錯(cuò)片結(jié)構(gòu)微型直線步進(jìn)電機(jī)的研究
宋立偉，崔淑梅，張千帆，程樹(shù)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(cuò)片結(jié)構(gòu)微型直線步進(jìn)電機(jī)。介紹了該電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)行了解析分析。研制了實(shí)際樣機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了定量計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。
關(guān)鍵詞：直線步進(jìn)電機(jī)錯(cuò)片結(jié)構(gòu)
中圖分類(lèi)號(hào):tm383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；a 文章編號(hào)rl001-6848(2000)01-0007-04
1 引 言
由于直線電機(jī)具有可以直接實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，使其在磁懸浮列車(chē)、傳送機(jī)械、計(jì)算機(jī)外設(shè)以及醫(yī)療器械等裝置和很多領(lǐng)域中越來(lái)越顯示了其優(yōu)越性，許多直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已替代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)加機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式，不僅減小了中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)給系統(tǒng)帶來(lái)的誤差，而且也降低了系統(tǒng)的成本。因此，直線電機(jī)已經(jīng)成為電機(jī)學(xué)科中一個(gè)重要的分支，直線步進(jìn)電機(jī)由于具有開(kāi)環(huán)控制精度高、可靠性高、驅(qū)動(dòng)控制容易實(shí)現(xiàn)智能化等特點(diǎn)，使其在需要精密直線運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1,2]。
通常，直線步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有扁平型、圓筒型和螺旋型等。對(duì)于扁平型反應(yīng)式直線步進(jìn)電機(jī)，沿其運(yùn)動(dòng)方向至步需要三段鐵心(e型鐵心)來(lái)形成定子的三相繞組；對(duì)于扁平型、圓銅型或螺旋型混合式步進(jìn)電機(jī)，也至少需要兩段定子鐵心，這樣就增加了電機(jī)定子的軸向長(zhǎng)度，相應(yīng)地減小了電機(jī)的運(yùn)動(dòng)范圍。本文提出的錯(cuò)片結(jié)構(gòu)可以解決這一問(wèn)題，它不但能減少電機(jī)軸向鐵心的段數(shù)，還使任意相的直線步進(jìn)電機(jī)在其軸向上只要一段鐵心即可實(shí)現(xiàn)，這樣，就可以減小電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，在動(dòng)子同樣長(zhǎng)度的情況下，增大其運(yùn)動(dòng)范圍，同時(shí)也可以提高電機(jī)的性能價(jià)格比。
2.1電機(jī)的結(jié)構(gòu)
電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是采用圓筒式結(jié)構(gòu)，初級(jí)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(gè)大極，它們的形狀不完全相同，相對(duì)的兩極形狀一樣，相鄰的兩級(jí)內(nèi)徑不同�，F(xiàn)在假設(shè)任意相對(duì)的一對(duì)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(gè)極間隔開(kāi)，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(gè)極沿軸向間隔開(kāi)，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(dòng)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(dòng)子的齒，外徑心的沖片形成了動(dòng)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(duì)極與動(dòng)子的位置關(guān)系為齒對(duì)齒時(shí)，那么與定子這對(duì)極相垂直的另一對(duì)極與動(dòng)子的位置關(guān)系就是齒對(duì)槽，若一對(duì)極的繞組為a相繞組，則另一對(duì)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(jī)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(cuò)片結(jié)構(gòu)反應(yīng)式直線步進(jìn)電機(jī)的每段鐵心上再加上磁鋼，同時(shí)，保證磁鋼的軸向厚度為：h=kt1，如圖3所示，就成為錯(cuò)片結(jié)構(gòu)混合式直線步進(jìn)電機(jī)。
2.2動(dòng)作原理[4]
反應(yīng)式直線步進(jìn)電機(jī)各組繞組的接線如圖4a所示，其動(dòng)作原理是通過(guò)使通電相極下的磁導(dǎo)****而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
混合式直線步進(jìn)電機(jī)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(shí)，1、3極為n極，2、4極為s極。將電機(jī)沿1、3極的軸線剖開(kāi)，剖面圖如圖5a所示：磁鋼的充磁方向?yàn)樽筮吺莕極，右邊是s極，對(duì)于a段永磁勵(lì)磁與電磁勵(lì)磁都是n極，磁通增大，在a段定子和動(dòng)子齒對(duì)齒；對(duì)于b段正好相反，永磁勵(lì)磁為s極，而電磁勵(lì)磁為n極，它們的磁通相互削弱，在b段定子與動(dòng)子齒對(duì)槽。在2、4極剖面圖上(圖5b)，磁鋼的充磁方向一樣，對(duì)于a段永磁勵(lì)磁為n極，電磁勵(lì) |
