爪极式永磁步进电动机静转矩的计算_1_夏云

爪极永磁步进电动机在外加脉冲作用下
运行 ,输入一个电脉冲 ,它就步进一个步距角
θb
或
θbe , 即
θb 360
r
,这
样
,转子运行
1r 就需要
360 /θb 个电脉冲 ,爪极永磁步进电动机的同
步转速等于:
nT= 36600f/θb = 6306f0θb
( 3)
式中 f —— 输入电脉冲频率
式 ( 3)表明 ,爪极永磁步进电动机的同步 转速与其控制脉冲的频率和步距角的乘积成
1 引 言
爪极永磁步进电动机 (本文着重讨论的 是梯形爪极永磁步进电动机 )是永磁步进电 动机的一种结构形式 ,它结构简单 ,控制功率 小 ,电磁阻尼大并具有定位转矩 ,通常极数又 多 ,可比一般永磁步进电动机的步距角小 ,因 而启动频率和运行频率也较高 ,配上各种专 用装置如减速齿轮头、阀等可直接驱动微波 炉转盘、空调器挡风板、打印头和电动泵等 ,
A→ B→ A→ B→ A ( 2)双相通电 ,双四拍运行 ,其通电顺序 是:
AB→ B A→ AB→ B A→ A B ( 3)单—— 双相 通电 , 8拍运行 ,其 通电 顺序是 A→ AB→ B→ B A→ A→ A B→ B→ B A→ A
图 3 四相爪极永磁步 进电动机电原理图
现以四相 8拍运行为例 ,当 A相绕组通 以正电流时 ,第一个定子的上爪极上所有爪 极都变成“ S”极 ,而中爪 极上所有的爪 极都 变成“ N”极 ,于是 ,转矩便施加于转子上欲使 它的 S极与中爪极的“ N”爪极靠拢 , 而其 N 极则与上爪极 的“ S”爪极 靠拢 ,其合成 转矩 使转子向左转动四分之一爪极距 (见图 2b)。 可是 ,只有一个定子的电机 ,转子在前进时很 可能逆向 ,所以 ,引入了在空间位移 90°电角 度的第二个定子。当继续按通电顺序给 A相 和 B相绕组同时通以正电流时 ,第一个定子 爪极极性保持不变 , 而第二个定子的中爪极 上所有爪极都 变成“ S”极 , 而下爪极上 所有 爪极都变成“ N”极 ,于是 ,转矩便施加于转子 上 欲使它的 N 极与中爪极的“ S”极靠拢 ,而 其 S极则与下爪极的“ N”极靠拢 ,其合成转 矩使转子继续向左转动四分之一爪极距 (见
通电方 式是指定子绕 组各相通电 的顺 序。爪极永磁步进电动机有 2个定子 ,设第一 个定子两反向绕组分别为 A、 A两相 ; 设第二 个定子两反向绕组分别为 B、 B两相 (参见图 3)。 这样 ,通电方式有下列三种 ,即:
( 1)单相通电 ,单四拍运行 ,其通电顺序 是:
爪极式永磁步进电动机静转矩的计算 ( 1)
2. 3 永磁转子
爪极永磁步进电动机的转子是由高矫顽 力的恒磁铁氧体或钕铁硼磁环与主轴一起注 塑而成永磁转子。
转子磁环圆周均匀地充有多个 N、 S相 间的磁极 ,其极数与定子爪极数相等 ,可根据 所需要求的同步转速决定。
2. 4 特 点
爪极永磁步进电动机中的爪极定子的优 点是: ①梯形爪极冲压引伸 ,制造加工方便。 ②梯形爪极设计适合于多极结构 ,不仅减小 了永磁步进电动机的步距角 ,而且材料利用 率高。 ③由于爪极齿数等于转子极数 ,即 Zs = 2P , 故齿谐波 力矩为 2次谐波 力矩 ,而 2 个定子相互错位 90°电角度 ,所以 2个定子的 齿谐波力矩幅值相等 ,相位相反 ,合成为零。 缺点是: ①爪极间漏磁大 ,降低了气隙磁通的 有效利用率。 ②由于爪极铁心中的涡流作用 引起铁心磁导 λFe的变化 ,也就使电机的电感 随频率而变化 ,因此影响电机的动态性能。
