混合式直线步进电动机结构和工作原理

混合式步进电机内部的磁场推力，不仪和各相绕阻通入的控制脉冲电流有关，而且还和内部存在的固定磁场大小有关。在它内部的固定磁场，通常是由永久磁铁提供，如图1 4所示;当然，也可以用通有固定直流电流的励磁线圈来产生。随着各相控制绕组中的电流发生变化，使得各极下的磁场位置发生变化，因而带动步进电动机动子产生直线步进运动。是一台两相平板型混合式直线步进电机的原理结构。定子是由开有等距齿槽的叠片铁心组成，齿距(或槽距)为t。动于是由永九磁铁再加上“Ⅱ”形电磁铁EMA和EMB组成，电磁铁EMA具有磁极1和2;电磁铁EMB具有磁极3和4。每个极上一般都有几个平行齿)。其齿距要求和定子的齿距相等均为t电磁铁的铁心是由硅钢片叠成。各磁极中心线之间的距离，称为极距P。磁极l和磁极2之间的极距P1，以及磁极3和磁极4之间的极距P4.，均可由下式表示，这样就可以保证极1的齿和定子齿对齐时，极2的齿中心正好对着定子槽中心。而磁极2和磁极3之间的极距P,就必须满足下式，这样就可以保证当极l齿中心正对着定子齿中心时，敏3和报4的齿中心分I正好都处在定子齿中心和槽中心之间·为电机下一步步进运动做好位置准备工作。永久磁铁磁通的路径是通过电磁铁，越过电磁铁和定子之阅的空气隙和定子自身的磁路形成的主磁路回路。当电磁铁没有电流时，永久磁铁向所有的磁极提供了大致相等的常值磁通。这里是永久磁铁提供的总磁通。各极下气隙中的磁通方向如图1.58中虚线所示，在这个条件下，动子上没有任何水平推力，动子可以稳定在任何随机位置上。当电磁铁EMA线圈中通入正向电流Ia励磁时，在圈中用来表示，则由该电流励磁产生的磁通路径如图l-5a中实线所示o此时极l下的磁通^≈k/z+h设“≈九/2则^≈九/2+九一九，而极2下的磁通也≈九/2一“≈o，极3和极4下的磁通大致仍为‰/2显然’此时极l所受的磁力最大，极2所受磁力几乎为零，极3和极4所受磁力由动、定子齿的相对位置所决定，其水平方向的分力大致大小相等，方向相反，相互抵消，因此动子的运动由极1所受的磁力决定。最后，极l必定运动到和定子齿对齐为止，如图卜5b所示(极l对齐定子齿1’。因为只有在齿对齿的情况下，丸对应磁路的避导最大，这时动于所受的水平磁推力为零，动于就处在稳定平衡的位置上n动子由图l-5a过渡到图l-5b时，动子已经向右移动了1/4齿距’如果接下击通电方式变成围1-5.所示，则同样可分析得到下述结论：极4受磁力最大，并必然使极4对准定子齿6;此时动子又向右移动了rj4距离。同样可以分析图l-5d和图l-5e的情况我们可得到如下结论：当单相通电方式接图1-5e -d-e—b _e-顺序进行，则动于就会以rj4步距向左移动。通电方式以四种变化状态为周期称为四拍制运行。每经过四种通电方式变化，动子就会移动一个齿距‘。各相线圈通电的规律如图1-6所示。2两相同时励磁分析单相轮流通电励磁工作方式的缺点是电机的净推动力小、阻力大、运行速度有限。其主要原因是当电机由图l-5b过渡到图1-5e状态时，由于极1下有永久磁铁提供的磁通在作用，极1和定于齿1之间实际上存在着相当大的吸力，阻止动子向右运动。如果当线圈B通以正电流时，在线圈A中同时通入匣向电流，这就有利于动子从状态图1-5b过渡到状态图1-5e，因为这时极1下的磁通近似为零，没有阻力存在，这就是两相绕组同时通电的优点之一。根据这个设想，各相线圈的电流波形变成如图1—7中实线所示的波形。如果让线圈A通入余弦电流洞时让线圈B通入正弦电流(如图1-7中虚线所示)，则在O-m/2范围内-线圈B中的电流从零遥新增大到它的最大值，使得极4-F的磁通电※/2逐渐增大到。而极3下的磁通逐渐由九/2下降到零。同时极1F的磁通随着/A下降而下降，配合线圈B使动千如同同步电机一样平滑均匀地向右移动。当电流交变一次，动子就移过一个齿距￡。当A相电流由最大值下降到零，B相电流由零上升到最大值时t动子沿轨道推进了r/4。如果在A相电流由最大值下降下来的同时，B相电流由零开始上升，当它们的值达到相等时，则动子对应地正好移过m/8如果将上述A相和B相的正、余弦电流每个周期都用40个等宽不等幅的脉冲群代替，如图1 8所示，则每个脉冲的宽度为90(电角度)。则步进电动机就会相对于原来的位置移动了，此时步距为1/40齿距。可见电机的步距分辨率比原来提高了1O倍。上述把一个周期的正、余弦电流细分成40个等宽不等幅的脉冲群的电路-称为细分电路。利用微型计算机可以很方便地完成比上述精细得多的细分任务。目前对于实际齿距为imm的步避电动机，通过微机细分的方法，已经实现0.00imm微步的分辨率，这就显示出用微机控制两相同时通电励磁方式的优越性。