单相永磁步进电机结构对静态特性的影响_黄冬梅
步进电机的工作原理和特点
步进电机的工作原理和特点
步进电机的工作原理是通过施加电流和磁场的变化，使得电机的转子可以按照一定的步长旋转。
步进电机一般由定子和转子组成，定子是通电线圈，转子是由磁性材料制成的磁极。
步进电机根据控制方式的不同可以分为单相和多相两种类型。
单相步进电机通过单相交流电源和相移电路控制，多相步进电机通过驱动器控制每个相的通电顺序。
步进电机的特点包括：
1. 精准性：步进电机可以按照预定的步长旋转，可以精确地控制位置和旋转角度。
2. 可控性：通过控制电流和脉冲信号频率和顺序，可以精确地控制步进电机的旋转速度和方向。
3. 高扭矩低速率：步进电机具有较高的静态和动态扭矩，适用于需要低速高扭矩的应用。
4. 无需反馈：步进电机通过控制信号即可实现位置和角度控制，不需额外的位置反馈装置。
5. 结构简单：步进电机结构相对简单，体积小，重量轻，易于安装和维护。
6. 耐久性：步进电机没有碳刷和电极磨损的问题，使用寿命较长。
7. 噪音较小：步进电机工作时噪音较小，适用于对噪音敏感的应用。
总体来说，步进电机在精准控制位置和角度、高扭矩低速率、
易于控制和维护等方面具有优势。
它广泛应用于打印机、数控机床、机器人等需要精确控制的设备中。
不同转子结构对永磁交流伺服电机弱磁特性影响
不同转子结构对永磁交流伺服电机弱磁特性影响莫为;汪梅;莫会成【摘要】该文探究了表贴式与内置式两种典型的永磁转子结构对永磁交流伺服电机的弱磁特性影响,推导了电压极限曲线中心位置在电流极限圆内、外电机输出最大机械与功率特性的变化规律.研究对象以弱磁基速点为分界点,在该点以下功率以直线规律上升且均能恒转矩运行;在该点以上,表贴式与内置式结构电机转矩分别呈下降趋势与先上升至最大点后再下降的趋势.电压极限曲线中心位置处于电流极限圆内与圆外时,功率继续上升至最大点之后分别呈最大恒功率运行状态和快速下降趋势,并证明弱磁运行最大输出功率大于传统的弱磁运行恒功率值.该文的分析推导与实验结果相一致,为永磁交流伺服电机弱磁运行时的特性分析提供了较为详实的理论基础.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)0z1【总页数】10页(P89-98)【关键词】永磁交流伺服电机;弱磁控制;机械特性;功率特性【作者】莫为;汪梅;莫会成【作者单位】西安微电机研究所西安 710077;西安科技大学电气与控制工程学院西安 710054;陕西科技控股集团西安710077【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁交流伺服电动机具有体积小、效率高、可靠性强及很高的转矩惯量比等优异特性，被广泛用于新能源电动汽车与工业驱动领域[1]。
为了达到更高的转速与效率，多采用弱磁控制策略。
弱磁控制不仅能解决母线电压受限制及电机旋转转速高于额定转速的矛盾，同时，又能保证电机低速时的各项性能指标[2]。
国内、外诸多学者与研究机构已开展了大量关于转子结构对永磁交流伺服电机弱磁特性影响的研究。
S. Morimoto教授最早奠定了永磁交流伺服电机弱磁的基本理论，给出了基本弱磁轨迹，区分了电机工作区域，并优化了轨迹公式。
美国国家橡树岭实验室与日本电机工程实验室分别提出了无刷混合励磁与多层永磁体结构励磁的理论与设计方案，总体上提升了弱磁扩速范围，改善了电机弱磁运行时电流过大的去磁影响，提高了电机弱磁运行效率。
步进电机工作原理总结
步进电机工作原理总结
步进电机是一种将电信号转化为机械转动的设备。
它的工作原理可以总结为以下几点：
1. 电磁原理：步进电机是一种电磁装置，由绕组和磁铁组成。
当通过绕组通以电流时，绕组会产生电磁场，与磁铁相互作用，从而产生力和转矩。
2. 磁性原理：步进电机的转子通常由多个磁片或磁块组成，每个磁片或磁块都具有多个极对（通常是两个）。
3. 步进原理：通过改变绕组的电流方向和大小，可以改变磁铁的磁极方向和磁场强度。
当绕组的电流脉冲信号按照一定模式改变时，可以使得磁场的极性和位置发生变化，从而带动转子进行步进运动。
4. 控制原理：步进电机通常需要由控制器或驱动器来提供精确的脉冲信号，以控制电机的转动。
通过改变脉冲信号的频率、宽度和相位，可以控制步进电机的转速、方向和位置。
综上所述，步进电机的工作原理是通过改变电流和磁场的方式，实现电能到机械能的转换，从而实现精确的转动控制。
它广泛应用于各种需要精准定位和控制的领域，如工业自动化、机械设备和电子仪器等。
SR电机结构对于其性能影响的研究
T,i)= L,+,()亡+ ( 刹 e L0[m 冬 B i LZ I 亡一+n)+,m‘ I )} 。“, y 。“ L 1a L 一 L =aqL -1亡一+ ) & )L H ，UL '( -2L 一 ‘ } 8 1+L 一一 亡 L _} “ ， ，
二L ,. . (d )1
1 SR电 机径向 力及转矩的 解析计算
为简化分析，作如下假设: ①磁路是 线性的。 ②径向力集中作用在定子磁极。 ③定 子铁心刚性集中在机壳内，整个定子的变形 可用一对称弹性圆筒近似，故定子振动可用 质量、 弹簧和阻尼二阶系统模拟。 设相绕组励
1
而电 磁噪声 才是SR 电 机的主 要噪声。 (2 通过 1
文中介绍的对比实验， 可以对SR 电机的电磁 噪声、 机械噪声和空气动力噪声进行鉴别。 在 法国M. Besbes 和Z . Ren 等学者的研究实验
有限元分析 (FEA, F inite Element Analysis) 的 基本概念是 用较简 单的问 题代替
