什么是混合式步進電機?混合式步進電機工作原理圖解-漢德保
什么是混合式步進電機?混合式步進電機工作原理圖解
與磁阻式一樣,混合式電機也由定子和轉子兩部分組成。常見的定子有8個極或4個極,極面上均布一定數量的小齒,極上線圈能以兩個方向通電,形成a相和a相,b相和b相。它的轉子也由圓周上均布一定數量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯開半個齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環形永久磁鋼。很明顯,同一段轉子片上的所有齒都具有相同極性,而兩塊不同段的轉子片的極性相反。圖1是電機里兩種磁場通路的示意圖。
圖1(a)是由轉子上的永久磁鋼磁場產生的磁通回路;圖1(b)是在電機x、y兩處剖開的剖面圖。每相繞組繞在8個定子磁極中的4個極上,如:繞組a繞在1、3、5、7磁極上,則繞組b繞在2、4、6、8磁極上;而且,每相相鄰的磁極以相反方向繞,即,如果繞組a以正向電流激勵,則3和7磁極的磁場徑向向外,而l和5磁極的磁場徑向向內。b相與a相的情況類似。因此,整個電機的通電情況與磁場方向可用表1概括。其電機里的轉矩,由氣隙中的兩種磁場共同作用產生。
圖1 混合式步進電機的剖面圖
(a)平行軸的剖面 (b)垂直軸的剖面
表1 電機的通電情況與磁場方向表
圖2為四相混合式步進電機以圓周展開的剖面模型。上圖是轉子s極所處的剖面,下圖是n極所處剖面。圖中,定子齒距和轉子齒距相同。先考慮磁極ⅰ和磁極ⅲ下面的磁場。定子線圈通電后,磁極ⅰ產生n極,磁極ⅲ產生s極。它們構成的磁場分布情況如實線所示。同一圖中的虛線表示永久磁鋼產生的磁通通路。因為n極這段的轉子齒和s極轉子齒相互錯開
圖2四相混合式步進電機工作原理剖面圖
半個齒距,所以,僅靠定子電流磁場并不能像磁阻式電機那樣產生有意義的轉矩。但是,把永久磁鋼產生的磁場疊加上去,情況完全變了。因為磁極ⅰ下面的兩個磁場相互增強,因此,將產生朝左的驅動力;而磁極ⅲ下而的兩個分量相互抵銷,向右的力大大削弱。同理下圖中,磁極ⅲ下面的定子磁場和轉子磁場方向相同,磁極ⅰ下面的磁場方向相反,所以,也產生同樣方向的力,最終得到向左的合力。轉子在驅動力的作用下,將轉過1/4齒距,驅動力降為零,達到平衡位置。
如果切斷磁極ⅰ、ⅲ的激磁,同時向磁極ⅱ、ⅳ的線圈通入電流,分別產生s極和n極。轉子將向左再走一步。按照特定的時序激磁,如:a—b—a—b—a一…,電機就能沿逆時針方向連續旋轉。改變激磁時序,以a—b—a—b—a一…激磁,電機將沿順時針方向連續旋轉。
典型的混合式步進電機是四相200步的電機,步距角為1.8°;當然,也有象3.6°、2°或5°步距角的混合式電機。混合式電機的一個完整激磁周期常由四個狀態組成,轉子轉動四步。這時,步距角θb為:θb=360/(mz ) (°)
可將混合式電機與磁阻式電機作一比較。系統設計者選用哪種電機全由應用決定。說某種型式絕對好,這是不妥當的。(http://www.youkouen.com/版權所有)通常,對給定的電機體積,混合式電機產生的轉矩比磁阻式電機大;加上混合式電機的步距角常做得較小,因此,在工作空間受到限制而需要小步距角和大轉矩的應用中,常常可選用混合式電機。混合式電機的繞組未受激磁時,永久磁鋼所產生的磁通能產生自定位轉矩。雖然這比一組或多組繞組激磁時的轉距小很多,但它確實是一種很有用的特性:供電切斷時,仍然能保持轉子的原來位置。磁阻式步進電機,因為它的轉子上沒有永久磁鋼,所以,轉子的機械慣量比混合式電機的轉子慣量低。因為轉子慣量常常是電機總慣量的主要部分,因此,轉子慣量小,可以更快加速。此外,當負載需要移動相當大距離時,如電機轉幾轉,則使用大步距角的磁阻式電機可以減少步數。
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