混合式步进电动机原理.ppt

* 混合式步进电动机结构及原理 一、步进电动机背景介绍 1、步进电动机分类 步进电动机分类 反应式步进电动机（VR） 永磁式步进电动机（PM） 混合式步进电动机（HSM） 混合式步进电机（HSM）具有体积小、性价比高、可靠性好、运行平稳、定位准确、易于控制的优点，自上世纪60年代问世以来，取得了工业自动化领域的青睐，并逐步取代VR和PM而成为步进电动机的主流发展趋势。 2、步进电动机特点及优势： 开环控制。控制方式极为简单，非常容易实现，成本很低。 控制精度高。步进电动机结构本身步距角（转动1步前进的角度）已经非常小，实际运行时通常与细分驱动器配合使用，因而步距角经过细分后变得更小，控制精度更高。 电机旋转的角度正比于输入脉冲信号的数量。因此，电机具有优良的起停和反转响应，且无积累误差，即不会将1步的误差积累到下1步，同时可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 电机旋转的速度正比于输入脉冲信号的频率。因此，电机具有拥有较宽的转速范围，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 由于没有电刷，可靠性高，电机的寿命仅仅 取决于轴承的寿命。 二、混合式步进电动机（HSM）结构及特点 定、转子铁心 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 8 1、不导磁前端盖，2、前端轴承，3、不导磁转轴，4、第一段转子，5、永磁体，6、第二段转子，7、后端轴承，8、定子励磁绕组，9、定子，10、不导磁后端盖，11、螺钉 混合式步进电动机结构：由不导磁前端盖1、前端轴承2、不导磁转轴3、第一段转子4、永磁体5、第二段转子6、后端轴承7、定子励磁绕组8、定子9、不导磁后端盖10、螺钉11组成。第一段转子4和第二段转子6均由硅钢片叠压而成，转子上均匀分布50个小齿，两段转子上的小齿互错1/2齿距。定子9由硅钢片叠压而成，均匀分布有八个定子磁极，每个定子磁极上均匀分布一定数量的定子小齿，定子齿距与转子齿距相同。定子磁极之间的槽内设置定子励磁绕组8，任意选定一个绕组为起始绕组，八个定子励磁绕组按顺时针方向依次为：A相绕组12、B相绕组13、-A相绕组14、-B相绕组15、A相绕组16、B相绕组17、-A相绕组18、-B相绕组19，A相绕组与-A相绕组反向串联，B相绕组与-B相绕组反向串联。永磁体5放置于两段转子中间，永磁体表面与两段转子表面紧贴在一起，永磁体沿与转轴轴线平行的方向充磁。定子通过螺钉与前后端盖固定在一起。两段转子、永磁体和转轴固定在一起，通过前后端轴承与前后端盖安装在一起，从而转子及转轴可相对于定子及端盖转动。 混合式步进电动机工作原理：当定子的两相绕组按A—B—（-A）—（-B）的顺序通电时，磁通Φ1经永磁体 → 第一段转子铁心→ 气隙 → 定子铁心 → 气隙 → 第二段转子铁心 → 永磁体形成闭合回路，电机工作于混合励磁状态，转子及转轴相对于定子及端盖转动，实现电机转动。 12 13 14 15 16 17 18 19 12、A相绕组，13、B相绕组，14、-A相绕组，15、-B相绕组，16、A相绕组，17、B相绕组，18、-A相绕组，19、-B相绕组 混合式步进电动机工作原理：当定子的两相绕组按A—B—（-A）—（-B）的顺序通电时，磁通Φ1经永磁体 → 第一段转子铁心→ 气隙 → 定子铁心 → 气隙 → 第二段转子铁心 → 永磁体形成闭合回路，电机工作于混合励磁状态，转子及转轴相对于定子及端盖转动，实现电机转动。 三、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型（不考虑实际定转子铁心硅钢片的情况） 定、转子硅钢片 硅钢片厚度：0.50mm 混合式步进电动机（HSM） 永磁体磁场方向 径向 轴向 气隙：0.02mm 叠压系数：0.95 转子1 转子2 定子 四、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型（考虑到定转子铁心实际是由硅钢片叠压而成） 四、混合式步进电动机（HSM）工作原理 a. 状态1：转子位置角为 0 度（一个周期开始） N极转子 S极转子 S N S N S N S N A相 B相 - A相 - B相 A相 B相 - A相 - B相 A相 B相 - A相 - B相 A相 B相 - A相 - B相 b. 状态2：转子位置角为 1.8 度 N极转子 S极转子 N S N S N S N S c. 状态3：转子位置角为 3.6 度 N极转子 S极转子 N S N S N S N S d. 状态4：转子位置角为 5.4 度 N极转子 S极转子 N S N S N S N S *