复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许 多称为有限元的小的互连子域组成，对每一 单元假定一个合适的 (较简单的) 近似解， 然 后推导求解这个域总的满足条件 (如结构的 平衡条件) ，从而得到问题的解。这个解不是 淮确解， 而是近似解， 因为实际问题被较简单 的问题所代替。由于大多数实际问题难以得 到准确解， 而有限元不仅计算精度高， 而且能 适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工 程分析手段。 有限元法最初被称为矩阵近似方法，应 用于航空器的结构强度计算，经过短短数十 年的努力， 随着计算机技术的快速发展和普 及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计 算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一 种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值 分析 法。 ANSYS 软件是美国ANSYS 公司研制的
219334124_索道永磁直驱电动机转子静动态特性分析
索道永磁直驱电动机转子静动态特性分析张 洋1 黄越峰1 黄 山1 徐陈夏2 吴鹏涛21北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 10007 2宁波菲仕技术股份有限公司 宁波 31500摘 要：客运索道是旅游景区和滑雪场的重要基础设施，随着技术的发展，永磁直驱系统越来越多的应用到索道领域中，其相比传统的电动机—减速器驱动技术具有噪声低、效率高等优点。
在永磁直驱电动机的设计中，转子是其重要的组成部件，转子的强度和刚度对电动机性能有重要影响。
文中对永磁直驱技术进行了介绍，重点对电动机转子进行了静动态特性分析，以及单边磁拉力对主轴的影响，并介绍了永磁体材料的选择，为永磁直驱电动机的设计和使用提供参考。
关键词：客运索道；永磁电动机；直驱系统；转子中图分类号：TH235 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）10-0047-06Abstract: Passenger ropeway is an important infrastructure in tourist attractions and ski resorts. With the development of technology, permanent magnet direct drive system is more and more widely used in ropeway field. Compared with the traditional motor-reducer drive technology, permanent magnet direct drive system has the advantages of low noise and high efficiency. In the design of permanent magnet direct drive motor, the rotor is an important component, and the strength and stiffness of the rotor have an important influence on the performance of the motor. In this paper, the permanent magnet direct drive technology was introduced, focusing on the static and dynamic characteristics of the motor rotor and the influence of unilateral magnetic pull on the spindle, and the selection of permanent magnet materials was also introduced, which provides reference for the design and use of permanent magnet direct drive motor.Keywords:passenger ropeway; permanent magnet motor; direct drive system; rotator0 引言客运索道是一种现代化、舒适、快捷的交通设施，其原理是应用钢丝绳支承、牵引运载工具，以适应复杂地形、跨越山川、克服地面障碍物，是旅游景区和滑雪场的重要基础装备，已纳入国家鼓励类产业目录。
单相永磁同步电机工作原理
单相永磁同步电机工作原理
单相永磁同步电机工作原理基于永磁体和电磁体的相互作用产生转矩。
单相永磁同步电机是通过两个独立的磁场产生器产生转矩。
一个是由永磁体产生的磁场，另一个是由定子中绕组通电产生的磁场。
当永磁体和定子磁场的磁轴相互对齐时，永磁体的磁场和定子的磁场相互作用，产生一个转矩。
这个转矩使电机转动。
在单相永磁同步电机中，通过改变定子中绕组的电流来改变定子磁场的磁轴位置。
这个变化将导致永磁体的磁场与定子磁场的磁轴对齐产生不同的转矩。
具体来说，当定子电流的相位与永磁体磁场的相位一致时，定子磁场的磁轴与永磁体的磁轴完全对齐，产生最大的转矩。
当定子电流的相位与永磁体磁场的相位相差90度时，定子磁场
的磁轴与永磁体的磁轴相互垂直，几乎没有转矩产生。
因此，通过控制定子电流的相位和幅值，可以实现对单相永磁同步电机的速度和转矩的控制。
总的来说，单相永磁同步电机的工作原理是通过调节定子电流的相位和幅值，使得定子磁场的磁轴与永磁体的磁轴相互对齐，实现转矩的产生和控制。
步进电机的主要特性
步进电机的主要特性
1）步距角α
每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。
其中，m为定子相数；z为转子齿数；k为通电系数，m相m拍，k＝1；m相2m拍，k＝2。
