专利名称：多转子机电转换器和用于控制这种转换器的方法
技术领域：
本发明涉及一种机电转换器，该转换器包括一个定子和若干转子，该转换器能够被用来例如驱动时钟的各种显示器，例如当前时刻，日期，每周的星期几，所测定的一段时间，报警时间等。
本发明的目的是提出这样一种转换器，其中各个转子可以相互独立地加以控制，使得它们可以有选择地在它们的两个转动方向中的一个方向或另一个方向上转动，同时具有紧凑的和比较低廉的结构。
此目的是通过形成权利要求1的主题的转换器的特征获得的。
具体地说，两个部分地绕着为转子所设置的开口中的任何一个开口的定子磁极直接地联接到两个横向部分的第一端上，这两个第一端形成由两个线圈分别围绕着的磁铁芯，同样部分地围绕着这个开口的第三定子磁极直接连接到一个横向部分上，该横向部分上未装线圈并且直接连接到装有线圈的两个横向部分的第二端上。
本发明的另一个目的是提出一种以这样的方式控制转换器的方法，即各个转子有选择地在它们的两个转动方向上的一个或另一个方向上相互独立地转动。
此目的是通过所要求保护的控制方法的步骤达到的，他们将在本发明的说明书中详细地解释。
本发明的其他的目的，特征和优点通过对其部分实施例的说明将会变得明了，这些实施例将在后面进行说明。在附图中示意性地示出了只是作为非限制性实例进行说明的这些实施例，其中
图1示出了本发明的转换器的第一实施例；图2至4示出了图1的转换器的操作；图5和6示出了本发明的转换器的其他两个实施例；
图7示出了图6所示转换器的操作。
在图1所示的实施例中，以总的标号1标示的本发明的机电转换器包括一个定子，四个转子和五个线圈。
以标号2标示的定子包括两个主要部分3和4，它们各具有一个第一端3a，4a和一个第二端3b，4b。
照此类推，主要部分3和4的第一端3a和4a所在的定子2的端部就称为所述定子的第一端，主要部分3和4的第二端3b和4b所在的端部就称为定子2的第二端。
定子2还包括九个相互毗邻的横向部分5至13，这九个横向部分都包括一个第一端和一个第二端，它们分别连接到第一主要部分3和第二主要部分4上。主要部分3和4的第一端3a和4a，和第二端3b和4b经横向部分5和13分别连接起来。
重要的是要注意到，一方面部分3和4，另一方面部分5至13只是分别被称为主要部分和横向部分，以便将它们相互区别开来并且简化本说明书。从下面的说明中可以清楚地看出，这样称呼的这些部分中的每一个对于转换器1的构成和工作是与其他部分中的任何一个那样重要和必需的。
而且为了简化本说明书，对横向部分5至13中的每一个给予一个序号，以随意的方式从最靠近转子2的第一端的横向部分5开始，依照这些横向部分在此转子2中的安置顺序予以编号。这样，序号1赋予横向部分5，序号2赋予横向部分6，这样一直编到最靠近转子2的第二端的横向部分13，其序号赋予9。这样就能够区分奇数序号的横向部分，即由标号5，7，9，11和13标示的那些部分，和偶数序号的横向部分，即由标号6，8，10和12标示的那些部分。
应该指出的是，区分成奇数序号的横向部分和偶数序号的横向部分的这种区分，在将序号1赋予横向部分13及将序号9赋予横向部分5后仍保持不变，因为横向部分5至13是奇数个部分。
在本实施例中，转子2开有四个开口14至17，这四个开口都安置在主要部分3上，在偶数序号的横向部分6，8，10和12中的每一个的伸长部分上各有一个。开口14-17具有圆筒的大致的形状，这些圆筒各具有中心轴14a，15a，16a和17a。
转换器1还包括四个转子18-21，它们各穿过开口14-17中的一个。这些转子18-21都可绕一条与它所穿过的开口14-17的轴线相同的轴线自由地转动，这些轴线用与开口同样的标号标示。
下面将不对转子18-21进行详细的说明，因为它们与众所周知的步进电机转子完全相似，这些步进电机转子特别是用在电气时钟中用于驱动例如时间指针。但是，要简单地提及到，这些转子18-21中的每一个都包括一个径向磁化的双极永久磁铁，该磁铁设置在这些转子穿过的开口14-17中。这些永久磁铁在图1中单独地示出，它们分别用标号18a-21a标示。分别垂直于转动轴线14a-17a的磁铁18a-21a的磁力线分别用标号18b-21b标示并且以实线所示的箭头来表示。
转换器1还包括五个线圈22-26，它们各绕在定子2的奇数序号的横向部分5，7，9，11和13中的一个上并且经未示出的连接件连接到转换器1的电子控制电路(也未示出)上，后面将对该控制电路的工作作说明。
熟悉现有技术的人很容易理解到，偶数横向部分6，8，10和12最好与主要部分3和4整体地形成，这些部分是用具有高的磁导率的材料制成的，例如象通常用于制造常规的步进电机的定子所用的材料中的一种。
熟悉现有技术的人还很容易地理解到，分别构成线圈22的磁铁芯的奇数序号的横向部分5，7，9，11和13最好是加到定子2的其余部分上的极片，它们通过象螺钉或铆钉那样的固定装置(未示出)磁性地联接到主要部分3和4上。
因后面将详细解释的原因，主要部分3的两个部分和绕着开口14-17中一个的横向部分6，8，10和12中的一个的部分将称作定子磁极，形成这些开口14-17的内壁的部分的这些定子磁极将称为极性膨胀端。绕着开口14-17的定子磁极分别用标号27-29，30-32，33-35和36-38标示的，定子磁极28，31，34和37分别是横向部分6，8，10和12的一部分，其他的定子磁极都是主要部分3的一部分。由定子磁极27-38的端部形成的极性膨胀端分别用标号27a-38a来标示。
同样是为了简化本说明书的目的，是主要部分3的一部分的定子磁极和处于主要部分端部的极性膨胀端将称为主定子磁极和极性膨胀端。同样，是偶数序号的横向部分的一部分的定子磁极和处于主要部分的端部的极性膨胀端被称为横向定子磁极和极性膨胀端。
