五相混合式步進(jìn)電動機(jī)的特征
楊永良 (西安微電機(jī)研究所)
【摘 要】五相混合式步進(jìn)電動機(jī)由于其結(jié)構(gòu)和原理上的特殊性而具有優(yōu)異的性能。本文從與一般步進(jìn)電動機(jī)的不同點(diǎn)、轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)理、設(shè)計(jì)原則等方面論述五相混合式步進(jìn)電動機(jī)的固有特征，提出了不同看法。
【敘 詞】五相混合式步進(jìn)電動機(jī)，性能，轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)
五相混合式步進(jìn)電動機(jī)是近年技術(shù)引進(jìn)仿制開發(fā)而成的新型步進(jìn)電動機(jī)。由于它結(jié)構(gòu)和原理上的固有特點(diǎn)，使它具有更加優(yōu)異的性能，自然引起了本行業(yè)科技工作者的興趣，在電動機(jī)的運(yùn)行基理、工作特性、設(shè)計(jì)計(jì)算、驅(qū)動電源及應(yīng)用研究方面進(jìn)行了大量的工作。為深化基理、強(qiáng)化概念，本文提出新的構(gòu)思來描述五相混合式步進(jìn)電動機(jī)的各項(xiàng)特性，更確切地表征它的固有特征，把握它的內(nèi)在規(guī)律。
1 特殊性
這里所指的特殊性是指五相混合式步進(jìn)電動機(jī)與通用步進(jìn)電動機(jī)的差異。一般的步進(jìn)電動機(jī)，當(dāng)某相極齒下定、轉(zhuǎn)子齒軸線重迭時(shí)，相鄰相或相鄰極下定、轉(zhuǎn)子齒軸線應(yīng)錯開1／m齒距，m為相數(shù)，否則電動機(jī)就不能產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動。五相混合式步進(jìn)電動
機(jī)則不然，相鄰相極齒之間關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒均勻分布、a相極齒齒軸線和轉(zhuǎn)子齒齒軸線重迭時(shí)，則相鄰各相極齒齒軸線錯開的齒距角如表1所示。
特殊性之二，一般步進(jìn)電動機(jī)每相繞組產(chǎn)生一對極。五相混合式步進(jìn)電動機(jī)雖然對稱位置的極齒屬于一相，但每相繞組產(chǎn)生二對極，因此表1中相數(shù)m含義也不一樣，這里應(yīng)為實(shí)際相數(shù)的二倍，即m=10。
特殊性之三，一般混合式步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼兩端的鐵心錯開半個齒距，定子按常規(guī)規(guī)律分布。這種五相混臺式步進(jìn)電動機(jī)除了磁鋼兩側(cè)鐵心錯開半個齒距外，定子鐵心相鄰極齒在常規(guī)分布的基礎(chǔ)上又錯開半個齒距，因此為了使線圈槽面積相同，定子鐵心極齒上的小齒分布均勻而無規(guī)律。
2轉(zhuǎn)矩
許多文獻(xiàn)提到混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生是線圈電流產(chǎn)生的磁場和磁鋼產(chǎn)生的磁場互相作用的結(jié)果。至于這二個磁場怎樣作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?cái)⑹龊苌倩蛘吆苣w淺，因此電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)之間的關(guān)系及其相互之問的影響描述得不夠透徹。
混合式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)示圖2，定子沖片見圖1。鐵心有十個極齒，極齒上開有小齒并套上線圈，對稱位置的線圈連結(jié)成一相，通電后產(chǎn)生二對極，磁鋼夾在轉(zhuǎn)子兩鐵心之間，互相錯開半個齒距。為說明方便起見，將圖2展開一半，如圖3所示，圖中上面部分為磁鋼的s極性側(cè)，下面部分為磁鋼的n極性側(cè)。現(xiàn)設(shè)定轉(zhuǎn)子齒處于圖3展開的所示位置，a相極齒定轉(zhuǎn)子齒軸線對齊，b、c、d、e各相齒軸線錯開表1所示關(guān)系。先假設(shè)定子線圈沒有通電流，此時(shí)磁鋼產(chǎn)生的磁通路徑如圖3中的虛線所示，這樣磁鋼磁場產(chǎn)生的磁力如表2所示。從表2可看出，s側(cè)的b、d極齒下轉(zhuǎn)子受到向左運(yùn)動的力，c、e極齒下轉(zhuǎn)子受到向右運(yùn)動的力。相反在n側(cè)b、d極齒下轉(zhuǎn)子受到向右運(yùn)動的力，c、e極齒受到向左運(yùn)動的力。由此可見，磁鋼磁場產(chǎn)生的磁拉力，a極齒下受徑向磁拉力互相抵消，b、c、d、e極齒下產(chǎn)生的磁拉力，在s極性側(cè)和n極性側(cè)方向相反互相抵消，如單純從n極性側(cè)或s極性側(cè)看，b、d和c、e極齒產(chǎn)生的磁拉力方向相反互為抵消，因此從整個電機(jī)看各相極齒產(chǎn)生的磁拉力處于平衡狀態(tài)，不顯現(xiàn)轉(zhuǎn)矩。
設(shè)磁鋼未充磁，線圈按bc de方式通電，則線圈電流產(chǎn)生的磁通路徑如圖3中的實(shí)線所示，各相極齒在電流磁場作用下的受力方向示表3。
同理，按表3所示關(guān)系可得出，a極齒和對應(yīng)的a’圾齒上徑向力抵消，b、c、d、e極齒產(chǎn)生的磁拉力在磁鋼兩側(cè)的磁力相等， |