α一般很小，如：3°/1.5°，1.5°/0.75°，0.72°/0.36°等
2）矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩Mq
静态：步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。
静态转矩Mj：在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向上转过一个角度θ（失调角），转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡。
矩角特性：步进电机单相通电的静态转矩Mj随失调角θ的变化曲线。
3）启动频率fq和启动时的惯频特性
启动频率或突跳频率fq：空载时，步进电机由静止突然启动并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率。
高于启动频率，将不能正常起动。
启动时的惯频特性：是指电机带动纯惯性负载时启动频率和负载转动惯量之间的关系。
步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载要低。
4）运行矩频特性
连续运行频率：步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率。
其值远大于启动频率。
运行矩频特性：是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系。
传感与控制-单相永磁步进电机特性的数值计算与分析(精)
2007年10 月电工技术学报Vol.22 No.10 第22卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2007爪极式单相永磁步进电机特性的数值计算与分析邹继斌李巍李勇(哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院哈尔滨 150001摘要介绍了一种特殊结构的单相永磁步进电机——爪极式单相永磁步进电机。
电机采用轴向磁路结构,定子的内齿和外齿交错在一起构成爪极式结构。
采用电磁场计算软件Flux3d对电机的矩角特性和定位力矩进行了计算,分析了参数变化对电机性能的影响,对电机的结构进行了优化设计。
制造出样机并进行了实验,实验结果与计算结果相吻合。
分析结果表明,采用定子磁极斜角的方案可以使电机具有自起动能力,合理设计极弧角等参数,能有效地提高电机的出力。
关键词:步进电机单相爪极式数值计算中图分类号:TM383.6Calculation and Analysis of Single Phase StepperMotor With Claw PolesZou Jibin Li Wei Li Yong(Harbin Institute of Technology Harbin 150001 ChinaAbstract A new kind of single-phase stepper motor with axial air gap and claw poles is presented in this paper. The Flux software of 3-dimensional FEM is used to solve the performance of the motor. The cogging torque and the torque-angle properties are computed. The factors influencing the motor performance are analyzed and the design ofthe motor is optimized. Experimental results of the prototype motor agree with that of computations. The computation and experiment analysis indicate that the motor with bevel poles has the self-starting ability.Keywords:Stepper motor, single phase, claw pole, numerical calculation1引言单相步进电机具有结构简单,控制方便,易于小型化、微型化等优点[1-3],并且位移与输入信号脉冲数成正比,可以用数字信号直接进行开环控制,系统简单、价格较低。
说明步进电机的工作原理
说明步进电机的工作原理步进电机的工作原理。
步进电机是一种特殊的电机，它通过电脉冲信号来驱动，将电能转化为机械能。
步进电机的工作原理是基于磁场的相互作用和电流的变化，下面将详细介绍步进电机的工作原理。
1. 磁场的相互作用。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子是由一组线圈组成，而转子则由永磁体或者铁芯组成。
当电流通过定子线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的永磁体或者铁芯产生相互作用，从而使转子产生转动。
2. 电流的变化。
步进电机的工作原理还涉及到电流的变化。
通过改变定子线圈中的电流方向和大小，可以改变磁场的方向和大小，从而控制转子的转动。
通常情况下，步进电机会通过控制器来控制电流的变化，从而实现精确的步进运动。
3. 步进运动。
步进电机的特点之一就是可以实现精确的步进运动。
这是因为步进电机是按照一定的步进角度来运动的，每接收一个脉冲信号，转子就会向前或者向后运动一个固定的步进角度。
这种特性使得步进电机在需要精确控制位置和速度的应用中非常有用。