主要部分3和偶数序号的横向部分6，8，10，12的尺寸，以及这些部分与开口14-17的相对结构布置是这样选择，即将绕着这些开口中的每个开口的三个定子磁极成对地隔开足够小的区域，使得它们的磁阻比定子2的其他部分的磁阻高得多，以便在磁性上隔开所述三个定子磁极。这些高磁阻区域常常称为颈部。
而且，这些尺寸和此种结构布置以这样一种方式选择，使得部分地绕着每个开口14-17的两个主极性膨胀端相对于一个包含此开口的轴线14a-17a的平面是对称的，该平面穿过也部分地绕着此同一开口的横向极性膨胀端的中部，并且此横向极性膨胀端自身相对于该平面也是对称的。开口14-17的对称的四个平面分别用符号A-D来标示，它们在图1的平面中的轨迹用点划线来表示。
可以看出，每个主定子磁极直接联接到形成线圈22-26的磁铁芯的横向部分，即图1所示实施例中的非偶数序号横向部分中的一个的第一端部上。
而且，所有的横向定子磁极都直接连接到未装有线圈的横向部分，即图1所示实施例中的偶数序号的横向部分中的一个的第一端上。
转换器1还包括用于对转子18-21进行定位的装置，这些装置被安置成使得这些转子中的每一个具有两个停留位置，或最小能量位置，并且这两个位置是磁铁18a-21a的磁力线18b-21b分别处在上面所定义的对称平面A，B，C或D中的位置。
换句话说，转子18-21中的每一个的定位装置这样安置，使得在此转子的两个停留位置中，此磁铁的磁力线的方向通过处在单个定子磁极的端部处的极性膨胀端的中部，此定子磁极没有直接连接到来自三个绕着其中安置有此类转子的开口的定子磁极的线圈的磁铁芯上。
在本实施例中，每个转子18-21的定位装置是有两个缺口形成的，在部分地绕着这个转子的主极性膨胀端中的一个上各有一个缺口，这两个缺口还相互对称于对称平面A，B，C或D。
在图1中，还示出转子18-21的磁铁18a-21a处在这些转子的两个停留位置上，其中磁力线18b-21b的取向朝着在直径上与相应的横向极性膨胀端28a，31a，34a或37a相反的颈部。转子18-21的此停留位置被随意地称作第一停留位置。转子18-21的另一个停留位置，即它们的磁铁18a-21a的磁力线18b-21b朝着相应的横向极性膨胀端28a，31a，34a或37a的中部时的停留位置显然应被称为第二停留位置。
下面将结合附图2-4对转换器1的工作进行说明。转换器1的电子控制电路(未示出)被这样安置，以便将线圈22-26，或这些线圈中的某一些连接到一个用于时间限定周期的电源(也未示出)上，这将在后面作详细的说明。换句话说，转换器1的控制电路被安置成将脉冲施加到线圈22-26上，这些脉冲通常被称为控制脉冲。
如后面将详细说明的那样，这些控制脉冲中的某一些是要使转子18-21中的一个或另一个转动因而它们被称为驱动脉冲。同样，这些脉冲的某些其他的脉冲如果必要的话，是要弥补驱动脉冲的不良的效应，因而被称为补偿脉冲。
而且，为了避免无用的重复，允许在驱动脉冲或补偿脉冲期间供给线圈22-26中的一个或另一个的电能大到足以达到所希望的效应。
响应施加到线圈中的控制脉冲而流过线圈中的电流在定子2的构成此线圈的磁铁芯的横向部分中感应生成一个磁场，此磁场的方向显然取决于此电流的方向，从而取决于此控制脉冲的极性。在下面的说明中，这样一种控制脉冲被随意地称为正控制脉冲，即其极性使得在该脉冲被施加到一个线圈中时，在线圈的磁铁芯中感应生成的磁场的方向是从连接到主要部分4上的此磁铁芯的一端朝着该磁铁芯的另一端，即连接到主要部分3上的一端。感应生成的磁场具有与上面所描述的方向相反的方向的控制脉冲被称为负控制脉冲。
为了简化下面的说明，允许转换器1的控制电路也以这样的方式安置，即响应施加到线圈22-26上的控制脉冲而流过这些线圈的电流在此种脉冲的整个过程中实际上是恒定的。但是，熟悉现有技术的人可以看出，这并不是转换器1的正常工作的状态，而且转换器1的控制电路也可以例如这样来安排，即施加到线圈22-26上的电压在控制脉冲的整个过程中是恒定的。另外，熟悉现有技术的人知道各种各样的转换器供电装置，特别是钟表型的，它们具有各种优点，例如最小的耗能，并且还可以实现对本发明的转换器的控制。
在线圈22中流动的电流在横向部分5中感应生成一个由标号51标示的磁场，其在定子2中的矢量在图2中用虚线表示。
磁场51流过一个闭合的磁路，该磁路除了横向部分5外，还包括定子磁极27，开口14和磁铁18a，然后是平行的定子磁极28和一侧的横向部分6，定子磁极29，和另一侧上的横向部分7，以及最后的主要部分4的一部分。
在开口14和磁铁18a中的磁场51的矢量用标号51a标示。磁场51的此矢量51a与开口14的对称平面A形成一个钝角，该角的数值取决于中心处的角度值的数值，该中心上一方面延伸有极性膨胀端27a和29a，另一方面延伸有极性膨胀端28a。实际上，此钝角在约110°和约160°之间，其准确的数值象常规步进电机那样选择，它是这样一些特征的函数，这些特征是当转换器1以后面将要描述的方式工作时希望由转子18提供的驱动扭矩具有的特征。
应该注意到，开口15的磁阻要比横向部分7的磁阻大得多。由此可以得出结论响应流过线圈22中流过的电流而通过此开口15的磁场是如此的弱以致是可以忽略的。
允许在转子18处在其第一停留位置上时开始，如图1和2所示那样。
如果转换器1的控制电路将正的驱动脉冲施加给线圈22，磁场51具有就具有由箭头标示的方向，箭头由表示该磁场的虚线表示。
可以看出，在这些情况下，在磁场51的和磁铁18a的磁场的开口14中的相互作用会使后者，以及转子18受到一个导致此转子18在箭头52的方向上，即在一般称为负方向的方向上转动的扭矩。在此驱动脉冲结束时，转子18就达到其转动了180°的第二停留位置上。