1.壳体 (下爪极 ) 2.定子绕组 3.中爪极 4.线圈骨架 5.上爪极 6.压簧 7.含油轴承 8.引出线盒盖 9.永磁转子 10.三爪簧
图 1 爪极永磁步进电动机结构示意图
2. 1 爪极定子
爪极定子是体现爪极永磁步进电动机结 构特征的重要部件。它是由杯形壳体 (以下简 称下爪极 )、中爪极和上爪极组成。 上、中、下 爪极均用防锈镀 锡冷轧薄钢板冲压引 伸而
3 工作原理
当定子绕组通电时 ,将在电机中产生轴 — 48 —
向磁通 ,经爪极通过气隙与永磁转子匝链 , 定、转子磁场相互作用产生转矩 ,驱动转子旋 转。 为了方便 ,将电机沿轴向切割展开 ,其简 化示意图如图 2所示。
图 2 爪极永磁步进电动机工作原理图
从图 2展开图可见 ,假定爪极是梯形爪 极 ,在定子绕组未通电时 ,永磁转子的磁极对 定子爪极的相互吸引力在磁极中心与爪极中 心和爪极间中心对准时是相等的 ,因此 ,永磁 转子在此位置处于静平衡状态 (见图 2a)。 3. 1 通电方式
图 2c)。
若继续按通电顺序改变通电状态 ,即由
A→ AB→ B→ B A→ A→ A B→ B→ B A→ A,
转子就会按既定的旋转方向旋转 ,若改变通 电顺序 ,即由 A→ A B→ B→ A B→ A→ B A→ B→ AB→ A,则转子就会按反方向旋转。
按爪极永磁步进电动机不同通电方式 ,
步距角可表示为:
它在各种电动 机构中获得了极其广泛 地应 用。
2 结构及其特点
爪极永磁步进电动机的典型结构如图 1 所示 ,爪极永磁步进电动机由 2个定及其套在爪极上的绕组所组成 , 2 个定子在空间相互错开 90°电角度。 现就其 主要部件功能扼要介绍如下。
相互错位 90°电角度 ,形 成 2个定子的 中爪 极 ,再按定位标记合上上爪极 ,并将其按定位 标记一并插入下爪极 ,这就形成了 2个相互 错位 90°电角度的爪极定 子 ,形成爪极 永磁 步进电动机的定子主磁路。
2. 2 定子绕组
爪极永磁步进电动机的定子绕组不同于 一般永磁步进电动机的定子绕组 ,它是分别 在 2个线圈骨架上并绕 2套反向串联的环形 线圈 ,组成四相绕组 ,其作用是在电机中产生 轴向磁通 ,以便在定子爪极上产生 N、 S相间 磁极。
θb =
36 0° m1P
( 1)
式中 m1—— 拍数 ,通常 m1 = m 或 m1= 2m m—— 相数
P—— 转子极对数
可见 ,爪极永磁步进电动机的步距角与
转子极对数和运行拍数的乘积成反比。 转子
极数多 ,拍数愈多 ,则步距角愈小。
这时 ,用电角度表示的步距角则为:
θbe= Pθb
( 2)
3. 2 转 速
成。 冲压时冲出多个在圆周均布的辐射状爪 极 ,并打弯成 90°,组成一个爪极均布的圆柱 体定子。爪极的形状有梯形爪极 ,有梯形边成 正弦曲线的正弦爪极。 上、中、下爪极上均冲 有定位标记。
2个中爪极按定位标记相背扣合 , 保证 — 47 —
微电机 1998年 第 31卷 第 6期 (总第 105期 )
DOI : 10. 15934 /j . cnki . micromotors . 1998. 06. 014 爪极式永磁步进电动机静转矩的计算 ( 1)
普及与提高· POPULARIZATION & RAISING
爪极式永磁步进电动机静转矩的计算 ( 1)
夏 云 (重庆微电机厂 400043)
正比 ,脉冲频率愈高 ,转速也愈高。 (待续 )
(收稿日期: 1998- 08- 08)
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