identisch. Falls die Anzahl der laminierten Platten nicht gleich dem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Laminierungseinheit ist, konvergiert die durchschnittliche Permeanz an der Position jedes der Hauptpole A und H des Statorkerns 21A zu demselben Wert. Dies gilt auch für andere Hautpole B bis G.
Wenn ein Ausgleichen von sechs Vektoren der vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der sechs Induktorzähne T1 bis T6 der Hauptkörper in der vierten Ebene betrachtet wird, werden bei einer Laminierungseinheit zwei Abschnitte mit größerer Permeanz und zwei Abschnitte mit geringerer Permeanz an der Position jedes Hauptpols laminiert. Deshalb sind die Permeanzen der acht Hauptkörper innerhalb der Laminierungseinheit immer identisch. Im Gegensatz dazu weisen in einem Fall, in dem die mittels Stanzen erhaltenen Platten laminiert werden, ohne um 90° gedreht zu werden, die Hautpole A, D, E und H des resultierenden Statorkerns größere Permeanzen auf, und die Hauptpole B, C, F und G weisen geringere Permeanzen auf. Obwohl die Permeanzvektoren von sechs Induktorzähnen für jeden Hauptpol ausgeglichen sind, bleibt somit eine Permeanzdifferenz zwischen den acht Hauptpolen bestehen. Diese Permeanzdifferenz bewirkt beispielsweise ein hohes Rastmoment oder ein starkes Geräusch bei einem resultierenden Motor.
Als Nächstes wird ein Fall betrachtet, bei dem eine Dickenschwankung bei einer Stahlplatte vorliegt, die gebildet wird, indem sie in die in 5 gezeigte(n) Gestalt gestanzt wird. Im Einzelnen wird ein Fall betrachtet, bei dem ein Ring verwendet wird, der die Dicke aufweist, die von der R-Seite zu der L-Seite hin abnimmt. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Hauptpole A, B, C und D auf der R-Seite der Z-Achse eine größere Dicke und größere Permeanzen aufweisen als die Hauptpole E, F, G und H auf der L-Seite der Z-Achse. Der Hauptkörper A bei der Laminierungseinheit von vier Platten umfasst den Hauptpol-A-Abschnitt, den Hauptpol-C-Abschnitt, den Hauptpol-E-Abschnitt und den Hauptpol-G-Abschnitt, während der Hauptpol H den Hauptpol-H-Abschnitt, den Hauptpol-B-Abschnitt, den Hauptpol-D-Abschnitt und den Hauptpol-F-Abschnitt umfasst. Deshalb sind die durchschnittlichen Permeanzen der Hauptkörper A und H zueinander identisch. Desgleichen ist, wenn ein Ausgleichen der vierten harmonischen Permeanzen durch Verwendung derselben Anzahl von Vektoren wie die Anzahl der Induktorzähne T1 bis T6 in Betracht gezogen wird, der Mittelwert von sechs Permeanzvektoren bei den acht Hauptpolen bei der Laminierungseinheit derselbe, da jeder der acht Hauptpole zwei Abschnitte größerer Permeanz und zwei Abschnitte mit geringerer Permeanz umfasst. Deshalb werden die Permeanzvektoren in der vierten Ebene ohne Weiteres bei jedem Hauptpol ausgeglichen, und die Permeanzvektoren in der vierten Ebene werden ebenfalls in dem gesamten Motor ohne Weiteres ausgeglichen.
6 zeigt einen weiteren exemplarischen Statorkern 21B dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels. Der Statorkern 21B ist ein Zweiphasentyp und umfasst vorzugsweise acht Hauptpole, von denen jeder z. B. sechs Induktorzähne aufweist. Die äußere Gestalt des Statorkerns 21B ist ungefähr quadratisch. Der Statorkern 21B umfasst einen ungefähr quadratringförmigen Kernrückseitenabschnitt 21Ba und die Hautpole 21Ba, die von dem Kernrückseitenabschnitt 21Ba in Richtung auf das Innere des Kernrückseitenabschnitts 21Ba radial vorstehen. Wenn Platten, die den Statorkern 21B definieren, mittels Stanzens aus einem Ring erhalten werden, dessen Breite nahe bei der Länge jeder Seite des ungefähr quadratischen Kernrückseitenabschnitts 21Ba liegt, um unbrauchbare Abschnitte des Rings zu verringern, entspricht die Z-Achse-Richtung in 6 Wicklungsrichtung des Rings. Hier wird angenommen, dass die Ringdicke von der L-Seite zu der R-Seite hin abnimmt. Obwohl in 6 lediglich die Induktorzähne T1 und T6 gezeigt sind, um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die Induktorzähne T1 bis T6 in der im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung in dieser Reihenfolge angeordnet.
Bei diesem Beispiel nimmt die Dicke des Hauptpols A des Statorkerns 21B von dem Induktorzahn T1 bis zu dem Induktorzahn T6 hin ab. Somit werden die Beträge der vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 der Induktorzähne T1 bis T6 allmählich kleiner, um genau zu sein. Bei der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit der Beschreibung halber jedoch angenommen, dass der Betrag des vierten Permeanzvektors auf der L-Seite der Z-Achse größer ist und auf der R-Seite kleiner ist. Auf der Basis dieser Annahme sind die Beträge der vierten Permeanzvektoren von sechs Induktorzähnen der Hauptpole F, G und H zueinander identisch und sind größer als diejenigen der Hautpole B, C und D, die zueinander identisch sind.