还可以看出，但没有必要详细地说明，如果转换器1的控制电路将另一驱动脉冲施加到线圈22上，该脉冲具有与前一脉冲相反的极性，即负驱动脉冲，转子18又会在负的方向上转动180°，在此负驱动脉冲结束之后再次处在其第一停留位置上。
因此，施加到线圈22上的极性交替变换的驱动脉冲通过180°的连续步进导致转子18在负方向上转动。
如前面已经提及的那样，响应施加到线圈22上的控制脉冲而通过开口15和磁铁19a的磁场是可以忽略的。施加到线圈22上的驱动脉冲为了使转子18如前面所解释的那样在负方向上转动，因此不会对对转子19产生效应，对转子20和21的效应甚至更小。
总的说来，可以看出，单独施加到线圈22上的极性交替变换的驱动脉冲会导致转子18，并且只导致后者在负方向上转动。
流过线圈23的电流会在横向部分7中感应生成一个由标号53标示的磁场，该磁场在定子2上的矢量方向在图3中是以虚线表示的。
由标号531标示的磁场53的第一部分通过一个闭合的磁路，该磁路除了横向部分7外，还包括定子磁极30，开口15和磁铁19a，接着还并联有在一侧上的定子磁极31和横向部分8，及另一侧上的定子磁极32和横向部分9，最后还有主要部分4的一部分。
磁场53的此第一部分531在开口15中的由标号531a标示的矢量与对称平面B形成一个钝角，该钝角的数值实际上也是约介于110°和160°之间。
由标号532标示的磁场53的第二部分通过另一个闭合的磁路，该磁路除了横向部分7外，还包括定子磁极29，开口14和磁铁18a，接着还并联有在一侧上的定子磁极27和横向部分5，另一侧有定子磁极28和横向部分6，最后还有主要部分4的一部分。
开口14中的磁场53的这个第二部分532的由标号532a标示的矢量与对称平面A形成一个钝角，该钝角相对于此平面A对称于在图2所示的情况中由磁场51的矢量51a形成的钝角。
应该指出，磁场53的部分531和532分别通过的磁路的磁阻是基本上相等的，因此这两个部分531和532也是基本上相等的。另一方面，开口16的磁阻远大于横向部分9的磁阻。因此，响应流过线圈23中的电流通过这个开口9中的磁场是可以忽略不计的。
当转换器1的控制电路将正的驱动脉冲施加给线圈23时，磁场53具有由表示此磁场的虚线所示的箭头所示的方向。
可是看出，如果转子在此正驱动脉冲开始时处在其第一停留位置时，在磁场53的部分531和磁铁19a的磁场在开口15中的相互作用使磁铁19a，从而使转子19受到一个扭矩，该扭矩使转子19在箭头54的方向上，即在负的方向上转动，这样，在此驱动脉冲结束时，转子19在转动了180°后就到达其第二停留位置上。
还可以注意到，如果转换器1的控制电路随后将一个负驱动脉冲施加到线圈23上，则转子19会再次在负方向上转动并且在此负驱动脉冲结束时也再次处在其第一停留位置。
因此施加到线圈23上的极性交替变换的驱动脉冲通过180°的连续步进导致转子19在负方向上转动。此外，施加到线圈23上的这些驱动脉冲对转子20没有产生效应，对转子21的效应更小，因为响应在此线圈23中流过的电流而通过开口16的磁场是非常弱的。
如前面已经看到的那样，磁场53的两个部分532和532是基本上相等的。如果施加到线圈23上的驱动脉冲如刚刚描述的那样导致转子19转动，因此这些驱动脉冲同时导致转子18转动就是完全可能的，甚至是会发生的。但是，在开口14中的磁场53的矢量532a是相对于由线圈22中流过的电流产生的磁场51的矢量51a的平面对称的(见图2)。响应施加到线圈23中的驱动脉冲而使转子18承受的扭矩因此具有与在将驱动脉冲施加到线圈22上时所具有的方向相反的方向。因此，施加到线圈23上的驱动扭矩会导致转子18在图3中箭头55所示的负方向上转动。
如前面可看到的那样，在线圈22中流过的电流在定子2的横向部分中感应生成一个磁场。此磁场在图3中是用点划线表示的，并且在此情况下是用标号56表示的。
磁场56所通过的磁路显然是与图2所示情况中的磁场51所通过的磁路相同的，此处就不再进行说明。只是简单地提及到，开口14中和磁铁18a中的此磁场56的矢量是由标号56a标示的。
此矢量56显然具有与图2的磁场51的矢量51a相同的方向，并且此方向因此是相对于平面A与磁场53的矢量532a的方向对称的。
如果驱动脉冲，例如正脉冲，被施加到线圈23上以便使转子19以前面描述的方式转动，并且如果控制脉冲，也是正脉冲，同时被施加到线圈22上，开口14中的磁场53和56的相应的矢量532a和56a相对于平面A具有相互对称方向。此外，这些矢量532a和56a相对于与此平面A垂直的方向具有相反的方向。因此，如果两个磁场532和56具有相等的绝对值，磁铁18a的磁场在开口14中与这些磁场532和56的相互作用分别导致的扭矩在绝对值上是相等的并且具有相反的方向。因此，这两个扭矩相互抵消，转子18不管处在何位置上都保持不动。
在此情况下施加到线圈22上的控制脉冲因此是补偿施加到线圈23上的驱动脉冲在转子18上的效应以便使转子19转动的补偿脉冲。
显而易见，当转换器1的控制电路施加一个负驱动脉冲以便使转子19从其第二停留位置转动到其第一停留位置时，此控制电路必须同时将一个负补偿脉冲施加到线圈22上以便防止转子18的任何转动。
总的来说，为了使转子19在负方向上转动，转换器1的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈23上。如果还希望使这个转子19应该是响应这些驱动脉冲而转动的唯一一个转子，转换器1的控制电路就将具有与这些驱动脉冲同样的极性的补偿脉冲施加到线圈22上，补偿脉冲的施加与驱动脉冲的施加是同步的。换句话说，施加到线圈22上的补偿脉冲是与施加到线圈23上的驱动脉冲同相的。
