爪極式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算(1)
夏 云(重慶微電機(jī)廠400043)
1 引 言
爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（本文著重討論的是梯形爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）是永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制功率小，電磁阻尼大并具有定位轉(zhuǎn)矩，通常極數(shù)又多，可比一般永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角小，因而啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率也較高，配上各種專用裝置如減速齒輪頭、閥等可直接驅(qū)動(dòng)微波爐轉(zhuǎn)盤、空調(diào)器擋風(fēng)板、打印頭和電動(dòng)泵等。
2結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)
爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖1，所示，爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由2個(gè)定子和永磁轉(zhuǎn)子組成。每個(gè)定子由帶爪極的上、中和中、下鐵心及其套在爪極上的繞組所組成，2個(gè)定子在空間相互錯(cuò)開(kāi)90度電角度。現(xiàn)就其主要部件功能扼要介紹如下。
2.1爪極定子
爪極定子是體現(xiàn)爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特征的重要部件。它是由杯形殼體（以下簡(jiǎn)稱下爪極）、中爪極和上爪極組成。上、中、下爪極均用防銹鍍錫冷軋薄鋼板沖壓引伸而它在各種電動(dòng)機(jī)構(gòu)中獲得了極其廣泛地應(yīng)用。沖壓時(shí)沖出多個(gè)在圓周均布的輻射狀爪極，并打彎成90度，組成一個(gè)爪極均布的圓柱體定子。爪極的形狀有梯形爪極，有梯形邊成正弦曲線的正弦爪極。上、中、下爪極上均沖有定位標(biāo)記。2個(gè)申爪極接定位標(biāo)記相背扣合，保證相互錯(cuò)位90度電角度，形成2個(gè)定子的中爪極，再按定位標(biāo)記合上上爪極，并將其按定位標(biāo)記一并插入下爪極，這就形成了2個(gè)相互錯(cuò)位90度電角度的爪極定子，形成爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子主磁路。
2.2定子繞組
爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組不同于一般永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組，它是分別在2個(gè)線圈骨架上并繞2套反向串聯(lián)的環(huán)形線圈，組成四相繞組，其作用是在電機(jī)中產(chǎn)生軸向磁通，以便在定子爪極上產(chǎn)生n、s相間磁極。
2.3永磁轉(zhuǎn)子
爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由高矯頑力的恒磁鐵氧體或釹鐵硼磁環(huán)與主軸一起注塑而成永磁轉(zhuǎn)子。
轉(zhuǎn)子磁環(huán)圓周均勻地充有多個(gè)n、s間的磁極，其極數(shù)與定子爪極數(shù)相等，可根據(jù)所需要求的同步轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。
2.4特點(diǎn)
爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中的爪極定子的優(yōu)點(diǎn)是：
①梯形爪極沖壓引伸，制造加工方便。
②梯形爪極設(shè)計(jì)適合于多極結(jié)構(gòu)，不僅減小了永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，而且材料利用率高。
③由于爪極齒數(shù)等于轉(zhuǎn)子極數(shù)，即z。=2p，故齒諧波力矩為2次諧波力矩，而2個(gè)定子相互錯(cuò)位90度電角度，所以2個(gè)定子的齒諧波力矩幅值相等，相位相反，合成為零。
缺點(diǎn)是：
①爪極間漏磁大，降低了氣隙磁通的有效利用率。
②由于爪極鐵心中的渦流作用引超鐵心磁導(dǎo)afe的變化，也就使電機(jī)的電感隨頻率而變化，因此影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。
3 工作原理
當(dāng)定子繞組通電時(shí)，將在電機(jī)中產(chǎn)生軸向磁通，經(jīng)爪極通過(guò)氣隙與永磁轉(zhuǎn)子匝鏈，定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了方便，將電機(jī)沿軸向切割展開(kāi)，其簡(jiǎn)化示意圖如圖2所示。
從圖2展開(kāi)圖可見(jiàn)，假定爪極是梯形極，在定子繞組未通電時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)定子爪極的相互吸引力在磁極中心與爪極中心和爪極間中心對(duì)準(zhǔn)時(shí)是相等的，因此，永磁轉(zhuǎn)子在此位置處于靜平衡狀態(tài)（見(jiàn)圖2a）。
3.1通電方式
通電方式是指定子繞組各相通電的順序。爪極永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有2個(gè)定子，設(shè)第一個(gè)定子兩反向繞組分別為a、a1兩相；設(shè)第二個(gè)定子兩反向繞組分別為b、b1兩相(參見(jiàn)圖3)。
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