4. 工作原理总结。
综上所述，步进电机的工作原理是基于磁场的相互作用和电流的变化。
通过改变定子线圈中的电流方向和大小，可以控制转子的转动，从而实现精确的步进运动。
步进电机因其精准的控制能力和简单的结构，在自动化设备、数控机床、印刷机械等领域得到了广泛的应用。
除了以上介绍的基本工作原理，步进电机还有很多不同的类型和控制方式，例如单相步进电机、双相步进电机、三相步进电机等，每种类型的步进电机都有其特定的工作原理和应用场景。
同时，步进电机的控制方式也有很多种，例如开环控制、闭环控制、微步进控制等，每种控制方式都有其适用的场景和优势。
总之，步进电机是一种非常重要的电机类型，其工作原理基于磁场的相互作用和电流的变化，通过精确的控制来实现步进运动。
步进电机在工业自动化、仪器仪表、医疗设备等领域有着广泛的应用，可以说是现代工业中不可或缺的一部分。
希望通过本文的介绍，读者对步进电机的工作原理有了更深入的了解。
步进电机基本参数及影响因素
1、常见二相电机中绕组类型与特性?在二相电机中绕组方式有两种：二相四线与二相六线（五线）两种方式.其中二相四线又称为双极性步电机（采用桥式电源驱动)，驱动器向绕组提供正、反两个电流，绕组利用率较高。
二相六线（五线）电机由公共端出发，驱动器向绕组提供单一方向的电流，绕组利用率为50%,这类电机又称为单极性电机.通常地:二相四线电机采用恒流源驱动，驱动器成本较高，通过合理地选用电机机座型号、电机的电阻、电感、额定工作电流等,可获得较好的工作特性，使用最为广泛;二相六线（五线）通常采用恒压源驱动，通常应用于工作频率点低，且工作频率点扭矩较低的场合，其驱动器成本较低。
2、步进电机的直流电阻直流电阻数值随温度变化而略有变化。
为了与出厂及历次测量的数值作比较，应将在不同的温度下测得的直流电阻值换算到同一温度下的阻值.换算公式如下：Rw=Rm（T+tw)/（T+tm）式中Rm—-温度为tm(℃）时测得的电阻，ΩRw——换算至温度为tw℃的电阻，ΩT-—温度系数，铜线为235，铝线为225。
在23HA3001-1电机直流电阻测量中,其测试环境与测试所用的工具是否正确，起决定性影响。
3、步进电机的电感值步进电机转子内部固有的永久磁铁，电感与电阻一起，作为另一个重要参数出现，对电机的动态特性影响极为显著.一般地低电阻、低电感其空载起动、运行频率均较高,在满足设计的条件下（一般地规定的机座号、机身高情况下,电机必须达到标准的保持转矩，以提高材料利用率），工作频率点可以先得较大，如23HA3002—1电机可以达到4000PPS，但是其驱动电流较大，驱动器制造成本为较高，而且不好控制噪声;相反,大电阻、大电感其工作频率点就会显著减小，驱动器成本会减少。
4、二相电机的步距角常见二相步进电机固有步距角（定、转子机械结构确定的）有两种:1.8?（作四相八拍运行为0。
9?）与0。
9？(作四相八拍运行为0.45?）两种，前一种最常用,后一种精度更高，适用于高精密场合,其步距角精度为±5％内。
步进电机的运行特性解读
优点： 电源功耗比较小，效率比较高。 矩频特性好，启动和运行频率 得到了很大的提高。 主要缺点： 低频运行时输入能量过大，造 成电机低频振荡加重； 增大了电源的容量， 对功率管性能参数的要求高。
常用于大功率步进电动机的驱动
电流斩波驱动放大电路
调频调压驱动方式
(a)低频； (b)高频
细分驱动放大电路
电流的每个阶梯，电机 转动一步，步距角减小 了很多。
细分电流波形
先放大后合成
先合成后放大
双极性驱动（永磁式和混合式步进电动机）
正负电源供电
单一电源供电
由于双极性驱动电路较为复杂，过去仅用于大功率步进电 动机机。但近年来出现了集成化的双极性驱动芯片，使它能 方便应用于对效率和体积要求较高的产品中。 如：L298双H桥驱动器
三相单三拍脉冲分配器
Q1 Q2
A
U0
预置
J1 Q1 CP K1 Q1
J 2 Q2 CP K 2 Q2
Q1 Q2 Q2
B
C
JK触发器真值表
J
1
A
K
0
Q(t+1)
1
说 明
置“1”
0
0 1
1
0 1
0
Q(t)
Q (t)
置“0”
不变 求补
B
C
C
B
A
Q RS3
Q R
Q RS2
Q
Q
Q
S
S
R
S
RS1 R
6
5
4
3
转子振荡过程：
以上分析时认为，切换控制绕组时，转子单调地趋向新的平 衡位置，但实际上要经过一个衰减的振荡过程。
一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析
一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析姜春辉;田玉冬【摘要】A external rotor variable flux permanent magnet memory motor was designed.The simulation model was established in Ansoft Maxwell 2D software.The magnetic properties of permanent magnetic materials and the working model of the motor were given.The flux weakening of the motor was researched by using the finite element analysis method.The motor's flux-lines,fluxlinkage of winding A,reverse electromotive force curves and magnetic flux density curves under different magnetizing current were given.The simulation results showed that the motor has good flux weakening ability and its flux weakening was realized by changing the magnetic field of the AlNiCo permanent magnets.