Bei dem Hauptpol A weisen die vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T1, T2 und T3 untereinander denselben, größeren Betrag auf, und die vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T4, T5 und T6 weisen untereinander denselben, kleineren Betrag auf. Bei dem Hauptpol E weisen die vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T4, T5 und T6 untereinander denselben Betrag auf, die vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T1, T2 und T3 weisen untereinander denselben Betrag auf, der geringer ist als der der Induktorzähne T4, T5 und T6. Unter diesen Bedingungen umfasst, wenn Platten zum Bilden des Statorkerns 21B nacheinander gedreht und laminiert werden, um eine Laminierungseinheit zu bilden, der Hauptpol A bei einer einzigen Laminierungseinheit den Hauptpol-A-Abschnitt, den Hauptpol-C-Abschnitt, den Hauptpol-E-Abschnitt und den Hauptpol-G-Abschnitt. Für den Hauptkörper E ist der Betrag der vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T1, T2 und T3 kleiner, während der der Induktorzähne T4, T5 und T6 bei jeder Platte größer ist. Somit werden die Beträge der vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T1 bis T6 gemittelt, indem der Hauptpol-A-Abschnitt und der Hauptpol-E-Abschnitt gestapelt werden. Desgleichen werden die Beträge der vierten Permeanzvektoren der Induktorzähne T1 bis T6 gemittelt, indem der Hauptpol-C-Abschnitt und der Hauptpol-G-Abschnitt gestapelt werden. Das heißt, bei dem Hauptpol A sind der Hauptpol-A-Abschnitt, der Hauptpol-C-Abschnitt, der Hauptpol-E-Abschnitt und der Hauptpol-G-Abschnitt überlagert, wodurch die Beträge der Induktorzähne T1 bis T6 gemittelt werden. Dies gilt auch für andere Hauptpole B bis H des Statorkerns 21B. Folglich sind sechs überlagerte Vektoren bezüglich des Schnittpunkts der Z-Achse und der L-R-Achse in der vierten Ebene symmetrisch verteilt und somit ausgeglichen.
Die ausführlichere Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 7A, 7B, 7C und 7D geliefert, die eine Verteilung der vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 der Induktorzähne T1 bis T6 in der vierten Ebene für die Hauptpole A, C, E bzw. G zeigen. Da angenommen wird, dass die auf der L-Seite der Z-Achse befindlichen Induktorzähne eine größere Permeanz aufweisen als die auf der R-Seite befindlichen, wie oben beschrieben wurde, sind die vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 der Induktorzähne T1 bis T6 für die jeweiligen Hauptpole A, C, E und G so verteilt, wie dies in den 7A, 7B, 7C und 7D gezeigt ist.
Falls der Statorkern gebildet wird, indem Platten ohne Drehung laminiert werden, sind für den Hauptpol A die Beträge der vierten Permeanzvektoren V1, V2 und V3 größer als die der vierten Permeanzvektoren V4, V5 und V6, wie in 7A gezeigt ist, und somit sind die vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 nicht ausgeglichen. Für den Hauptpol C sind die Beträge der vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 allesamt identisch und kleiner. Für den Hauptkörper E sind die Beträge der vierten Permeanzvektoren V1, V2 und V3 kleiner als die der vierten Permeanzvektoren V4, V5 und V6, wie in 7C gezeigt ist, und sind nicht ausgeglichen. Für den Hauptpol G sind die Beträge der vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 allesamt identisch und größer, wie in 7D gezeigt ist. Wenn die 7A, 7B, 7C und 7D überlagert werden, ist es offensichtlich, dass sechs Vektoren, die erhalten werden, indem die Permeanzvektoren der Induktorzähne für die Hauptpole A, C, E und G synthetisiert werden, gemittelt werden und untereinander denselben Betrag aufweisen.
Bei der obigen Beschreibung wird der Vereinfachung der Beschreibung halber angenommen, dass jeder Vektor einen von zwei Beträgen aufweist, d. h. einen größeren Betrag oder einen kleineren Betrag, je nachdem, ob sich der Induktorzahn auf der R-Seite oder der L-Seite der Z-Achse befindet. Jedoch kann die obige Beschreibung auf einen Fall angewandt werden, in dem die vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 Beträge aufweisen, die allmählich geändert werden. Im Einzelnen werden die Permeanzvektoren der Induktorzähne des Hauptpols A der Laminierung dann, wenn vier Platten nacheinander um 90° gedreht werden und laminiert werden, um eine Laminierungseinheit zu definieren, gemittelt, um anhand einer Überlagerung des Hauptpol-A-Abschnitts und des Hauptpol-E-Abschnitts dieselben Beträge aufzuweisen. Deshalb mittelt eine Überlagerung des Hauptpol-A-Abschnitts, des Hauptpol-C-Abschnitts, des Hauptpol-E-Abschnitts und des Hauptpol-G-Abschnitts auch die Permeanzvektoren der sechs Induktorzähne. Dieser Effekt wird geliefert, indem um 90° gedrehte Platten laminiert werden, und er kann auch für die Hauptpole B bis H erhalten werden. Auf diese Weise kann die Laminierung von um 90° bezüglich benachbarten Platten gedrehten Platten bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel nachteilige Auswirkungen der Differenz der Permeanzrichtwirkung bei den Siliziumstahlplatten stark verringern und kann den Ausgleich der Permeanzvektoren der Induktorzähne in der vierten Ebene bedeutend verbessern. Bei der vorliegenden Anmeldung wird dies als Zweiter-Permeanzvektor-Ausgleich-Effekt in der vierten Ebene bezeichnet. Aufgrund dieses Effekts kann bei einer elektrischen Drehmaschine eine Verringerung des Rastmoments und der Schwingung erzielt werden.
Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet einen weiteren Ansatz zum Ausgleichen der Permeanzvektoren. Als Nächstes wird der dritte Ansatz zum Ausgleichen der Permeanzvektoren unter Bezugnahme auf 8A und 8B beschrieben. Bei einer elektrischen Drehmaschine vom HB-Typ sind zwei Rotoren vom HB-Typ als Rotoreinheiten in der axialen Richtung nebeneinander angeordnet, und Permanentmagnete sind in entgegengesetzten Richtungen in der axialen Richtung magnetisiert. Das heißt, dass in der axialen Richtung zwei unabhängige Magnetschaltungen angeordnet sind. 8A zeigt die Verteilung der vierten Permeanzvektoren von sechs Induktorzähnen in der vierten Ebene für einen Magnetpfad einer Magnetschaltung (hiernach als Magnetpfad a bezeichnet), und 8B zeigt die Verteilung für einen Magnetpfad der anderen Magnetschaltung (hiernach als Magnetpfad b bezeichnet). Aufgrund von Effekten, die dadurch geliefert werden, dass der Magnetpfad in der axialen Richtung zweigeteilt wird, wodurch der Magnetpfad verkürzt wird, und aufgrund von Effekten, die durch Magnetfelder geliefert werden, die einander an der Grenze zwischen den Magnetpfaden a und b nicht stören, wie nachstehend beschrieben wird, kann die Anordnung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels im Falle eines Erhöhens der Statordicke in der axialen Richtung für den Zweck des Erhöhens eines Drehmoments eine hocheffiziente elektrische Drehmaschine mit geringen Schwankungen liefern.
Bei einem allgemeinen Schrittmotor vom HB-Typ beträgt die Abmessung des Luftspalts, d. h. die Entfernung zwischen dem Stator und dem Rotor, vorzugsweise z. B. etwa 0,05 mm. Ein derartiger kleiner Luftspalt wird erhalten, indem für die Innenoberfläche des Stators ein „Abziehprozess” durchgeführt wird, nachdem die Stahlplatten laminiert wurden. Der Abziehprozess ist ein Prozess zum Schleifen des Innenradius durch Verwendung eines zylindrischen Schleifsteins oder eines Honsteins bzw. Abziehsteins. Jedoch ist es in einem Fall, in dem die Laminierungsdicke des Stators gleich dem oder größer als der Innendurchmesser des Stators ist, wahrscheinlich, dass der Innendurchmesser von der Abziehanfangsposition aus, z. B. dem Eingang des Mittenlochs des Stators, bis zu der Abziehendposition, z. B. dem tiefen Abschnitt des Mittenlochs des Stators, aufgrund eines Planschlags des Schleifsteins und dergleichen zunimmt. Da die Abmessung des Luftspalts z. B. nur etwa 0,05 mm beträgt, bewirkt die Differenz der Abmessung des Luftspalts die Permeanzdifferenz sogar für den Fall, dass die Differenz der Abmessung des Luftspalts sehr gering ist. Sogar bei dem Stator, der anhand einer Laminierung von um 90° bezüglich benachbarten Platten gedrehten Platten definiert ist, sind die vierten Permeanzvektoren in den Magnetpfaden a und b gemäß der Darstellung in 8A bzw. 8B verteilt, wenn sich die Abmessung des Luftspalts aus diesem Grund ändert und die Änderung des Luftspalts beispielsweise die Permeanz in dem Magnetpfad a erhöht und die Permeanz in dem Magnetpfad b verringert.
Falls jedoch der zuvor erwähnte Fehler bei dem Fertigstellungsprozess auftritt, werden die Permeanzvektoren für den Magnetpfad a und diejenigen für den Magnetpfad b bei einem ganzen Motor überlagert und gemittelt, da die Rotoreinheiten 3a und 3b feststehend sind, um dieselbe Drehachse aufzuweisen. Deshalb sind Schwankungen zwischen verschiedenen Motoren, z. B. ein Rastmoment, sehr gering. Überdies wird erwartet, dass die Flexibilität des zweiten Permeanzvektor-Ausgleichs, bei dem Schwankungen der sechs Permeanzvektoren der vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der sechs Induktorzähne, die durch die Dickenschwankung und die magnetische Richtwirkung der mittels Stanzen gebildeten Magnetplatten verursacht werden, ausgeglichen werden, indem die um 90° bezüglich benachbarten Platten gedrehten Platten laminiert werden, erhöht werden kann, indem vier Arten von Vektoren, die anhand einer um 90° gedrehten Laminierung in einem Magnetpfad a erhalten werden, und diejenigen in dem anderen Magnetpfad b überlagert werden.
Bei der obigen Beschreibung ist ein Fall beschrieben, in dem der Stator vorzugsweise acht Hauptpole umfasst, von denen jeder vorzugsweise sechs Induktorzähne umfasst, die in regelmäßigem Abstand angeordnet sind, und in dem die vierten harmonischen Vektoren ausgeglichen sind. Bei einem Stator, der zwölf Hauptpole aufweist, können dieselben Effekte erhalten werden, indem Platten, die um 90° bezüglich benachbarten Platten gedreht werden, laminiert werden, wie oben beschrieben ist. Überdies kann die obige Beschreibung auf einen Fall der sechsten harmonischen Vektoren angewendet werden. Der oben beschriebene Effekt wird als Dritter-Permeanzvektor-Ausgleich-Effekt bezeichnet, der geliefert wird, indem zwei Magnetpfade angeordnet werden. Das heißt, dass bei der elektrischen Drehmaschine dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels die vierten harmonischen Permeanzkomponenten auf dreierlei Arten ausgeglichen werden können.
