錯片結(jié)構(gòu)微型直線步進(jìn)電機的研究
宋立偉，崔淑梅，張千帆，程樹康
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：提出了一種圓筒型錯片結(jié)構(gòu)微型直線步進(jìn)電機。介紹了該電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)行了解析分析。研制了實際樣機，并對其進(jìn)行了定量計算和實驗研究。
關(guān)鍵詞：直線步進(jìn)電機錯片結(jié)構(gòu)
中圖分類號:tm383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼；a 文章編號rl001-6848(2000)01-0007-04
1 引 言
由于直線電機具有可以直接實現(xiàn)直線驅(qū)動的特點，使其在磁懸浮列車、傳送機械、計算機外設(shè)以及醫(yī)療器械等裝置和很多領(lǐng)域中越來越顯示了其優(yōu)越性，許多直線電機驅(qū)動系統(tǒng)已替代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機加機械傳動機構(gòu)的驅(qū)動方式，不僅減小了中間傳動機構(gòu)給系統(tǒng)帶來的誤差，而且也降低了系統(tǒng)的成本。因此，直線電機已經(jīng)成為電機學(xué)科中一個重要的分支，直線步進(jìn)電機由于具有開環(huán)控制精度高、可靠性高、驅(qū)動控制容易實現(xiàn)智能化等特點，使其在需要精密直線運動的系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛[1,2]。
通常，直線步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)有扁平型、圓筒型和螺旋型等。對于扁平型反應(yīng)式直線步進(jìn)電機，沿其運動方向至步需要三段鐵心(e型鐵心)來形成定子的三相繞組；對于扁平型、圓銅型或螺旋型混合式步進(jìn)電機，也至少需要兩段定子鐵心，這樣就增加了電機定子的軸向長度，相應(yīng)地減小了電機的運動范圍。本文提出的錯片結(jié)構(gòu)可以解決這一問題，它不但能減少電機軸向鐵心的段數(shù)，還使任意相的直線步進(jìn)電機在其軸向上只要一段鐵心即可實現(xiàn)，這樣，就可以減小電機的軸向長度，在動子同樣長度的情況下，增大其運動范圍，同時也可以提高電機的性能價格比。
2.1電機的結(jié)構(gòu)
電機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是采用圓筒式結(jié)構(gòu)，初級定子鐵心分成兩段，每段鐵心繞有兩相繞組，定子鐵心的沖片結(jié)構(gòu)如圖2所示。
定子沖片有4個大極，它們的形狀不完全相同，相對的兩極形狀一樣，相鄰的兩級內(nèi)徑不同�，F(xiàn)在假設(shè)任意相對的一對極為a相，那么，將第一片沖片按a相豎直放置，第二片沖片旋轉(zhuǎn)900后放置，使其內(nèi)徑不同的2個極間隔開，這樣重復(fù)疊片，就組成了一段定子鐵心。內(nèi)徑不同的兩個極沿軸向間隔開，內(nèi)徑大的極形成了定子的齒，而內(nèi)徑小的極形成了定子的槽，定子齒距為沖片厚度的2倍。動子鐵心是由內(nèi)徑相同、外徑不同的兩組沖片交替間隔放置，外徑大的沖片形成了動子的齒，外徑心的沖片形成了動子的槽，而齒和槽在圓周方向是連續(xù)不間斷的。當(dāng)定子的一對極與動子的位置關(guān)系為齒對齒時，那么與定子這對極相垂直的另一對極與動子的位置關(guān)系就是齒對槽，若一對極的繞組為a相繞組，則另一對極的繞組就是c相繞組。同理，另一段鐵心的兩組繞組組成了電機的b相和d相。兩段定子鐵心之間的距離應(yīng)滿足下式：
如果在上述錯片結(jié)構(gòu)反應(yīng)式直線步進(jìn)電機的每段鐵心上再加上磁鋼，同時，保證磁鋼的軸向厚度為：h=kt1，如圖3所示，就成為錯片結(jié)構(gòu)混合式直線步進(jìn)電機。
2.2動作原理[4]
反應(yīng)式直線步進(jìn)電機各組繞組的接線如圖4a所示，其動作原理是通過使通電相極下的磁導(dǎo)****而產(chǎn)生運動。
混合式直線步進(jìn)電機每相繞組的接線如圖4b所示。在圓周方向上形成n、s極間隔分布。當(dāng)a相繞組通以負(fù)向電流時，1、3極為n極，2、4極為s極。將電機沿1、3極的軸線剖開，剖面圖如圖5a所示：磁鋼的充磁方向為左邊是n極，右邊是s極，對于a段永磁勵磁與電磁勵磁都是n極，磁通增大，在a段定子和動子齒對齒；對于b段正好相反，永磁勵磁為s極，而電磁勵磁為n極，它們的磁通相互削弱，在b段定子與動子齒對槽。在2、4極剖面圖上(圖5b)，磁鋼的充磁方向一樣，對于a段永磁勵磁為n極，電磁勵 |
