五相混合式步進電動機的特征
楊永良 (西安微電機研究所)
【摘 要】五相混合式步進電動機由于其結(jié)構(gòu)和原理上的特殊性而具有優(yōu)異的性能。本文從與一般步進電動機的不同點、轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機理、設計原則等方面論述五相混合式步進電動機的固有特征，提出了不同看法。
【敘 詞】五相混合式步進電動機，性能，轉(zhuǎn)矩，設計
五相混合式步進電動機是近年技術(shù)引進仿制開發(fā)而成的新型步進電動機。由于它結(jié)構(gòu)和原理上的固有特點，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，在電動機的運行基理、工作特性、設計計算、驅(qū)動電源及應用研究方面進行了大量的工作。為深化基理、強化概念，本文提出新的構(gòu)思來描述五相混合式步進電動機的各項特性，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電動機與通用步進電動機的差異。一般的步進電動機，當某相極齒下定、轉(zhuǎn)子齒軸線重迭時，相鄰相或相鄰極下定、轉(zhuǎn)子齒軸線應錯開1／m齒距，m為相數(shù)，否則電動機就不能產(chǎn)生步進運動。五相混合式步進電動
機則不然，相鄰相極齒之間關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，當轉(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，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電動機每相繞組產(chǎn)生一對極。五相混合式步進電動機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，這里應為實際相數(shù)的二倍，即m=10。
特殊性之三，一般混合式步進電動機轉(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電動機除了磁鋼兩側(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
許多文獻提到混合式步進電機的轉(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)矩敘述很少或者很膚淺，因此電磁轉(zhuǎn)矩與電機各項參數(shù)之間的關(guān)系及其相互之問的影響描述得不夠透徹。
混合式步進電動機結(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)�，F(xiàn)設定轉(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。先假設定子線圈沒有通電流，此時磁鋼產(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)子受到向左運動的力，c、e極齒下轉(zhuǎn)子受到向右運動的力。相反在n側(cè)b、d極齒下轉(zhuǎn)子受到向右運動的力，c、e極齒受到向左運動的力。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， |