Es ist bei der elektrischen Drehmaschine dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels vorzuziehen, dass die Permanentmagnete des Rotors magnetisiert werden, nachdem sie montiert wurden. Dadurch werden die Qualität verbessert und die Kosten verringert. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zuerst eine Magnetisierung in einer positiven Richtung entlang der axialen Richtung durchgeführt, und anschließend wird eine Magnetisierung in der entgegengesetzten Richtung durchgeführt. Der Grund hierfür besteht darin, dass, falls eine Magnetisierung gleichzeitig in beiden entgegengesetzten Richtungen durchgeführt wird, eine ausreichende Magnetisierungskraft die Permanentmagnete aufgrund einer Magnetflussabstoßung nicht erreicht. Im Einzelnen wird unter Bezugnahme auf 2 ein Magnetfeld, das eine erforderliche Stärke aufweist, zu dem Zweck, bei der ersten Magnetisierung hauptsächlich den Permanentmagnet 36 zu magnetisieren, von außerhalb der elektrischen Drehmaschine angelegt. Anschließend wird ein Magnetfeld, das eine erforderliche Stärke zum Magnetisieren des Permanentmagnets 37 aufweist, teilweise angelegt. Bei der zweiten Magnetisierung wird die Magnetisierungskraft in der zu der der ersten Magnetisierung entgegengesetzten Richtung ausgeübt, und sie weist nach einer geeigneten Starkenanpassung vorzugsweise eine andere Stärke auf als die der ersten Magnetisierung. Die Art und Weise der Magnetisierung bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem eine Magnetisierung in den entgegengesetzten Richtungen in der axialen Richtung zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt wird und die Magnetisierungskraft zwischen der ersten Magnetisierung und der zweiten Magnetisierung auf geeignete Weise verändert wird, ermöglicht, dass die beiden Permanentmagnete in den jeweils entgegengesetzten Richtungen ausreichend magnetisiert werden. Aufgrund dieser Art und Weise der Magnetisierung ist es möglich, eine kostengünstige, qualitativ hochwertige elektrische Permanentmagnet-Drehmaschine zu liefern, die die oben erwähnten Leistungsfähigkeiten bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel bieten kann.
Bei der obigen Beschreibung wird das Beispiel beschrieben, bei dem Platten, die vorzugsweise mittels Stanzens erhalten werden, beispielsweise nacheinander in derselben Richtung um 90° bezüglich benachbarten Platten gedreht werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur und Anordnung beschränkt. Es ist lediglich notwendig, dass eine Platte bei einer Laminierungseinheit von vier Platten bezüglich einer der übrigen Platten um 90° gedreht wird, wenn die vier Platten in derselben Richtung gedreht werden. Das heißt, die Laminierungseinheit von vier Platten umfasst die Platte als Referenzplatte und drei Platten, die bezüglich der Referenzplatte um 90°, 180° und 270° gedreht werden. Bei dieser Laminierung können dieselben oben beschriebenen Effekte erzielt werden.
Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 9 bis 11 beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel für dieselben oder ähnliche Komponenten wie die bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet.
9 zeigt bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beispielsweise sechs Induktorzähne 21c' bei einem Statorhauptpol 21b'. Die sechs Induktorzähne 21c' sind in unregelmäßigen Abständen angeordnet, und sie weisen nicht alle dieselbe Breite auf. Als typischer Zweiphasen-Schrittmotor vom HB-Typ mit acht Hauptpolen wird vielfach ein Schrittmotor eingesetzt, bei dem die Anzahl von Magnetzähnen eines Rotors vorzugsweise 50 beträgt, ein Schrittwinkel bzw. Drehwinkel vorzugsweise etwa 1,8° beträgt und eine Umdrehung vorzugsweise z. B. 200 Schritten entspricht. Bei dem Schrittmotor beträgt die Gesamtanzahl der Statorzähne 48, wenn sechs Induktorzähne beispielsweise an der Spitze jedes von acht Hauptpolen angeordnet sind, wobei 48 nahe bei der Gesamtanzahl der Rotorzähne, 50, liegt. Deshalb liegt eine bevorzugte Obergrenze der Anzahl der Induktorzähne jedes Hauptpols bei 6.