%设计了一种外转子可变磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了电机模型,给出了永磁材料磁化特性和电机工作模型.采用有限元分析方法,对电机的弱磁性能进行探究,给出了电机施加不同直轴去磁电流时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线和磁通密度分布曲线.仿真结果表明,该电机具有良好的弱磁性能,其调磁过程主要通过改变铝镍钴永磁体的磁化水平实现.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】7页(P28-33,42)【关键词】可变磁通永磁记忆电机;弱磁;外转子【作者】姜春辉;田玉冬【作者单位】上海电机学院,上海201306;上海电机学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM343永磁同步电机由于其结构简单、功率因数和效率高、转动惯量小、易于实现精密控制等优点在电动汽车、航天航空、工业传动、家用电器等诸多领域得到了快速发展。
永磁材料对无刷直流电机性能影响的研究
永磁材料对无刷直流电机性能影响的研究吴世华，曾庆初，宋立伟，崔淑梅（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨 150001）摘 要：永磁材料是影响无刷直流电机性能最重要的因素之一。
以实际开发的风机用无刷直流电机为例，分别讨论了采用钕铁硼永磁与铁氧体永磁情况下，电机的电磁性能、效率、噪声与生产成本问题。
研究结果表明，钕铁硼永磁无刷直流电机具有较高的力矩性能和效率，即使考虑钕铁硼较高的材料成本，工程应用中应优先选择钕铁硼永磁。
但对噪声要求比较苛刻的应用场合，铁氧体永磁方案具有优势。
关键词：电机；无刷直流电机；钕铁硼；铁氧体中图分类号：TM351文献标识码：A 文章编号：1673－7180(2009)08－0604－4Influence of permanent magnet material on the performance ofbrushless DC motorWu Shihua，Zeng Qingchu，Song Liwei，Cui Shumei(School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract: Permanent magnet material is one of the most important influencing factors for the performance of brushless DCmotor. In this paper, a brushless DC motor for wind-fan applications is taken as an example for the investigation. Its electromagnetic performance, operation efficiency, noise, and material cost are discussed with respect to Nd-Fe-B magnet and ferrite magnet respectively. The results show that Nd-Fe-B brushless DC motor has higher torque performance and operation efficiency. Despite that the price of Nd-Fe-B magnet is much higher than ferrite magnet, Nd-Fe-B magnet is the priority choice for engineering applications. However, when there are very strict demands of noise, ferrite magnet has more advantages.Key words: electrical machine；brushless DC motor；Nd-Fe-B magnet；ferrite magnet0引 言无刷直流电机采用永磁材料励磁，采用电子器件换向，因此具有效率高、质量轻、控制简单、可靠性好等显著优势，已经在计算机设备、机械设备、医疗设备、汽车产业和家用电器等领域取得了成功应用，正在逐渐替代传统的直流电机、单相及三相感应电机等驱动方式。
U型单相永磁同步电机的研究与分析的开题报告
U型单相永磁同步电机的研究与分析的开题报告一、选题背景及研究意义随着现代工业的发展，电机在工业中的应用越发广泛，成为了现代工业发展和生产中必不可少的设备之一。
其中，永磁同步电机作为一类新型高效节能的电机，已经成为当前发展的热点之一。
U型单相永磁同步电机是永磁同步电机的一种变种，具有结构简单、安装方便、运行稳定等优点，因此逐渐得到了广泛关注。
但是，与传统的电机相比，U型单相永磁同步电机在控制上存在许多问题，如启动问题、高精度运动控制问题等等，因而需要进一步研究和分析。
因此，本文拟对U型单相永磁同步电机进行研究与分析，探讨其运行特点、性能指标、控制策略等方面，以期为实现永磁同步电机在各个领域更广泛的应用提供参考。
二、研究内容及研究方法本文研究内容包括：1. U型单相永磁同步电机的运行特点及原理分析。
在这一部分，将详细介绍U型单相永磁同步电机的结构组成，以及对其运行特点和工作原理进行分析。