根据前面所给出的解释，熟悉现有技术的人很容易看出，但没有必要详细解释，为了使转子20在负方向上转动，转换器1的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈24上。这些驱动脉冲对转子21没有效应。另一方面，这些驱动脉冲作用在转子19上倾向于使其在正方向上转动。为了避免此效应，转换器1的控制电路必须将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈23上。
但是，施加到线圈23上的补偿脉冲还作用在转子18上倾向于使其也在正的方向上转动。为了避免此效应，转换器1的控制电路必须将与施加到线圈23上的脉冲同相，并因此而与施加到线圈24上的驱动脉冲也同相的另外的补偿脉冲施加到线圈22上。
熟悉现有技术的人还可以看出，为了使转子21在负方向上转动，转换器1的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈25上。而且，如果转子21必须是唯一一个转动的转子，转换器1的控制电路将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈22，23和24上。
在线圈26中流动的电流在横向部分13上感应生成一个由标号61标示的磁场，其矢量在图4中是用虚线示意性地表示的。
磁场61通过一个闭合的磁路，该磁路除了横向部分13外，还包括定子磁极38，开口17以及磁铁21a，然后并联有在一侧的定子磁极37和横向部分12，和在另一侧的定子磁极36和横向部分11，最后还有主要部分4的一部分。
磁场61在开口17和磁铁21a中的矢量由标号61a表示。磁场61的此矢量61a相对于对称平面D形成有一个钝角，该钝角的数值取决于一方面是极性膨胀端36a和38a，另一方面是极性膨胀端39a在其上延伸的中心处的角度的数值。
应该注意到，此矢量61a的方向是相对于平面D与由在线圈25中流动的电流在定子2中感应生成的磁场在开口17中的矢量(未在图4中示出)的方向对称的。
还应该注意到，开口16中的磁阻是远大于横向部分11中的磁阻的。因此可以得出这样的结论，即响应在线圈26中流过的电流而通过此开口16的磁场是可以忽略不计的。
当转换器1的控制电路将一个正驱动脉冲施加到线圈26上时，磁场61具有由表示该磁场的虚线代表的箭头所示的方向。
可以看出，如果转子21处在其第一停留位置上时，磁场61和磁铁21a的磁场在开口17中的相互作用会使后者，并因此使转子21受到一个使转子21在箭头62所示方向，即正方向上转动的扭矩。
在此驱动脉冲结束时，转子21在已经在正方向上转动180°后到达其第二停留位置上。
还可以看出，如果转换器1的控制电路随后将一个负驱动脉冲施加到线圈26上，转子21会在正方向上再次转动180°，从而在此驱动脉冲结束时再次处在其第一停留位置上。
因此，施加到线圈26上的极性交替变换的驱动脉冲通过180°的连续步进导致转子21在正方向上转动。而且，施加到线圈26上的这些驱动脉冲不会对转子21产生效应，对转子18和19的效应就更小了。
此处不对控制转换器1使得转子18-20转动的方式进行详细的说明了，因为从前面给出的说明中可以很容易地推出如何使这些转子在负方向上转动以及如何使转子21在正方向上转动的方法。
但是，要简单地提及的是，为了使转子20在正方向上转动，转换器1的控制电路要将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈25上。如果此转子20必须是唯一转动的转子，控制电路就要将与施加到线圈25上的驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈26上。
同样，为了使转子19在正方向上转动，控制电路就要将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈24上，并且如果此转子必须是唯一一个转动的转子，则控制电路就要将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈25和26上。
最后，为了使转子18在正方向上转动，控制电路要将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈23上，并且如果此转子必须是唯一一个转动的转子的话，控制电路就要将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈24，25和26上。
要指出的是，熟悉现有技术的人在前面揭示的内容的基础上，就处在能够设想出本发明的转换器的各种操作命令，使得两个或更多个转子在确定的方向上同时转动的位置上。
在图5所示的实施例中，本发明的由标号71标示的机电转换器象图1所示的转换器那样，包括一个由标号72标示的定子，四个转子和五个线圈。
定子72还包括两个分别由标号73和74标示的主要部分，和九个横向部分。这些横向部分类似于图1所示的定子2的横向部分5-13，并且用同样的标号标示。
而且，一方面主要部分73和74，另一方面横向部分5-13以与图1所示的定子2的相应的部分同样的方式加以安排和相互连接。
定子72还制有四个由标号75-78标示的开口，这些开口都具有圆筒的大致形状。这些圆筒的轴线由标号75a-78a标示。
在第一主要部分73上只安排有两个开口75和77，另两个开口76和78则安排在第二主要部分74上。