Es wird angenommen, dass die sechs Induktorzähne T1 bis T6 in dieser Reihenfolge in der Drehrichtung des Rotors (bei dem Beispiel der 9 von links nach rechts) angeordnet sind und die Zahnbreiten t1 bis t6 aufweisen; die Rillen zwischen den Induktorzähnen T1 bis T6 die Breiten U1 bis U5 aufweisen; und die Mitte der Rille zwischen den Induktorzähnen T3 und T4 an der Mitte des Hauptpols positioniert ist. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei innerste Induktorzähne T3 und T4 in der Mittelregion der sechs Induktorzähne T1 bis T6 in dem ersten Abstand α angeordnet, zwei dazwischen liegende Induktorzähne T2 und T5 auf der Außenseite der innersten Induktorzähne T3 und T4 sind in dem zweiten Abstand β von den inneren benachbarten Induktorzähnen T3 bzw. T4 angeordnet, und äußerste Induktorzähne T1 und T6 auf der Außenseite der dazwischen liegenden Induktorzähne T2 und T5 sind in dem dritten Abstand γ von den inneren benachbarten Induktorzähnen T2 bzw. T5 angeordnet. Es ist zu beachten, dass der Zahnabstand bei dieser Anmeldung die Entfernung zwischen der Mitte eines Induktorzahnes und der Mitte des inneren benachbarten Induktorzahnes oder die Entfernung zwischen den Mitten der innersten Induktorzähne angibt. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Zahnabstände, die Zahnbreiten und die Rillenbreiten bezüglich der Mitte des Hauptpols, die durch die Mitte der Rille mit der Breite U3 verläuft, vorzugsweise symmetrisch. Das heißt, t1 = t6, t2 = t5, t3 = t4, U1 = U5 und U2 = U4.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Flexibilität eines Entwerfens von Abweichungswinkeln δ1 bis δ6 zwischen den jeweiligen Induktorzähnen des Stators und den entsprechenden gegenüberliegenden Zähnen des Rotors zu erhöhen, wenn die Mitte der Rille zwischen gegebenen Rotorzähnen mit der Mitte der Rille, die die Breite U3 aufweist, zusammenfallt, wie in 9 gezeigt ist, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Induktorzähne in einem regelmäßigen Abstand angeordnet sind. Selbst wenn die äußersten Induktorzähne T1 und T6 dieselbe Breite aufweisen wie die innersten Induktorzähne T3 und T4, unterscheidet sich außerdem die Permeanz der Induktorzähne T1 und T6 von der der Induktorzähne T3 und T4 aufgrund einer Differenz des Magnetwiderstandes, einer Differenz des Magnetpfades eines Magnetflusslecks und dergleichen, die von der Lage des Induktorzahns abhängen. Beispielsweise ändert sich der Magnetpfad des Magnetflusslecks von dem Induktorzahn in Abhängigkeit von der Form der Rille zwischen den Zähnen, und deshalb unterscheidet sich die Permeanz des äußersten Induktorzahns von derjenigen anderer Induktorzähne. Jedoch ermöglicht die Unregelmäßiger-Abstand- und Unregelmäßige-Breiten-Anordnung der Induktorzähne bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, dass die Permeanzdifferenz kompensiert wird, wodurch die Permeanzen der sechs Induktorzähne im Wesentlichen identisch werden. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in dem Fall, dass die sechs Induktorzähne dieselbe Zahnbreite aufweisen und die Permeanz der äußersten Induktorzähne T1 und T6 beispielsweise geringer ist als die der innersten Induktorzähne T3 und T4, die Permeanzdifferenz zwischen den äußersten Induktorzähnen und den innersten Induktorzähnen kompensiert werden, indem die Zahnbreiten derart verändert werden, dass die Zahnbreite der äußersten Induktorzähne größer ist als die der innersten Induktorzähne, d. h. t1 = t6 > t3 = t4.
Alle Rillenbreiten U1 bis U3 können sich voneinander unterscheiden, alle Zahnbreiten t1 bis t3 können sich voneinander unterscheiden, und alle Zahnabstände α, β, und γ können sich voneinander unterscheiden. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es notwendig, dass sich zumindest eine der drei Rillenbreiten von der bzw. den übrigen Rillenbreite(n) unterscheidet, dass sich zumindest eine der drei Zahnbreiten von der bzw. den verbleibenden Zahnbreite(n) unterscheidet und dass sich zumindest ein Zahnabstand von dem übrigen Zahnabstand bzw. den übrigen Zahnabständen unterscheidet. Für eine Erhöhung eines Drehmoments ist es vorzuziehen, dass Zahnbreite-Verhältnisse, d. h. ein Wert, der erhalten wird, indem die Zahnbreite t3 (= t4) durch den ersten Abstand α geteilt wird, ein Wert, der erhalten wird, indem die Zahnbreite t2 (= t5) durch den zweiten Abstand β geteilt wird, und ein Wert, der erhalten wird, indem die Zahnbreite t1 (= t6) durch den dritten Abstand γ geteilt wird, z. B. etwa 0,4 betragen. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass t1/α = t2/β = t3/γ = 0,4. Wenn diese Werte viel kleiner als etwa 0,4 sind, kann ohne Weiteres eine Sättigung der Magnetflüsse von den Zähnen auftreten. Im Gegensatz dazu nimmt das Magnetflussleck zu, wenn diese Werte viel größer sind als etwa 0,4. Der bevorzugte Wert von etwa 0,4 wird anhand einer Computeranalyse und anhand von Experimenten erhalten, die beide seitens der Erfinder bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden.
10 zeigt eine exemplarische Verteilung der Permeanzvektoren der Unregelmäßiger-Abstand-Induktorzähne in der vierten Ebene. Angenommen, dass in 9 beispielsweise der erste Abstand α etwa 6,66° beträgt und der zweite und der dritte Abstand β und γ etwa 7,02° betragen, so sind die Abweichungswinkel δ1 bis δ6 der Induktorzähne T1 bis T6 des Stators bezüglich der entsprechenden entgegengesetzten Rotorzähne bei 10 Werte in Klammern im mechanischen Winkel, und die vierten Permeanzvektoren V1 bis V6 der Induktorzähne T1 bis T6 sind so verteilt, wie es in 10 gezeigt ist. Die Summe der Vektoren V1 bis V6 beträgt null. Falls die Vektoren V2 und V5 größere Beträge aufweisen als andere Vektoren, werden die Vektoren V2 und V5 aufgehoben. Außerdem heben sich die auf einer Seite der Mitte des Hauptpols angeordneten Vektoren V1, V2 und V3 gegenseitig auf, während sich die auf der anderen Seite angeordneten Vektoren V4, V5 und V6 gegenseitig aufheben. Das heißt, dass sich die Vektoren auf derselben Seite der Mitte des Hauptpols gegenseitig aufheben. Dies bedeutet, dass die Flexibilität eines Ausgleichens der Vektoren bei der Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung der Induktorzähne im Vergleich zu der Regelmäßiger-Abstand-Anordnung erhöht ist.
