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PM步進電機

詳細描述

  步進電機可視為多極同步電機。同步電機的定子產生的磁場吸引轉子磁極,使轉子磁場與定子磁場同步旋轉。如施加負載,轉子磁場與定子磁場將保持某角度偏差,使轉子上產生與負載平衡的電磁轉矩,此偏差角度稱為功率角。

  兩相PM型爪極步進電機的旋轉原理
兩相PM型爪極步進電機的旋轉原理與本文開頭的兩相PM型分布線圈步進電機的旋轉原理基本相同。但是,本文第一張圖可知,一個線圈只能給一個磁極激磁,然而爪極電機的一相線圈可以給多極激磁。下圖示出爪極步進電機的旋轉原理。實際的兩相PM型爪極步進電機,設計的多極Nr=12,此時定子的爪極數每相有12對極。為簡化原理便于理解,下圖將一相簡化成一對極。實際的兩相步進電機兩相繞組同時激磁,通常作2相激磁驅動,為說明和理解容易,簡化為一相激磁狀態的說明,一相激磁如能驅動轉子旋轉,兩相激磁肯定也能運轉。
本步進電機的三相定子繞組在軸向三重配置,三相Y(三個線圈的末端接在一起,簡稱星形)或△(三個線圈首尾相接,簡稱三角形)接出三個出線端,為三相驅動PM型爪極步進電機。三相PM型爪極步進電機的結構如下圖所示。
RM型步進電機的特性
使用同一個定子,當一相RM繞組通電時,其交鏈的磁通相當于hb的三相繞組的磁通。當三相RM型步進電機的轉子由外部轉矩驅動時,其相繞組的感應電壓的波形如下圖所示,RM型的電壓波形接近正弦波,從而推出磁通的波形也是正弦波;相對的HB型電壓波形與RM型比較略有畸變。
  
其次,從RM型步進電機細分驅動效果看,下圖為RM型步進電機進行步距角細分(10倍)與HB型步進電機的角度精度的比較,RM型步進電機經過細分控制的角度線性精度好于HB型步進電機。由于永磁體磁通的正弦分布,RM型可說是低振動、低噪音、高精度的步進電機。
  
兩相PM型爪極步進電機的磁路由轉子磁極的N極發出,不是回到相鄰S極,而是由于磁路本身的構造,通過定子齒、定子軛、相間的定子齒返回到S極,再由內部磁軛回到N極。其磁通路徑如上圖的虛線所示。本結構由于其轉子的圓柱形磁鐵內部大部分為中空,故可做成低慣量轉子。
 
此種步進電機與HB型步進電機的比較如下:
 
結構上,轉子磁通接近正弦波分布,即轉子沒有齒,所以氣隙磁通的分布接近正弦波,從而能降低振動和噪音,提高步距角的精度。
由上面的轉子外觀圖看出,與定子所對轉子磁極的面積約為HB型轉子的兩倍,使交鏈磁通增大。HB型轉子表面齒槽關系只有50%,并且前后轉子齒之間相差1/2節距,而RM型轉子的表面100%通過有效磁通。
HB型要通過軸向磁路形成三維磁路,并且定子鐵心疊片很厚,磁通要垂直穿過鐵心疊片;而RM型步進電機的轉子磁路垂直于輸出軸平面流通,定子磁路沿硅鋼片壓延方向形成,故磁路變短,磁阻減小。
RM型的轉子表面因沒有HB型的軟磁材料,所以沒有磁阻、電感小,適用于高速運行。
從上述分析看出,該電機適用于高速、髙輸出功率、低振動、低噪音場合。
 
與HB型比較,因磁極數的限制,難以達到高分辨率(微小步距角),所以要依據使用目的加以選擇。


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