但是，如图1的情况那样，四个开口75-78分别被安排在偶数序号的横向部分6，8，10和12的伸长部分上。
转换器71还包括四个转子，每个转子穿过开口75-78中的一个，它们可以绕开口的轴线75a-78a自由地转动。这些转子类似于图1所示的转换器1的转子18-21，并且用与它们相同的标号加以标示。
而且，如图1所示那样，从图5中只能看到这些转子18-21的永久磁铁18a-21a，其中它们所产生的磁场的矢量也是用由标号18b-21b分别标示的实线表示的箭头来表示。转换器71还包括五个类似于转换器1的线圈22-26的线圈，它们用与线圈22-26同样的标号标示，并且每个线圈绕在奇数序号的横向部分5，7，9，11和13上。
显然，如图1所示的定子2那样，这些构成线圈22-26的磁铁芯的奇数序号的横向部分最好也是添加到定子72的其余部分上的部分，而偶数序号的横向部分6，8，10和12最好是与主要部分73和74为一个整体。
如图1所示的转换器1的情况那样，开口75-78中的每一个由三个分别用标号79-81，82-84，85-87，和88-90标示的定子磁极围绕着的。定子磁极79，81，85和87是由主要部分73的部分形成的，定子磁极82，84，88和90是由主要部分74的部分形成的，和定子磁极80，83，86和89是由偶数序号的横向部分6，8，10和12形成的。
转换器71将不作详细的说明，因为其结构完全类似于图1所示的转换器1的结构，不同的特别零件将在下面进行说明。
要简单地指出的是，转换器71还包括用于使转子18-21的定位的装置，并且这些装置也以这样的方式来安排，即磁铁18a-21a的磁力线18b-21b分别处在开口75-78的对称平面A-D上。
转换器71的工作原理也不作详细的说明了，因为它可以从图1所示的转换器1的工作原理(前面已描述)很容易地推导出。
还要简单地指出的是，如图1的情况那样，分别施加到转换器71的线圈22，23，24或25上的驱动脉冲会导致转子18，19，20和21在第一方向上转动，而分别施加到这个转换器71的线圈23，24，25或26上的驱动脉冲会导致转子18，19，20和21在第二方向转动。转子18和20的第一方向和第二方向分别是负方向和正方向，如图1的情况那样。另一方面，对于转子19和21，它们的第一和第二方向分别是正方向和负方向，即出现在图1所示的转换器1的情况的相反情况。
显然可见的还有，补偿脉冲必须以与图1所示的转换器1的情况同样的方式施加到某些线圈上，以便避免驱动脉冲试图使一个转子转动而导致另一个转子转动的倾向。
熟悉现有技术的人将很容易看出，在转换器71的另一个实施例中，安置在定子上的开口可以以与图5已经图示出的方式不同的方式分布。
因此，例如，两个开口可以安置在主要部分中的一个上处在前两位的两个偶数序号的横向部分6和8的延伸部分上，而其他两个开口被安置在另一主要部分上面朝后两位的偶数序号的横向部分10和12。
仍然作为例子，两个开口可以被安置在主要部分中的一个上处在首位的和末尾的偶数横向部分6和12的延伸部分上，而其他两个开口被安置在另一个主要部分上处在第二和第三横向部分8和10的延伸部分上。
同样，在主要部分中的一个上可以安排三个开口，第四个开口安置在另一个主要部分上。
在图6示意性地示出的实施例中，本发明的由标号101标示的机电转换器还包括一个由标号102标示的定子，四个转子和五个线圈。
定子102还包括两个主要部分103和104和九个类似于图1所示的转换器1的横向部分5-13的横向部分，它们用同样的标号标示。一方面是主要部分103和104，另一方面是这些横向部分5-13以与图1所示的定子2的对应的部分同样的方式安排和相互连接起来。
定子2还开有四个由标号105-108标示的开口，这些开口都具有圆筒的大致形状，这些圆筒的轴线分别用标号105a-108a标示。这四个开口105-108都被安置在主要部分103上，每个都处在偶数序号的横向部分6，8，10和12中的一个的延伸部分上。
转换器101的四个转子类似于图1所示的转换器1的转子18-21并且用与这些转子同样的标号标示。这些转子18-21中的每一个穿过开口105-108中的一个，其中它在绕相应的轴线105a-108a转动时是不会移动的。
如图1所示那样，在图6中只可以看到这些转子18-21的永久磁铁18a-21a。由这些磁铁中的每一个生成的磁场的矢量也是用分别由标号18b-21b表示的实线表示的。
转换器101的五个线圈类似于转换器1的线圈22-26并且是用与后者同样的标号标示的。
同样如转换器1中那样，转换器101的线圈23，24和25都分别绕着奇数序号横向部分7，9，和11中的一个。另一方面，线圈22和26分别绕着偶数序号的横向部分6和12。
在此种情况下，构成线圈22-26的磁铁芯的横向部分6，7，9，11和12显然最好是添加到定子102的其余部分上的片体，而其他的横向部分5，8，10和13最好是与主要部分103和104为一个整体。
绕着三个开口105-108的定子磁极109-120和处在它们相应端处的极性膨胀端109a-120a此处将不作详细的说明，因为它们的构成和布置完全与图1所示的定子2的定子磁极27-38和极性膨胀端27a-38a的构成和布置类似。特别是，如图1的定子2中那样，绕着开口105-108的三个定子磁极由具有非常高的磁阻的颈部成对隔开。在图6中说明的实施例的定子102与图1所示的定子的不同之处具体地在于两个定子磁极109和120是经一个第三主要部分140而磁偶合，这样就在第一主要部分103和此第三主要部分140之间形成一个开口142。因此定子102可以在所有的方向上延伸以便具体地用于使用本发明的转换器的装置的各种零件的安装。