Bei der obigen Beschreibung beträgt die Anzahl Ns der Induktorzähne vorzugsweise 6. Falls Ns = 5, wird der zuvor erwähnte Vektorausgleich für fünf Vektoren in der vierten Ebene durchgeführt. Der zuvor erwähnte Vektorausgleich ist bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Ausgleich der Permeanzvektoren in der vierten Ebene.
Es wurde bereits beschrieben, dass die bevorzugte Obergrenze der Anzahl der Induktorzähne 6 beträgt, wenn die Gesamtanzahl der Rotorzähne beispielsweise 50 beträgt und die Anzahl der Hauptpole 8 beträgt. Unter dieser Bedingung ist es wünschenswert, dass die Räume zwischen den acht Hauptpolen für den Zweck, ein problemloses Wickeln von Spulen um die jeweiligen Hauptpole herum zu gewährleisten, so groß wie möglich sind, da während des Wicklungsvorgangs eine Spule in die Zwischenräume zwischen den Hauptpolen eingefügt werden muss. Um dies zu erzielen, ist es notwendig, dass der erste, der zweite und der dritte Abstand α, β und γ der Unregelmäßiger-Abstand-Induktorzahnanordnung und der Zahnabstand c des Rotorzahns die folgende Beziehung aus 9 erfüllen. Der erste, der zweite und der dritte Abstand α, β und γ sind dahin gebend entworfen, die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der Induktorzähne, die zu dem Rastmoment führen, zu minimieren oder zu eliminieren, wie oben beschrieben wurde. {(α + 2β + 2γ)/5} < c (Ausdruck 7)
Der linke Abschnitt des Ausdrucks 7 stellt einen Mittelwert des ersten, des zweiten und des dritten Abstands dar. Das heißt, dass der Ausdruck 7 angibt, dass der erste, der zweite und der dritte Abstand α, β und γ größer sein können als der Rotorzahnabstand c, es ist jedoch notwendig, dass der Mittelwert dieser Zahnabstände der sechs Induktorzähne kleiner ist als der Rotorzahnabstand.
Bei dem Beispiel der 10 unterscheidet sich der erste Abstand α von dem zweiten und dem dritten Abstand β und γ, die identisch zueinander sind, und der erste, der zweite und der dritte Abstand α, β und γ sind allesamt kleiner als der Rotorzahnabstand c, d. h. etwa 7,2°. Eine weitere exemplarische Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung der Induktorzähne dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist in 11 gezeigt, bei der α ≠ β ≠ γ. Der erste Abstand α beträgt etwa 6,66°; der zweite Abstand β beträgt etwa 6,84°; und der dritte Abstand γ beträgt etwa 7,38°. Lediglich der dritte Abstand γ ist größer als der Rotorzahnabstand c, beispielsweise etwa 7,2°. Bei diesem Beispiel sind die Abweichungswinkel θ1 bis θ6 der Induktorzähne bezüglich der entsprechenden gegenüberliegenden Rotorzähne Werte, die in 11 gezeigt sind. Die vierte Permeanzkomponente P4 des Hauptpols wird wie folgt berechnet. P4 = cos(4·θ3) + cos(4·θ2) + cos(4·θ1) + cos(4·θ4) + cos(4·θ5) + cos(4·θ6) = 2{cos(4 × 0,27° × 360°/7,2°) + cos(4 × 0,63° × 360°/7,2°) + coscos(4 × 0,45° × 360°/7,2°)} = cos54° + cos126° + cos90° = 0,5877 – 0,5877 = 0 (Ausdruck 8)
In diesem Fall wird die Grundpermeanzkomponente P1 des Hauptpols, die verbindende Magnetflüsse und das Motordrehmoment erzeugt, wie folgt berechnet. P1 = cosθ3 + cosθ2 + cosθ1 + cosθ4 + cosθ5 + cosθ6 = 2{cos13,5° + cos31,5° + cos22,5°}/6 = 0,9163 (Ausdruck 9)
Der Ausdruck 9 zeigt, dass etwa 91,6% der Permeanz des Hauptpols die Motordrehmomentkomponente darstellt. Dieser Wert ist größer als etwa 90%, das bei der Regelmäßiger-Abstand-Induktorzahnanordnung erhalten wird. Deshalb ist die Unregelmäßiger-Abstand-Anordnung in Bezug darauf, ein hohes Drehmoment zu liefern, vorteilhafter als die Regelmäßiger-Abstand-Anordnung.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden oben beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Wenn beispielsweise m bei dem 4m-Pol-Stator der elektrischen Drehmaschine der bevorzugten Ausführungsbeispiele auf 2 oder 3 festgelegt wird, wird der acht oder zwölf Hauptpole aufweisende Stator erhalten, der zur praktischen Verwendung geeignet ist. Der Schrittmotor, der diesen Stator aufweist, weist eine geringe Wicklungsinduktivität auf, weist während einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit eine geringe Drehmomentverringerung auf, weist einen flachen Drehmomentverlauf auf und ist von einem Betrieb bei geringer Geschwindigkeit bis zu einem Betrieb bei hoher Geschwindigkeit sehr nützlich. Der acht Hauptpole aufweisende Stator kann lediglich an eine elektrische Zweiphasen-Drehmaschine angepasst werden, wohingegen der zwölf Hauptpole aufweisende Stator sowohl an eine elektrische Zweiphasen-Drehmaschine als auch an eine elektrische Dreiphasen-Drehmaschine angepasst werden kann.
