混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理
發(fā)布時間:2021-07-04 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】混合式步進(jìn)電機(jī)是兼具VR型和PM型電機(jī)優(yōu)點的步進(jìn)電機(jī)。VR(Variable Reluctance)型電機(jī)使用齒輪狀的鐵芯作為轉(zhuǎn)子。其優(yōu)點是可以通過機(jī)械加工減小步距角,缺點是轉(zhuǎn)矩稍低,難以同時實現(xiàn)小型化和大轉(zhuǎn)矩。而PM(Permanent Magnet)型電機(jī)則可以通過強(qiáng)力永磁體實現(xiàn)小型化的同時獲得轉(zhuǎn)矩,但是在減小步距角方面存在限制。
此前已經(jīng)以PM型步進(jìn)電機(jī)為例介紹了步進(jìn)電機(jī)的工作。本文將介紹當(dāng)今應(yīng)用廣泛的混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)
混合式步進(jìn)電機(jī)是兼具VR型和PM型電機(jī)優(yōu)點的步進(jìn)電機(jī)。VR(Variable Reluctance)型電機(jī)使用齒輪狀的鐵芯作為轉(zhuǎn)子。其優(yōu)點是可以通過機(jī)械加工減小步距角,缺點是轉(zhuǎn)矩稍低,難以同時實現(xiàn)小型化和大轉(zhuǎn)矩。而PM(Permanent Magnet)型電機(jī)則可以通過強(qiáng)力永磁體實現(xiàn)小型化的同時獲得轉(zhuǎn)矩,但是在減小步距角方面存在限制。
混合式電機(jī)使用VR型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)精細(xì)的步距角,并且可以通過與永磁體相結(jié)合來增加轉(zhuǎn)矩,這種電機(jī)已被用于眾多應(yīng)用。
轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)是在兩個鐵轉(zhuǎn)子之間夾著沿軸向著磁的圓柱形磁鐵。轉(zhuǎn)子的圓周上刻有齒。從軸向看,是將兩個轉(zhuǎn)子的齒錯開1/2節(jié)距進(jìn)行安裝。定子具有多個帶有勵磁線圈的磁極,每個磁極也具有類似于轉(zhuǎn)子的齒。
在該圖中,定子繞組有四個,它們布置在轉(zhuǎn)子周圍,彼此對置的線圈作為一組連接,在該圖中,上側(cè)和下側(cè)的線圈為A相,左側(cè)和右側(cè)的線圈為B相。線圈的連接使兩個相對的磁極在通電后互為N極和S極。
圖中的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為15個。假設(shè)白色轉(zhuǎn)子是靠近自己這邊的轉(zhuǎn)子并已通過永磁體被磁化為N極,則藍(lán)色轉(zhuǎn)子位于背面并被磁化為S極。
混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理
下面使用下圖來介紹混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理。在初始狀態(tài)(參見上面的“初始狀態(tài)”圖),通電后A相(上下)的上磁極變?yōu)镾極,下磁極變?yōu)镹極。白色的齒為N極,因此與A相的S極相吸;而藍(lán)色的齒為S極,因此與A相的N極相吸。從該狀態(tài)開始,使線圈的通電狀態(tài)按照①~⑤的順序變化。
下面對①~⑤的工作進(jìn)行說明。
①B相(左右)通電,使右側(cè)為S極,左側(cè)為N極。位于前面的白色齒(N)與右磁極(S)相吸,位于背面的藍(lán)色齒(S)與左磁極(N)相吸。
②當(dāng)通電使A相(上下)的上磁極為N、下磁極為S時,前面的白色齒(N)與下磁極(S)相吸,背面的藍(lán)色齒(S)與上磁極(N)相吸,轉(zhuǎn)子進(jìn)一步沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。
③當(dāng)使B相(左右)與①反向通電時,前面的白色齒(N)與左磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動,背面的藍(lán)色齒(S)與右磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動。
④當(dāng)使A相(上下)與②反向通電時,前面的白色齒(N)與上磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動,背面的藍(lán)色齒(S)與下磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動。當(dāng)通電使上磁極為S、下磁極為N時,轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動,并且轉(zhuǎn)子相對于初始狀態(tài)(參見上面的“初始狀態(tài)”圖)旋轉(zhuǎn)一個齒距。
⑤當(dāng)通電使B相(左右)右磁極為S、左磁極為N(與①相同)時,轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動,并且相對于①旋轉(zhuǎn)一個齒距。
綜上所述,轉(zhuǎn)子按照①~⑤中的四個步驟沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一個齒距,通過重復(fù)這些步驟的動作來使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。要沿相反的順時針方向旋轉(zhuǎn)時,請按⑤~①的順序控制通電。
圖片來源 Fig_1:http://www.minebea.co.jp/news/ 小型、高分辨率、高剛性混合式步進(jìn)電機(jī)“25□(見方)1.8°”(外形尺寸25mm見方、步距角1.8度)的產(chǎn)品化
關(guān)鍵要點:
?混合式步進(jìn)電機(jī)是兼具VR型和PM型電機(jī)優(yōu)點的步進(jìn)電機(jī)。
?混合式步進(jìn)電機(jī)使用VR型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)精細(xì)的步距角,并且可以通過與永磁體相結(jié)合來增加轉(zhuǎn)矩。
?步進(jìn)電機(jī)通過切換兩對線圈的通電狀態(tài)(4步),可以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距。
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