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HB混合式步进电机的结构及工作原理

来源:98700v九游安卓版-九优9905 发布时间:2019-01-02 点击次数:

混合式步进电机分为永磁(PM)、无功(VR)和混合式(HB)三种,无功步进电机通常为两相,转矩和体积小,步进角通常为7.5或1.5度。永磁步进通常是三相的,可以实现大的转矩输出。步进角一般为1.5度,但噪声和振动很大,80年代欧美等发达国家已被淘汰,混合式步进是永磁和无功的结合。
    
     混合式步进电机(HB型)具有两相、三相和五相模式。由于转子与相数无关,故采用同一转子。本文以两相HB型混合式步进电动机为例,从其转子结构出发,推导出HB型混合式步进电动机的名称。它的转子是永磁步进电机和变磁阻反应步进电机的复合体,所以又称为混合式步进电机。
    
     HB混合式步进电机的结构是两个磁片与一个永磁缸轴向连接。两个磁盘的外齿节距相同。变磁阻反应式步进电机的转子结构相同。两个轮盘的轮齿错开1/2节距。转子缸的轴向磁化一端为N极,另一端为S极。
    
     永磁步进电机的转子和上述永磁步进电机的转子在结构上分布在转子的外表面。为了提高分辨率,必须增加极数。转子内可设置24极。如果增加磁极数,会增加漏磁量,减小电磁转矩;而HB型转子的N极和S极分布在两个不同的软磁盘上,因此可以增加转子的磁极数,以提高分辨率。直径20毫米可配置100个磁极,磁极沿轴向磁化。N、S极组装后磁化,磁化简单。
    
     与转子齿相对应的定子磁极具有与转子齿相同节距的小齿,转子齿的磁通在气隙中相互作用,产生电磁转矩,近年来这种转子的步进电机得到了广泛的应用。
    
     该结构源于1992年获得美国专利的通用电气企业卡尔·费尔塔格,两相HB步进电机的结构与目前两相HB步进电机相同。它被用作低速同步电动机。后来,美国苏必利尔电气企业和西格玛仪器企业开发了一种步进电机,其步进角为1.8度,转子齿数为50。
    
     定子绕组和转子齿为50.1.8度的HB混合式步进电机的截面图如下所示。为了增加输出扭矩,转子软磁极的轴向长度尽可能延长。
    
     定子均匀分布有八个磁极(绕组的主磁极)。八个磁极的内圆与转子齿距相同,转子齿分布在气隙两侧,转子齿数大于定子齿数。
    
     线圈由绕线机直接绕在树脂注射成型的槽形绝缘框架上。线圈绕好后,线圈安装在磁极上,前后端盖采用铸铝制造,并经过机械加工,以保证轴承座的同心度和安装止动,HB混合式步进电机的气隙一般为0.05~0.1 mm。由于气隙小,控制各部件的加工精度非常重要。
    
     转子装入定子和前后端盖,以确保气隙均匀。永磁体的磁化方向为轴向。N极和S极两端都被磁化。所产生磁力线的方向由箭头所示。为了便于理解,将实际磁路简化为定子的四个主磁极和五个转子齿(如下图所示)。此处省略了定子绕组。
    
     由于转子永磁体的磁通变为定子中的交叉链磁通,当定子线圈通过电流时,电磁转矩是根据弗莱明的左手法则产生的(I是电流,B是磁通密度,L是线圈轴的有效长度),两个磁体用铁锤夹紧。一个永磁体,转子的齿位彼此相差1/2节距,转子的磁通量从N极开始,通过定子磁路的最小气隙(定子和转子的齿相对),然后返回转子的S极。磁路如箭头所示。
    
     在左转子上部上方,右转子下部产生吸力,轴的两侧产生扭矩(此力是不平衡的电磁力),转子的旋转是由定子励磁线圈的开关引起的,轴承的间隙容易引起振动,实际上,主泵定子的磁极为8极,转子齿数均匀。其目的是消除不平衡的电磁力,实际上,与两个转子轮齿相对的定子在轴向上不是分成两个,而是由重叠的硅钢片组成。
    
     下图描述了两相HB步进电机的工作原理,永磁体使转子产生N极和S极,电磁转矩由吸力和排斥力产生。两相绕组假定为A相、B相、A相和B相。例如,A相和A条与电源相连,根据右手螺旋法则产生相反的磁场。同样,B相和B条也是如此。图中,实心箭头表示转子的磁通量和do。Td线表示其磁路m的磁通量,根据转子磁铁的轴向图,转子的N极通过气隙向下进入定子,然后通过气隙进入转子的S极,待定子极通过铁心轴向进入定子磁极后,再通过气隙进入转子的S极。下图f详细阐述了HB混合式步进电机的结构和工作原理。
    
     转子磁路中部为永磁体,下部为N极,上部为S极,磁体厚度方向自上而下,当启动状态(A)为A相激励时,棒A相的极性相反,停止在所示位置。转子对应于A相的一半和棒A相,形成交叉链磁通M,如图中虚线所示。
    
     然后将励磁相位转换为状态(B),断开A相励磁电流,接通B相励磁电流,转子向右移动转子节距的1/4,运行到图(B)的位置。
    
     在另一个步骤中,励磁相位转换为状态(C),断开B相的励磁,A相的励磁连接到棒上。然后转子从状态(B)向右移动一步(1/4节距),并运行到状态(C)的位置。同样,如果励磁变为状态(D)、断开棒A相励磁和连杆B相励磁,转子从状态(C)向右移动一步(1/4节距)到状态的位置。(d).再实行一步,返回到(a)状态,然后依次循环。
    
    

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