而且，部分地绕着开口105-108中的每一个的两个极性膨胀端是相对于包含有此开口的轴线105a-108a并且通过也是部分地绕着此同一开口的横向极性膨胀端的中部的平面是相互对称的，该极性膨胀端自身也是相对于该平面对称的。这四个对称平面用标号A-D表示，它们在图6的图面中的轨迹部分地用点划线表示。
转换器101还包括用于使转子18-21定位的装置。构成转子19-21中的每一个的定位装置的两个缺口如图1所示的转换器1中那样分别相对于对称平面B和C是相互对称的。因此，这些转子19和20的磁铁19a和20a的磁力线19b和20b当这些转子19和20处在它们的停留位置中的一个或另一个位置上时，就分别处在平面B和C上。与图1所示的情况进行对照，这些转子19和20在磁力线19b和20b指向在直径上与横向极性膨胀端113a和116a相对的颈部时的位置被随意地称为第一停留位置。显然，转子19和20的第二停留位置是磁力线19b和20b分别指向这些极性膨胀端113a和116a的中部时的位置。
在此实例中构成对转子18进行定位的装置的缺口一方面相对于包含有开口105的轴线105a并且通过极性膨胀端109a的中部的平面相互对称的。此平面由符号A′标示，其在图6的图面中的轨迹部分地用点划线来表示。当转子18处在其两个停留位置中的一个或另一个位置上时，其磁铁18a的磁力线18b因此而处在此平面A′上。
转子18如图6所示那样当磁力线18b指向在直径上与极性膨胀端109a的中部相对的点位时的位置随意地被称为第一停留位置。同样，在这些磁力线18b指向此极性膨胀端109a的中部时的位置被称为第二停留位置。
类似地，在此实例中构成转子21的定位装置的缺口是相对于包含开口108的轴线108a并且通过极性膨胀端120a的中部的平面相互对称的。此平面由符号D′表示，其在图6的图面中的轨迹部分地用点划线来表示。当转子21处在其两个停留位置中的一个或另一个位置上时，此磁铁21的磁力线21b因此会处在此平面D′上。
转子21如图6所示那样当磁力线21b指向在直径上与极性膨胀端120a的中部相对的点位时的位置被随意地称为第一停留位置。同样，磁力线指向极性膨胀端120a时的位置被称为转子21的第二停留位置。
在转换器101的线圈22中流动的电流在横向部分6中感应生成一个磁场131，该磁场的矢量在图7中用虚线示意性地表示。
磁场131通过定子磁极110并且穿过将其分隔成两部分131a和131b的开口105。磁场131的部分131a经定子磁极109从开口105中出来，并且通过横向部分5和通过主要部分104的一部分而加入横向部分6中。磁场131的部分131b经定子磁极11从开口105中出来，并且通过横向部分7和通过主要部分104的一部分而加入到横向部分6中。
此磁场131在开口105和磁铁18a中的由标号131c标示的矢量处在开口105的对称平面A上。
当转换器101的控制电路将正驱动脉冲施加到线圈22上时，磁场131具有由表示此磁场的虚线所带有的箭头标示的方向。
如果转子18处在其第一停留位置上时，它会受到使其在箭头132的方向上，即在正方向转动的扭矩。在此正驱动脉冲结束时，转子18因此就在在正方向上转动了180°之后到达其第二停留位置。
然后如果转换器101的控制电路将一个负驱动脉冲施加到线圈22上的话，转子18在正方向上再次转动180°，并且在此驱动脉冲结束时会再次处在其第一停留位置上。
因此，可以看出，施加到转子22上的极性交替变换的驱动脉冲通过180°的连续步进导致转子18在正方向上转动。
由于与在图2中所示的情况中给出的原因类似的原因，施加到线圈22上的驱动脉冲如已经说明的那样对转子19没有影响，当然对转子20和21也没有影响。
由在线圈23中流动的电流在横向部分7中感应生成的磁场形成了与由图3中所示的情况中所描述的磁场所形成的磁路完全同样的磁路。此磁路因此在此处没有再作说明。
如图3所示的情况那样，施加到转换器101的线圈23上的极性交替变换的驱动脉冲会导致转子19在负方向上转动。
但是，响应这些驱动脉冲在横向部分7中感应生成的磁场在开口105中的矢量与平面A′形成一个钝角，当转子18处在其两个停留位置中的一个或另一个位置上时，磁铁18a的磁力线18b处在该平面上。转子18因此还可以响应施加到线圈23上的驱动脉冲在负方向上转动。
如果希望使转子19是响应这些驱动脉冲而转动的唯一一个转子的话，因此，转换器101的控制电路就必须还将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈23上，如图3中所示的情况那样。
对照前面已经说明情况，可以很容易地看出，如果转换器101的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈24上，转子20会在负方向和转动。而且，如果此转子20必须是转动的唯一一个转子，则转换器101的控制电路必须将与施加到线圈24上的这些驱动脉冲施加到线圈22和23上。
还可以看出，如果转换器101的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到线圈25上，转子21会在正方向上转动，并且如果此转子21必须是转动的唯一一个转子的话，转换器101的控制电路必须将与施加到线圈25上的这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到线圈22，23和24上。
在转换器101的线圈26中流动的电流在横向部分12上感应生成一个磁场133，该磁场的矢量在图7中也是以虚线示意性地表示的。
