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混合式步进电机的结构及工作原理

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:108发表时间:2020-11-12
混合式步进电机(又称感应子式步进电机)既有反应式步进电机小步距角的特点,义有永磁式步进电机效率高、绕组电感比较小的特点。
(1) 两相混合式步进电机的结构
图1-11为混合式步进电机的轴向剖视图。它的定子铁芯与单段反应式步进电机基本相同,即沿着圆周有若干凸出的磁极,每个磁极的极面上有小齿,机身上有控制绕组:定子控制绕组与永磁式步进电机基本相同,也是两相集中绕组,每相为两对极,控制绕组的接线如图1-12所示。
转子中间为轴向磁化的环形永久磁铁,磁铁两端各套有一段转子铁芯, 转子铁芯由整块钢加工或用硅钢片叠成,两段转子铁芯上沿外圆周开有小齿,其齿距与定子小齿齿距相同,两端的转子铁芯上的小齿彼此错过1/2齿距,如图1-13所示。定、转子齿数的配合与单段反应式步进电机相同。
图1-13 (a) 所示的S极铁芯段截面图即为图1-11 中的I一I截面:图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图即为图1-11中的11一II截面。在图1-13 (a)所示的S极铁芯段截面图中,当磁极1下是齿对齿时,磁极5下也是齿对齿,气院磁阻最小:磁极3和磁极7下是齿对槽,气隙磁阻最大。
此时,在图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图中,磁极1'和磁极5下, 正好是齿对槽,磁极3’和磁极7'下,正好是齿对齿。可见,两端的转子铁芯上的小齿彼此错过1/2齿距。
混合式步进电机的结构及工作原理
混合式步进电机作用在气隙上的磁动势有两个。一个是由永久磁钢产生的磁动势:另一个是由控制绕组电流产生的磁动势。这两个磁动势有时是相加的,有时是相减的,视控制绕组中的电流方向而定。这种步进电机的特点是混入了永,久磁钢的磁动势,故称为混合式步进电机。
2)两相混合式步进电机的工作原理
转子永久磁铁的一端(如图1-11中1一1端)为S极,则转子铁芯整个圆周上都呈极性,如图1-13 (a)所示。转子永久磁铁的另一端(如图1-11中1一|端)为N极,则转子铁芯整个圆周上都呈N极性,如图1-13 (b)所示。当定子A相通电时,定子1. 3、5、7极上的极性为N、S、N、s. 这时转子的稳定平衡位置就是图1-13所示的位置,即定子磁极1和5上的齿与1一1端上的转子齿对齐,而定子磁极1'和5'上的齿与一I端上的转子槽对齐:定子磁极3和7上的齿与I- 1端上的转子槽对齐,而定子磁极3'和7'上的齿与1I一I端上的转子齿对齐。此时,B相4个磁极(2、4、6、8极)上的齿与转子齿都错开1/4齿距。

由于定子同一个极的两端极性相同,转子两端极性相反,但错开半个齿距,所以当转子偏离平衡位置时,两端作用转矩的方向是一致的。在同一端,定子第- 个极与第三个极的极性相反,转子同一端极性相同,但第一个极和第三个极下定、转子小齿的相对位置错开了半个齿距,所以作用转矩的方向也是致的。 当定子各相绕组按顺序通以正、 负电脉冲时,转子每次转过一个步距角θ,其值为

θ=360°/2mZ

式中,m为相数; Z,为转子齿数。
这种步进电机也可以做成较小的步距角,因而也有较高的启动和运行频率:消耗的功率也较小:并具有定位转矩,兼有反应式和永磁式步进电机两者的优点。但是它需要有正、负电脉冲供电,并且制造工艺比较复杂。
(3)两相混合式步进电机常用的通电方式
①单四拍通电方式。每次只有一相控制绕组通电,四拍构成- 个循环,两相控制绕组按A-B- (-A)一(-B) +A的次序轮流通电。每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数为4Zr.
②双四拍通电方式。每次有两相控制绕组同时通电,四拍构成一个循环, 两相控制绕组按AB-B(-A)- (-A) (-B)一(-B) A-AB的次序轮流通电。和单四拍相同,每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数为4Zr.但两者的空间定位不重合。
③单、双八拍通电方式。前面两种通电方式的循环拍数都等于四,称为满步通电方式。若通电循环拍数为八,称为半步通电方式,即按A-AB- B -B(-A)- (-A)-(-A)(-B)一(-B)- (-B) A-A的次序轮流通电,每拍转子转动1/8转子齿距,每转的
④细分通电方式。若调整两相绕组中电流分配的比例和方向,使相应的合成转矩在空间可处于任意位置上,则循环拍数可为任意值,称为细分通电方式。实质上就是把步距角减小,如前面八拍通电方式已经将单四拍或双四拍细分了一半。采用细分通电方式可使步进电机的运行更平稳,定位分辨率更高,负载能力也有所增加,并且步进电机可做低速同步运行。
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