2. U型单相永磁同步电机的性能指标。
在这一部分，将对U型单相永磁同步电机的性能指标进行分析，如转速、转矩、功率等等，并探讨其对电机性能的影响。
3. U型单相永磁同步电机的控制策略。
基于上述分析，本文将研究U型单相永磁同步电机的控制策略，包括启动策略、高精度运动控制策略等等。
本文主要采用文献研究、理论分析和实验研究相结合的方法，通过对先前有关永磁同步电机的研究成果进行分析，结合实验数据进行分析与讨论，对U型单相永磁同步电机的运行特点及性能指标进行深入研究，并探讨其控制策略，以提高其应用性能和实用价值。
三、预期成果及意义预计通过本文的研究，可以深入了解U型单相永磁同步电机的结构、原理、运行特性和控制策略等方面，并探索其在各种应用场景中的最佳方案。
通过本文的研究，可以为永磁同步电机在各个领域的应用提供技术依据，并在提高电机的性能和应用程度方面提供有力的支持。
同时，也有利于完善永磁同步电机相关研究领域的理论基础，并为未来深入研究永磁同步电机提供参考。
步进电机驱动电路功耗分析
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald106DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.17.106步进电机驱动电路功耗分析黄汉东(广州市便携医疗科技有限公司 广东广州 511300)摘 要：为了分析步进电机及其驱动电路的功耗，提高步进电机及其驱动电路的能量转换效率，本文利用计算机数值计算的方法，对其数学模型进行模拟计算试验。
以美蓓亚混合步进电机10PM-K013B的规格参数建立步进电机的数学模型，通过试验不同的驱动电压和脉冲频率，得到能量转换效率与驱动电压和脉冲频率的关系。
试验结果表明，步进电机及其驱动电路的能量转换效率随着驱动电压降低和脉冲频率升高而升高。
通过合理选择驱动电压和脉冲频率，可以使能量转换效率从20%左右提高到高于50%。
关键词：步进电机 驱动电路 功耗中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)06(b)-0106-031 引言步进电机能在开环控制中提供精确的位置驱动，价格便宜、免维护，扭矩大无需减速箱驱动有利于减小设备体积，所以在工业装备、消费电子、医疗器械等方面得到广泛的应用[1-2]。
随着步进电机在一些微型的以电池为供电电源的设备中应用越来越广泛，步进电机的生产者和使用者都越来越迫切的提高步进电机的能量转换效率[4-5]。
目前对于步进电机则主要集中在对其驱动电路的研究，主要为保证其驱动精度和响应速度而忽略了能耗的优化[6-7]。
随着异步电机的伺服驱动发展越来越快，且其电能转换效率远比无刷电机高[8]，步进电机的应用优势越来越小，所有很有必要通过分析研究提高步进电机效率[9-10]。
本文建立了步进电机的数学模型，用当前流行的恒流驱动电路驱动电机，通过改变数学模型的参数，分析不同参数对步进电机运行效率的影响，为提高步进电机功率提供理论参考。
2 步进电机数学模型及驱动电路步进电机的动态特性建立精确的数学模型过于复杂，本文在建立步进电机数学模型以及驱动电路数学模型的过程中进行了合理的简化。
新型永磁式单相单拍运行步进电机原理分析
新型永磁式单相单拍运行步进电机原理分析摘要：详细介绍了一种新型单相单拍运行的永磁步进电机的运行原理，该电机主要特点为不对称转子及永磁磁极上附加一产生抵销永磁磁势的绕组，在单相单拍运行时发挥重要作用。
关键词：单相；永磁步进电机；不对称转子1 引言单相永磁步进电机有两种结构形式。
一种为定子系非对称结构，转子为永磁转子［1］。
另一种为混合式单相永磁步进电机［2］，在定子上加装产生2次谐波的附加极，或者通过齿形尺寸的特殊设计产生2次谐波［2］，矩角特性综合的结果使其形状形成非对称的形状，正半波宽度大于π，负半波小于π，从而形成起动角，并具有一定的起动力矩，能使电机正常起动运转，但这两种施加绕组的电脉冲为正负脉冲，即正脉冲走一步，负脉冲走一步，这实际是双拍运行的。
现在根据工程的需要，要研制一种单相单向脉冲控制的步进电机，以上两种电机都不能满足这一要求。
为此，设计了一种新型的永磁复合式单相单拍运行的步进电机。
2 电机结构与工作过程电机总体结构如图1所示，它由两大部分构成，即定转子、防反转棘轮棘爪机构。
2.1 定子及绕组这种单相永磁步进电机的定子为凸极结构［3］，由8个定子极构成，其中4个极为软磁材料构成，另外4个极为永磁材料，它们互相交错排列，永磁磁极的极性按N-S-N-S分布排列，其结构如图1所示。
定子磁极上绕有定子绕组，可以采用两套绕组，一套绕组绕在软磁磁极上，另一套绕组绕在永磁磁极上，两套绕组可以并联，也可以串联。
但有一个要求，就是绕组通电时，永磁磁极上的绕组极性与永磁磁极的极性相反，二者磁势要相等，即互相抵销。
电机的绕组图如图2所示。
2.2 转子部分转子为带有鹰嘴形状的凸极结构［3］。
鹰嘴部分外缘是一条斜线。
表征转子鹰嘴尺寸的有顶部宽度b、深入角度α及斜角γ。
鹰嘴顶部宽度b与定子齿宽相等，深入角度α及斜角γ决定了电机的起动角及起动力矩。
转子结构如图3所示。
将转子的一个极单独放大后，其形状如图4所示。
步进马达工作原理
步进马达工作原理介绍步进马达是一种常见的电动机，它在许多领域都有广泛的应用，例如机器人、制造业、医疗设备等。
步进马达以其精准的位置控制和可控的旋转角度而受到青睐。
本文将详细介绍步进马达的工作原理及其应用。
工作原理步进马达的工作原理基于电脉冲信号。
步进马达包含多个磁极和绕组，当电流通过绕组时，会在磁极上产生磁场。
通过改变电流的方向和大小，可以实现步进马达的旋转。
1. 单相步进马达单相步进马达是最简单的步进马达类型之一。
它包含一个绕组和两个磁极。
当绕组中的电流变化时，磁极的磁场也会改变。
通过这种方式，步进马达可以实现连续的旋转。