磁场133通过定子磁极119并且穿过将其分隔成两部分133a和133b的开口108。磁场133的部分133a经定子磁极120从开口108中出来，并且通过横向部分13和通过主要部分104的一部分而加入到横向部分12内。磁场133的部分133b经定子磁极118从开口108中出来，并且通过横向部分11和通过主要部分104的一部分而加入到横向部分12内。
在开口108和磁铁21a中的磁场133的由标号133c标示的矢量处在开口108的对称平面D上。
当转换器101的控制电路将正驱动脉冲施加到先决26上时，磁场133具有由表示此磁场的虚线带有的箭头所示的方向。
这样如果转子21处在其第一停留位置上时，它会受到使其在箭头134的方向，即在负方向上转动的扭矩。在此驱动脉冲结束时，转子21因此会在在负方向上已经转动180°后到达其第二停留位置。
随后如果转换器101的控制电路将一个负驱动脉冲施加到线圈26上，转子21会在负方向上再次转动180°并且因此会在此驱动脉冲结束时再次处在其第一停留位置上。
因此可以看出，施加到线圈26上的极性交替变换的驱动脉冲通过180°的连续步进导致转子21在负方向上转动。
由于与在图2中所示的情况中给出的原因同样的原因，施加到线圈26上的驱动脉冲如已经说明的那样，对转子20没有影响，对转子18和19也没有影响。
控制转换器101以便使转子19和20在正方向转动以及使转子18在负方向转动的的方式此处就不作详细的说明了，因为它可以很容易地从前面给出的解释中推导出来。
应该指出的是，在转换器101的另一个实施例中，线圈22和26中只有一个被安置在相应的偶数序号的横向部分6或12上，而这两个线圈22和26中的另一个被安置在相应的奇数序号横向部分5或13上，如在图1和5中的实例中的情况那样。
而且，开口105-108中的一个或多个还可以被安置在定子102的第二主要部分104上。
在这种情况下，处在安置在第二主要部分104上的这些开口中的每个开口中的转子的转动方向是与前面描述的实例中的方向相反。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对该机电转换器(其各个实施例已在前面作了描述)作出各种变更。
具体地说，本发明的转换器的定子可以包括多个开口而不是四个，该数目可以是等于或大于二的任何数字。
以最概括的方式来说，如果设置在这种转换器的定子的两个主要部分中的一个或另一个上的开口的数目以“N”表示，此数目“N”当然也是此转换器的转子的数目，这样，转换器包括(N+1)个线圈，并且其定子包括(2N+1)个横向部分，其中N个是偶数序号的，(N+1)个是奇数序号的。N个开口中的每一个设置在N个偶数序号的横向部分中的一个的延伸部分上。
如前面对横向部分已经作的那样，可以将设置在该转换器的定子中的N个开口的每一个编以序号，从而使通过这些开口的N个转子也编有序号。
因此，序号1将赋予最靠近转换器的第一端的开口。此开口是设置在具有最小偶数序号，即序号2的横向部分的延伸部分上。序号1当然也是赋予通过序号为1的开口的转子。序号2因此赋予安置在序号为4的横向部分，即第二偶数序号的横向部分的延伸部分上的开口，依此类推，如果必要的话，一直编到赋予最靠近定子的第二端的开口，即设置在第N个偶数序号的横向部分延伸部分上的开口的序号N为止。序号2至N显然也分别赋予通过序号2至N的开口的转子。
在前面借助图1，5和6所描述的所有的实例中，转子18-21因此分别是序号为1至4的转子。
序号还可以以同样的方式赋予转换器的(N+1)个线圈中的每一个。因此序号1赋予最靠近此转换器的定子的第一端的线圈，序号2赋予挨着的下一个线圈，依此类推，直至最靠近定子的第二端的线圈为止，该线圈赋予序号(N+1)。
在前面所描述的所有的实例中，线圈22-26因此分别有1-5的序号。
还应该注意到，在本发明的转换器的所有的实施例中，每个转子都是由分别处在三个定子磁极的端部处的三个极性膨胀端围绕着。这些定子磁极中的两个被直接连接到构成线圈的磁铁芯横向部分上，第三个定子磁极被直接连接到没有装有线圈的横向部分上。
而且，转子的定位装置总是以这样的方式设置，使得转子具有两个停留位置，并且在这两个停留位置中的每一个位置上，它们的磁铁的磁力线的方向是通过处在刚刚提及的第三个定子磁极的端部处的极性膨胀端的中部。
控制本发明的转换器的方法如前面已经定义的那样可以概括如下为了使序号为i的转子在其第一方向上转动，其中1≤i≤N，转换器的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到具有同样序号i的线圈上。如果i＞1并且如果此序号为i的转子必须是唯一一个转动的转子，则控制电路还要将与施加到序号为i的线圈上的驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号小于i的各个线圈上。
为了使序号为i的转子在其第二方向上转动，该转换器的控制电路将极性交替变换的驱动脉冲施加到序号为(i+1)的线圈上。如果i＜N并且如果此序号为i的转子必须是唯一一个转动的转子的话，控制电路还要将与施加到序号为(i+1)的线圈上的驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号大于(i+1)的各个线圈上。
应该注意到，一个转子的转动的第一方向根据转换器的各个零件的布置，转子在这个转换器中的位置，以及在将序号赋予此转子时选择为第一端的定子的端部，可以是负方向或正方向。
换句话说，转子的第一转动方向可以例如是正方向，而同一转换器的另一个转子的第一转动方向则是负方向。
