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了解HB混合式步進(jìn)電機(jī)與相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、主極數(shù)的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間:2021-03-24 18:01
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混合式步進(jìn)是指永磁型和電抗型優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合,分為兩相和五相。兩相的步進(jìn)角一般為1.8度,而五相的步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用廣泛。

在《HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理詳解》中,我們已經(jīng)詳細(xì)了解了它的結(jié)構(gòu)和工作原理。接下來,邊肖將帶領(lǐng)大家詳細(xì)了解HB混合式步進(jìn)電機(jī)與相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、主極數(shù)的關(guān)系。本文首先介紹了步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和主極數(shù)的表達(dá)式,然后介紹了同相和相間磁路的一般形式。

  步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和主極數(shù)的表達(dá)式

如果HB步進(jìn)電機(jī)為P相,則從公式 s=180/pnr可知其步距角為 s=180/pnr。此時(shí),定子1相(a“bar a”相之和)的主極數(shù)為m,均勻排列,其內(nèi)徑上排列的多個(gè)細(xì)齒的齒數(shù)相同。產(chǎn)生磁通量的轉(zhuǎn)子永磁體的磁路由下圖中的虛線示出,并且在條A之間形成閉合磁路.不同于后面描述的三相HB、五相HB等奇數(shù)相,在“A條”之間無法形成閉合磁路,需要橋接到B相、C相等其他相,形成閉合磁路。前者稱為同相磁路,后者稱為相間磁路。

兩相HB步進(jìn)電機(jī)都是同相磁路,三相HB步進(jìn)電機(jī)存在同相磁路和相間磁路。下圖是一臺(tái)三相六磁極HB步進(jìn)電機(jī),磁極上沒有小齒,轉(zhuǎn)子上很少齒。該圖描述了定子和轉(zhuǎn)子的磁通路徑,其中(a)是同相磁路,(b)是相間磁路。

例如,在圖(a)的同相磁路的情況下,當(dāng)定子主磁極A1和相鄰的B相B1或C相C2被激勵(lì)到下一相時(shí),它們將吸引與A1極性相同的轉(zhuǎn)子齒。永磁體后側(cè)的五個(gè)轉(zhuǎn)子齒由橫截面線表示,其極性與前側(cè)的轉(zhuǎn)子齒相反。同樣,圖(b)顯示了交替磁路。當(dāng)定子主極A1和相鄰的B相B1或C相C2被激勵(lì)到下一相時(shí),它們將吸引不同于A1的轉(zhuǎn)子齒。永磁體背面的四個(gè)轉(zhuǎn)子齒由剖面線表示,與正面的轉(zhuǎn)子齒極性相反,與(a)中的磁路相同。

  相內(nèi)磁路的一般形式

下圖(a)顯示了同相磁路,總共有mP個(gè)主磁極。因?yàn)楣?jié)距相等,所以相鄰相的A相和B相之間的節(jié)距為360 /mP。當(dāng)A被勵(lì)磁電流激勵(lì)時(shí),它的磁極與轉(zhuǎn)子極性相反的齒相對應(yīng)。當(dāng)B相再次通電,B磁極上產(chǎn)生與A相相同極性時(shí),轉(zhuǎn)子齒旋轉(zhuǎn)到B相。為了簡化,圖中A相和B相定子齒由多齒簡化為單齒。

此時(shí),與A相相對的轉(zhuǎn)子齒和與B相相對的轉(zhuǎn)子齒的節(jié)距為360 N/NR (n為整數(shù)),所以步距角為和之差:

代入公式s=180/pnr

入上式中:

  Nr=m(nP±1/2)

  此為相內(nèi)磁路時(shí),轉(zhuǎn)子齒Nr與相數(shù)P、主極數(shù)m的表達(dá)式。上式中Nr必為整數(shù),否則沒有意義。此時(shí)要注意m必須為偶數(shù)。

  兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī),當(dāng)P=2時(shí),主極為8(m=4)代入上式,得:Nr=8n±2

  此為兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的關(guān)系式。兩相HB型步進(jìn)電機(jī)的步距角為通常的1. 8°,將n=6代入上式,得Nr=50。

  兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī)定子主極為8,轉(zhuǎn)子齒為50個(gè)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

  兩相HB型步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°,定子主極為16,m=8,n=6,得轉(zhuǎn)子齒為100個(gè)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

  兩相3.6°步進(jìn)電機(jī)定子主極為4(在定轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生不平衡電磁力,所以不鼓勵(lì)使用此結(jié)構(gòu))時(shí),依式Nr=m(nP±1/2),當(dāng)P = 2,m=2,n=6時(shí),得Nr=25。 小圖為兩相,定子4主極,3.6°的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu),其外形為42mm步進(jìn)電機(jī), 用于5寸48TPI的FDD(軟盤驅(qū)動(dòng)器)上。當(dāng)為三相時(shí),由式Nr=m(nP±1/2),m=4,n=4,P=3,得Nr=50。定子主極數(shù)為mP=12,步距角θs為1.2°。

  相間磁路的一般形式

  上圖:不同磁路與步距之間的關(guān)系中圖(b)為相間磁路,定子節(jié)距相等,主極數(shù)合計(jì)為mP個(gè),相鄰 A相和B相之間的節(jié)距①與相內(nèi)磁路節(jié)距相同,為360°/mP。A相激磁,與其極性相反的轉(zhuǎn)子齒相對吸引。其次給B相激磁產(chǎn)生與A相相同的極性,吸引相應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒。為便于理解,將多齒結(jié)構(gòu)簡化為單齒結(jié)構(gòu)。

  此時(shí),與A相所對轉(zhuǎn)子齒和B相將相對的轉(zhuǎn)子齒之間的節(jié)距②為360°(n±1/2)/Nr(n整數(shù)),如圖所示。故步距角為①和②之差:

  如相間磁路為三相,令P=3,則:

  Nr=m(3n±1)

  三相時(shí),主磁極為3的倍數(shù),簡單的三相3主極時(shí),m=1變成下式:

  Nr=3n±1

  下圖為n=3,Nr=8的結(jié)構(gòu)圖,用上式Nr=3n±1和θs=180°/PNr,可計(jì)算求得Nr和θs,如下表所示。

  設(shè)計(jì)時(shí)要注意,三主極的HB型步進(jìn)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生不平衡電磁力。由于只用三個(gè)線圈,所以對用于低價(jià)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場合很有吸引力。

  三相,定子6主極時(shí),m=2,得下式:Nr=2(3n±1)。n=3,Nr=16,步距角3.75°的電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

  三相,定子9主極時(shí),m=3,則Nr=3(3n±1)。n=7,Nr=60,步距角1°的電機(jī),軸向剖視如下圖所示。

  三相,定子12主極時(shí),m=4,則Nr=4(3n±1)。n=8,Nr=100,步距角0.6°的步進(jìn)電機(jī)軸向剖視圖如下圖所示:

  上述簡要介紹了相內(nèi)磁路和相間磁路,以及定子主極等節(jié)距對稱情況下HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、主極數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式。不僅設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)要了解這些基本原理,而且使用電機(jī)時(shí)也要系統(tǒng)了解電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能、外形尺寸,并能夠依據(jù)相數(shù)和步距角推出電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及解決問題的方法。

本文關(guān)鍵詞

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