2. 双相步进马达双相步进马达是一种常见的步进马达类型。
它包含两个绕组和四个磁极。
绕组中的电流变化会导致磁极磁场的变化，从而驱动步进马达的旋转。
3. 步进角度步进马达可以以一定的角度进行旋转，这个角度被称为步进角度。
通常情况下，步进角度可以通过改变电流的频率和绕组的数目来控制。
4. 步进马达控制步进马达的控制主要通过电脉冲信号来实现。
当给步进马达提供一定的脉冲信号时，它会按照设定的步进角度进行旋转。
不同的电脉冲信号可以实现不同的旋转模式，例如正转、反转、加速和减速等。
应用领域步进马达在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 机器人步进马达被广泛应用于机器人领域。
通过控制步进马达的旋转角度，可以实现机器人的精确运动和位置控制。
这对于需要精准定位和操作的机器人非常重要。
2. 制造业在制造业中，步进马达被用于自动化设备的驱动。
它们可以用于搬运机械臂、自动装配线和传送带等。
通过步进马达的控制，可以实现准确的位置定位和高效的生产线操作。
3. 医疗设备步进马达在医疗设备中也有应用。
例如，它们可以用于控制X射线机的旋转，以便在医学图像中获取不同角度的观测结果。
步进马达的高精度和可控性使其成为医疗设备中不可或缺的部分。
4. 打印机步进马达在打印机中扮演着重要的角色。
通过控制步进马达的旋转，可以实现打印头的移动和纸张的进纸。
单相步进电机原理
单相步进电机原理
单相步进电机是一种将电能转化为机械能的驱动装置，其工作原理基于电磁感应和磁场互作用的原理。
单相步进电机由电磁线圈和永磁铁两部分组成。
其中，电磁线圈通常采用交流电源供电，产生一个旋转的磁场；而永磁铁则产生一个静态的磁场。
当两者相互作用时，就会产生力矩，驱动电机转动。
具体来说，当电磁线圈通电时，会产生一个旋转的磁场。
这个磁场会与永磁铁的静态磁场相互作用，使得电机中的转子受到力矩的作用。
单相步进电机通常采用两种工作模式：1/2步进与全步进。
1/2步进模式中，电机的电流方向会周期性地逆转，使得磁场的方向也发生周期性变化。
这样，电机的转子在每个步进脉冲信号的作用下，会转动半个步距。
全步进模式中，电机的电流方向只在特定位置上变化。
这种模式下，电机的转子在每个步进脉冲信号的作用下，会转动一个完整的步距。
在实际应用中，通过控制步进电机的转子转动的步距和频率，可以实现精确的位置和速度控制，因此单相步进电机广泛应用于打印机、数码相机、机械手臂等精密设备中。
双偏心一体式单相永磁步进电机
双偏心一体式单相永磁步进电机
孙刚
【期刊名称】《《钟表 Watch & Clock》》
【年(卷),期】1991(000)005
【总页数】2页(P11-12)
【作者】孙刚
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.6
【相关文献】
1.爪极式单相永磁步进电机特性的数值计算与分析 [J], 邹继斌;李巍;李勇
2.单相永磁步进电机结构对静态特性的影响 [J], 黄冬梅;宋立伟;程树康
3.单相微型永磁步进电机的优化 [J], 黄冬梅;裴宇龙;程树康
4.新型永磁式单相单拍运行步进电机原理分析 [J], 秦剑飞;杨晴;鄂峻膺
5.端面气隙型单相永磁步进电机 [J], 程士俊
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0 引 言
20世纪 70年代以来 ,单相永磁步进电机在原 理、结构及设计和工艺等方面已不断完善。 例如 ,双 偏心式单相永磁步进电机、单偏心一体式单相永磁 步进电机、单凹坑二体式单相永磁步进电机、双凹坑 一体式单相永磁步进电机和单凹坑一体式单相永磁 步进电机等均已广泛应用于相关领域。 但是对单相 永磁步进电机结构参数对静态特性影响的定量研究 尚不多见。本文拟开展这方面的工作 ,以期能有助于 指导设计 ,进一步提高电机的性能指标。
图 4 定子铁芯 内径 Ds对静特性的影响
— 11 —
微电机 2005年 第 38卷 第 2期 (总第 142期 )
2. 4 转子永磁外径 Dr 对静特的影响 转子永磁体外径 D r对定位转矩和互转矩幅值
都有影响。 图 5是永磁体外径 D r变化时 ,对定位转 矩和互转矩幅值的影响规律。 同样 ,由于结构限制 , D r的变化也是有一定范围要求的。
1 计算程序框图及静态数学模型
由文献 [ 1 ] ,双凹坑式单相永磁步进电机的互转
矩最大值为:
Mk 1= K el· Ak1· l· Fs· Fm ( 0)
( 1)
式中 , K el为端部效应系数 , K el = 1. 06, Akl为互转矩
系数。
收稿日期: 2004- 03- 09
— 10 —
A kl =
— 12 —
参考文献
[ 1] 王宏华 .开关 型磁阻电 动机调速 控制技 术 [ M ].北 京: 机械工业出版社 , 1995
[ 2] 吴建华 .开关 磁阻电机 设计与应 用 [ M ].北 京: 机械工 业出版社 , 2000
[ 3 ] 王 旭 东等 .开 关磁 阻 电动 机开 关 角的 在 线最 优控 制 [ J].电机与 控制学报 , 1999( 3)
DOI : 10. 15934 /j . cnki . micromotors . 2005. 02. 003 微电机 2005年 第 38卷 第 2期 (总第 142期 )
设计与研究· DESIGN ＆ RESEARCH
单相永磁步进电机结构对静态特性的影响
黄冬梅 ,宋立伟 ,程树康
(哈尔滨工业大学 ,哈尔滨 150001)
令其它参数不变 ,改变 R1 的大小 ,得到了定位 转矩幅值与凹坑半径的关系曲线 ,如图 2所示。从图 中可以看到定位转矩的幅值随凹坑半径的增大而增 大 ,但并不呈线性 ,即随着凹坑半径的增大 ,定位转 矩幅值是平缓地增长的。在实际结构中 ,由于对定位 转矩的要求是有一定范围的 ,因此在所讨论的允许 范围内 ,根据对定位转矩数值大小的要求来确定凹 坑半径。 R1对互转矩几乎无影响。