在也可以对前面所描述的转换器作出的所有变更中，还会注意到到给予定子的与图1-7中所示出的形状不同的形状的变更。很容易看出，此总的形状可以是任何形状，并且还注意到此定子的各个部分可以处在不同的平面内，这些平面相互可以是平行的，也可以是不平行的。
还会注意到，变更还包括确保中心处的角度与前面实例中的情况中的角度是不相等的，部分地绕着设置在本发明的转换器的定子上的开口的一个或另一个的两个主极性膨胀端通过该中心。
权利要求
1.一种机电转换器，该转换器包括一个定子(2；72；102)，其中设置有N个基本上圆筒形的开口(14-17；75-78；105-108)，每个开口形成有一个中心轴线(14a-17a；75a-78a；105a-108a)，N是等于2或大于2的任何数目；多个线圈(22-26)；和N个转子(18-21)，每个转子通过所述开口(14-17；75-78；105-108)中的一个，每个转子具有与其所通过的开口的中心轴线(14a-17a；75a-78a；105a-108a)相同的转动轴线，并且包括一个设置在此开口中的双极永久磁铁(18a-21a)，该磁铁的磁力线垂直于该转动轴线；其特征在于该定子(2；72；102)包括两个主要部分(3，4；73，74；103，104)，每个主要部分具有两端和2N+1个横向部分(5-13)，每个横向部分具有两个分别磁偶合到其中一个主要部分和另一个主要部分(3，4；73，74；103，104)的端部，该N+1个横向部分(5-13)各具有一个在该转换器内从1到2N+1的确定序号；N个开口(14-17；75-78；105-108)中的每一个设置在该主要部分(3，4；73，74；103，104)中的一个上处在偶数序号的横向部分(6，8，10，12)中的一个的延伸部分处，并且由三个定子磁极(27-38；79-90；109-120)围绕着，每个磁极结束于一个极性膨胀端(27a-38a；79a-90a；109a-120a)上，此定子磁极中的两个由该主要部分(3，4；73，74；103，104)的一部分形成，而该定子磁极中的第三个由所述相应的偶数序号的横向部分(6，8，10，12)的一部分形成，该N个开口(14-17；75-78；105-108)各具有一个从1至N中的序号，序号1赋予设置在序号为2的横向部分延伸部分上的开口，序号赋予设置在序号为4的横向部分的延伸部分上的开口，依此类推，直至设置在序号为2N的横向部分的延伸部分上的开口，该开口赋予序号N，N个转子(18-21)中的每一个都具有与其所通过的开口相同的序号；所述多个线圈(22-26)包括有N+1个线圈，每个线圈绕着一个不同的横向部分(5-13)，并且各具有一个从1至N+1中的序号，序号为1的线圈绕着序号为1或2的横向部分中的一个，序号为N+1的线圈绕着序号为2N或2N+1的横向部分中的一个，其他的线圈各绕着其他的奇数序号的横向部分中的一个。
2.如权利要求1所述的机电转换器，其特征在于该N个开口(14-17；75-78；105-108)都设置在同一主要部分(3；103)上。
3.如权利要求1所述的机电转换器，其特征在于所述开口(75，77)中的至少一个设置在该主要部分中的一个(73)上，其他的开口(76，78)设置在另一个的主要部分(74)上。
4.如权利要求1所述的机电转换器，其特征在于序号为1的线圈绕着序号为1的横向部分。
5.如权利要求1所述的机电转换器，其特征在于序号为1的线圈绕着序号为2的横向部分。
6.如权利要求1所述的机电转换器，其特征在于该转换器还包括用于对所述转子(18-21)进行定位的装置，所述转子以这样方式设置，使得每个转子具有两个停留位置，在每一个停留位置上，其永久磁铁的磁力线处在一个包含其转动轴线并且基本上通过终止于三个绕着此转子所通过的开口的定子磁极中的一个处的极性膨胀端的中部，该一个定子磁极直接连接到没有装有线圈的横向部分上。
7.用于控制如权利要求1所述的机电转换器的方法，其特征在于该方法包括下列步骤将极性交替变换的驱动脉冲施加到序号为i的线圈上，以便使序号为i的转子在其第一转动方向上转动，并且如果i大于1的话，同时将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号小于i的各个线圈上；将极性交替变换的驱动脉冲施加到序号为i+1的线圈上以便使序号为i的转子在其第二转动方向上转动，并且如果i+1小于N的情况下，同时将与这些驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号较大的各个线圈上。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于当将驱动脉冲施加到序号为i的线圈上以便使序号为i的转子在其第一方向上转动时，如果i大于1，将与所述驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号小于i的各个线圈上，并且当驱动脉冲施加到序号为(i+1)的线圈上以便使序号为i的转子在其第二方向上转动时，如果i小于N，将与所述驱动脉冲同相的补偿脉冲施加到序号大于i的各个线圈上。
全文摘要
为了使各个转子(18-21)可以独立地受到控制，转换器(1)包括一个具有两个主要部分(3，4)和2N+1个横向部分(5-13)的定子(2)。转子18-21所通过的N个开口(14-17)各设置在主要部分中的一个上处在偶数序号的横向部分中的一个的延伸部分上。N+1个线圈各绕着奇数序号的横向部分中的一个。本发明应用来选择性地驱动若干个可动的零件。
文档编号H02K16/02GK1159672SQ96123468
公开日1997年9月17日 申请日期1996年12月27日 优先权日1995年12月28日
发明者D·塔希祖特 申请人:Eta草图制造公司