Um den Preis der elektrischen Drehmaschine zu verringern, während die Größe und das Drehmoment auf dem Niveau herkömmlicher Maschinen gehalten werden, ist es vorzuziehen, in der axialen Richtung zwei separate Magnetschaltungen anzuordnen, wie bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Bei dieser Anordnung kann der Magnetpfad verkürzt werden, und ein minderwertiger Magnet, wie z. B. ein Ferritmagnet, kann bei der Magnetschaltung verwendet werden. Falls ein Ferritmagnet verwendet wird, ist es vorzuziehen, dass der Ferritmagnet eine Magnetfluss-Restdichte von beispielsweise etwa 0,5 T oder weniger aufweist. Somit können die Kosten verringert werden. Überdies kann im Fall einer Verwendung des Ferritmagnets der Arbeitspunkt aufgrund eines flachen Anstiegs der B-H-Kurve des Ferritmagnets stabil sein, wodurch eine einheitlichere Magnetflussdichte geliefert wird. Deshalb kann ein Motor mit geringer Schwingung und geringen Schwankungen erhalten werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn die B-H-Kurve einen im Wesentlichen flachen Anstieg aufweist, die Änderung des Magnetflusswertes sogar dann klein gehalten werden kann, wenn der Arbeitspunkt durch die Schwankung der Abmessung des Luftspalts oder dergleichen verlagert wird.

Claims

Permanentmagneterregte elektrische Maschine, die folgende Merkmale aufweist: einen Stator (2) mit einem Statorkern (21), der einen ringförmigen Statorrückschluss (21a) mit einer winkelförmigen oder abgerundeten äußeren Gestalt und 4m Hauptpole (21b) umfasst, die von dem Statorrückschluss (21a) radial vorstehen, wobei m eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei jeder der Hauptpole (21b) an einer Spitze desselben Ns Induktorzähne (21c) aufweist, wobei Ns eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist; und einen Rotor (3), der dem Stator (2) über einen Luftspalt gegenüberliegt, um frei drehbar zu sein, und der zwei Rotoreinheiten (3a, 3b) umfasst, die in einer axialen Richtung zueinander benachbart sind, wobei jede der Rotoreinheiten (3a, 3b) ein Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) und einen Permanentmagneten (36, 37) umfasst, der zwischen den Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet (36, 37) einer der Rotoreinheiten (3a, 3b) und der Permanentmagnet (36, 37) der anderen Rotoreinheit (3a, 3b) in entgegengesetzten Richtungen entlang der axialen Richtung magnetisiert sind und benachbarte Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) der Rotoreinheiten (3a, 3b) dieselbe Polarität aufweisen; wobei jeder der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) Nr Magnetzähne in regelmäßigem Abstand an einem äußeren Umfang desselben aufweist, wobei Nr eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei das Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) jeder der Rotoreinheiten (3a, 3b) so angeordnet ist, dass die Magnetzähne eines der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) von denen des anderen Rotormagnetpols (32, 33, 34, 35) um die Hälfte des Abstands in einer Umfangsrichtung versetzt sind und die Magnetzähne benachbarter Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) in der axialen Richtung zueinander ausgerichtet sind; sich ein Zahnabstand der Induktorzähne (21c) jedes der Hauptpole (21b) des Stators (2) von dem Abstand der Magnetzähne des Rotors (3) unterscheidet, um eine vierte harmonische Komponente einer Permeanz zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) im Wesentlichen zu Null zu machen; wobei der Statorkern (21) in Axialrichtung aus einer Mehrzahl von laminierten Magnetplatten besteht, wobei jede der Magnetplatten nacheinander um 90° bezüglich einer benachbarten der Magnetplatten gedreht wird, und wobei die 4m Hauptpole (21b) symmetrisch und gleichwinklig angeordnet sind.
Maschine gemäß Anspruch 1, bei der die Ns Induktorzähne (21c) jedes der 4m Hauptpole (21b) des Stators (2) in einem regelmäßigen Abstand angeordnet sind, der sich um etwa 90°/(Ns·Nr) von dem Abstand der Magnetzähne jedes der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) unterscheidet.
Maschine gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Ns Induktorzähne (21c) jedes der 4m Hauptpole (21b) des Stators (2) in einem regelmäßigen Zahnabstand angeordnet sind, der sich um etwa 60°/(Ns·Nr) von dem Abstand der Magnetzähne jedes der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) unterscheidet; und Ns Vektoren von sechs harmonischen Komponenten von Permeanzen der Ns Induktorzähne (21c) jedes der 4m Hauptpole (21b) in der sechsten Ebene ausgeglichen sind.
Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Ns Induktorzähne (21c) in unregelmäßigen Zahnabständen angeordnet sind und sich der Mittelwert der Zahnabstände um etwa 60°/(Ns·Nr) von dem Abstand der Magnetzähne jedes der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) unterscheidet.
Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Permanentmagnet (36, 37) jeder der Rotoreinheiten (3a, 3b) ein Ferrit-Permanentmagnet ist, der eine Magnetfluss-Restdichte von etwa 0,5 T oder weniger aufweist.
Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Stator (2) acht Hauptpole (21b) umfasst, die radial angeordnet sind und von denen jeder an der Spitze desselben sechs Induktorzähne (21c) umfasst, und jeder der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) der zwei Rotoreinheiten (3a, 3b) fünfzig Magnetzähne an dem äußeren Umfang desselben umfasst; wobei die sechs Induktorzähne (21c) in Zahnabständen α, β und γ angeordnet sind, wobei der Zahnabstand α einen Abstand zwischen den zwei innersten Induktorzähnen (21c) darstellt, der Zahnabstand β ein Abstand zwischen jedem von zwei dazwischen liegenden Induktorzähnen (21c), die auf der Außenseite der innersten Induktorzähne (21c) angeordnet sind, und einem benachbarten der innersten Induktorzähne (21c) ist, und der Zahnabstand γ ein Abstand zwischen jedem von zwei äußersten Induktorzähnen (21c), die auf der Außenseite der äußersten Induktorzähne (21c) angeordnet sind, und einem benachbarten der dazwischen liegenden Induktorzähne (21c) ist; wobei die Zahnabstände α, β und γ eine Beziehung von (α + 2β + 2γ) < 5c erfüllen, wobei c den Abstand der Magnetzähne des Rotormagnetpols (32, 33, 34, 35) darstellt und sich zumindest der Zahnabstand α von dem anderen Zahnabstand beziehungsweise den anderen Zahnabständen unterscheidet; und sich die vierten harmonischen Komponenten der Permeanzen der sechs Induktorzähne (21c) gegenseitig ausgleichen.
Maschine gemäß Anspruch 6, bei der t1/α, t2/β und t3/γ 0,4 sind, wenn die sechs Induktorzähne (21c) jedes der Hauptpole (21b) Zahnbreiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 in dieser Reihenfolge in einer Drehrichtung des Rotors (3) aufweisen, die Zahnbreiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 bezüglich einer Mittellinie des Hauptpols (21b) symmetrisch bestimmt werden, um Beziehungen t1 = t6, t2 = t5, und t3 = t4 zu erfüllen, sich zumindest eine der Zahnbreiten t1, t2 und t3 von den anderen Zahnbreiten unterscheidet, und ein Wert erhalten wird, indem die Zahnbreite jedes Induktorzahnes (21c) durch den Zahnabstand desselben von einem inneren benachbarten Induktorzahn (21c) dividiert wird.
Verfahren zum Herstellen einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine, die folgende Merkmale umfasst: einen Stator (2) mit einem Statorkern (21), der einen ringförmigen Statorrückschluss (21a) mit einer winkelförmigen oder abgerundeten äußeren Gestalt und 4m Hauptpole (21b) umfasst, die von dem Statorrückschluss (21a) radial vorstehen, wobei m eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei jeder der Hauptpole (21b) Ns Induktorzähne (21c) aufweist, die in regelmäßigem Abstand an einer Spitze desselben angeordnet sind, wobei Ns eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, und einen Rotor (3), der dem Stator (2) über einen Luftspalt gegenüberliegt, wobei der Rotor (3) dahin gehend angeordnet ist, frei drehbar zu sein, und zwei Rotoreinheiten (3a, 3b) umfasst, die in einer axialen Richtung zueinander benachbart sind, wobei jede der Rotoreinheiten (3a, 3b) ein Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) und einen zwischen denselben angeordneten Permanentmagneten (36, 37) umfasst, wobei der Permanentmagnet (36, 37) einer der Rotoreinheiten (3a, 3b) und der Permanentmagnet (36, 37) der anderen Rotoreinheit (3a, 3b) in entgegengesetzten Richtungen entlang der axialen Richtung magnetisiert sind und benachbarte Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) der Rotoreinheiten (3a, 3b) dieselbe Polarität aufweisen, wobei jeder der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) Nr Magnetzähne in regelmäßigem Abstand an einem äußeren Umfang desselben aufweist, wobei Nr eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, wobei das Paar von Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35) jeder der Rotoreinheiten (3a, 3b) so angeordnet ist, dass die Magnetzähne eines der Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) von denen des anderen Rotormagnetpols (32, 33, 34, 35) um die Hälfte des Abstands in einer Umfangsrichtung versetzt sind und die Magnetzähne benachbarter Rotormagnetpole (32, 33, 34, 35) in der axialen Richtung zueinander ausgerichtet sind, wobei sich der Abstand der Induktorzähne (21c) des Stators (2) um etwa 90°/(Ns·Nr) von dem Abstand der Magnetzähne des Rotors (3) unterscheidet, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden einer Mehrzahl von Magnetplatten mittels Stanzens; Drehen jeder der Magnetplatten nacheinander um 90° bezüglich einer benachbarten der Magnetplatten; und Laminieren der gedrehten Magnetplatten, wobei die 4m Hauptpole (21b) symmetrisch und gleichwinklig angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das ein Zusammenbauen des Permanentmagnets (36, 37) mit den Rotormagnetpolen (32, 33, 34, 35), während sie nicht-magnetisiert sind, und nach dem Zusammenbauen ein Durchführen einer Magnetisierung in einer Richtung und ein anschließendes Durchführen einer Magnetisierung in einer dazu entgegengesetzten Richtung, um dadurch nacheinander beide Permanentmagnete (36, 37) in dem Rotor (3) zu magnetisieren, umfasst.