[ 4] 孟宪军 .全数字 开关磁阻电 机控制系 统及控制 策略研 究 [ D ].中国矿 业大学硕士学位论文 , 2002
作者简 介: 李 雷军 , ( 1968- ) ,男 ,中国矿 业大学 信电学 院博士生 ,电力电子与电力传动专业。
图 2 凹坑半径 R1 对静特性的影响
图 1 计算程序框图
2 电机参数对静特性的影响
具体讨论电机的结构参数对互转矩幅值 Mk1和 定位转矩幅值 Mk 2的影响。
2. 1 凹坑半径 R1对静特性的影响
该种电机之所以有负载能力 ,是由于气隙不均 匀性 ,而造成这种不均匀性的根本原因 ,就是由于凹 坑的存在 ,即由于矩有相当大的影响。对 于讨论的圆形凹坑 ,确定其几何形状的参数有两个: 即凹坑半径与圆心位置。
参考文献
[ 1] 王宗培 .吴妙胜 ,郭庆吉 编 .石 英电子手 表机电 换能器 [M ].轻工业 出版社 , 1984
[ 2] 胡之光 编 .电 机电磁场 的分析与 计算 [M ].北京: 机械 工业出版社 , 1982
[ 3] 关恩禄 编著 . 计算机辅 助电机设 计 [ M ].北 京: 机械工 业出版社 , 1990
摘 要: 以静转矩解析 为依据 ,通 过仿真计算对 凹坑式单相 永磁步进 电机的凹坑 半径、凹坑圆心位 置半径、定子铁 芯内径、转子永磁体外径以及转子永磁体轴向长度等结构参 数对定位转矩和互转 矩幅值的影响规律 进行了定量描 述 ,其结论可作为该型电机的设计依据。 关键词: 永磁步进电动机 ;结构 ;转矩 中图分类号: T M 383. 6 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6848( 2005) 02- 0010- 03
图 5 转子永磁体外径 Dr 对静特性的影响
2. 5 转子永磁体轴向长度 lr 对静特性的影响 图 6是转子永磁体轴向长度变化对定位转矩和
互转矩幅值的影响规律。从图中我们可以看到 ,随着 l r的增加 ,互转矩幅值随之呈线性增长 ,定位转矩与 轴向长度 l r的关系也近似成正比。
3 结 论
本文定量讨论了凹坑式单相永磁步进电机的凹 坑半径 R1、凹坑圆心位置半径 001、定子 铁芯内径 D s、转子永磁体外径 Dr 以及转子永磁体轴向长度 l r等结构参数对定位转矩和互转幅值的影响情况。 定位转矩和互转矩是电机的两个主要参数 ,对电机 性能 (功耗、工作电压、负载能力 )都有很大影响。 因 此 ,只要找出了电机的结构参数对定位转矩和互转 矩幅值的影响规律 ,就可以通过适当改变电机的结 构参数 ,来调整定位转矩和互转矩 ,使电机获得满意 的工作性能。
磁阻 ; 对于单凹坑电机 ,把式 ( 4)中的 2R′s ( i )改为 R′s ( i )。 计算程序框图如图 1所示。
单相永磁步进电机结构对静态特性的影响 黄冬梅 宋立伟 程树康
劣弧形成的 ,因此 ,当 001增大时 ,相当于凹坑增大 , 定位转矩幅值即加大 ,当 001减小时 ,相当于凹坑减 小。 定位转矩幅值也减小。 图 3是凹坑圆心位置半 径 001对定位转矩幅值的影响情况。同样 ,由于电机 结构的限制 , 001的大小也是有一定范围要求的。也 可以通过在一定范围内改变 001的大小 ,来调整定 位转矩幅值。 凹坑圆心位置半径对互转矩无影响。
(△ W′f· rr ) i=
1 2
Fm2
(
i
)
Rm+
1 2R′g
[ Rm+2R′s2i R′g 1+
R
2R′si m+ 2R′g
]
( 4)
式中 , n— 所划分的磁路元个数 ;
Fm ( i )— 转子磁钢第 i 个磁路元的磁势 ;
Rm— 转子磁钢磁路元磁阻 ; R′s ( i )— 由凹坑引起的气隙阻的增大 ; R′g— 无凹坑时 ,考虑端部效应时的气隙等效
Research of Structure Parameter of Single- phase Permanent M agnet Stepping Motor Effecting on Static Characteristic
HU AN G Dong- mei SONG Li- w ei C HEN G Shu- kang
图 6 转子永磁体轴向长度 l r对静特性的影响
作者简介: 黄冬梅 ,女 ,硕士生 ,从事步进电动机研究。
(上接第 21页 ) 图 4分 别给出转速 400r / mi n和 800r /mi n,转
矩为 0. 5Nm 时在正常 情况下 和缺相 时的电 流波 形。 可以看出 ,缺相后电机仍可工作 ,但其电流增长 较多。 例如 ,电机工作于 800r /mi n, TL= 0. 5Nm 时 , 在正常情况下和缺一相、缺两相情况下 ,相绕组中流 过的电流峰值分别为: 2. 6A、 3. 2A、和 4. 1A。可以推 断 ,当电机工作于更高转速或更大负载时 ,电流峰值 也必将更大 ,有可能超出开关器件的额定工作范围 , 所以缺相时 ,必须降低电机的工作等级。
[ 4] 窦一平 .一种基 于场路结合 计算模型 的步进电 动机优 化 设计 方 法 [ J ]南 京 师 范 大 学 学 报 (工 程 技 术 版 ) . 2003, ( 3)
[ 5 ] P. Krish namur thy , F. Kho rr ami. Robust adaptiv e v o ltag e- fed permanent ma gnet step mo to r co nt rol without curr ent measureme nts [ J]. IEEE T rans. on Co ntro l Systems T echno log y , 2003, 11 ( 30): 41542 5
l+
_0 ln( l+ W0 )
( 2)
式中 , l— 工作气隙的轴向长度 ; Fs— 定子稳态安匝数 ;