混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

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(diǎn)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(diǎn)是可以通過(guò)機(jī)械加工減小步距角，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩稍低，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化和大轉(zhuǎn)矩。而PM(Permanent Magnet)型電機(jī)則可以通過(guò)強(qiáng)力永磁體實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)精細(xì)的步距角，并且可以通過(guò)與永磁體相結(jié)合來(lái)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(gè)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(gè)轉(zhuǎn)子的齒錯(cuò)開(kāi)1/2節(jié)距進(jìn)行安裝。定子具有多個(gè)帶有勵(lì)磁線圈的磁極，每個(gè)磁極也具有類(lèi)似于轉(zhuǎn)子的齒。

在該圖中，定子繞組有四個(gè)，它們布置在轉(zhuǎn)子周?chē)?，彼此?duì)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(gè)相對(duì)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(gè)。假設(shè)白色轉(zhuǎn)子是靠近自己這邊的轉(zhuǎn)子并已通過(guò)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(lái)介紹混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理。在初始狀態(tài)(參見(jiàn)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(kāi)始，使線圈的通電狀態(tài)按照①～⑤的順序變化。

下面對(duì)①～⑤的工作進(jìn)行說(shuō)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(shí)，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(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。

③當(dāng)使B相(左右)與①反向通電時(shí)，前面的白色齒(N)與左磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動(dòng)，背面的藍(lán)色齒(S)與右磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動(dòng)。

④當(dāng)使A相(上下)與②反向通電時(shí)，前面的白色齒(N)與上磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動(dòng)，背面的藍(lán)色齒(S)與下磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)通電使上磁極為S、下磁極為N時(shí)，轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)子相對(duì)于初始狀態(tài)(參見(jiàn)上面的“初始狀態(tài)”圖)旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(shí)，轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，并且相對(duì)于①旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒距。

綜上所述，轉(zhuǎn)子按照①～⑤中的四個(gè)步驟沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，通過(guò)重復(fù)這些步驟的動(dòng)作來(lái)使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。要沿相反的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，請(qǐng)按⑤～①的順序控制通電。

圖片來(lái)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(jiàn)方)1.8°”(外形尺寸25mm見(jiàn)方、步距角1.8度)的產(chǎn)品化

審核編輯：湯梓紅