錯片結構微型直線步進電機的研究
宋立偉，崔淑梅，張千帆，程樹康
(哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：提出了一種圓筒型錯片結構微型直線步進電機。介紹了該電機的結構和工作原理，進行了解析分析。研制了實際樣機，并對其進行了定量計算和實驗研究。
關鍵詞：直線步進電機錯片結構
中圖分類號:tm383.6 文獻標識碼；a 文章編號rl001-6848(2000)01-0007-04
1 引 言
由于直線電機具有可以直接實現直線驅動的特點，使其在磁懸浮列車、傳送機械、計算機外設以及醫療器械等裝置和很多領域中越來越顯示了其優越性，許多直線電機驅動系統已替代了傳統的旋轉電機加機械傳動機構的驅動方式，不僅減小了中間傳動機構給系統帶來的誤差，而且也降低了系統的成本。因此，直線電機已經成為電機學科中一個重要的分支，直線步進電機由于具有開環控制精度高、可靠性高、驅動控制容易實現智能化等特點，使其在需要精密直線運動的系統中應用越來越廣泛[1,2]。
通常，直線步進電機的結構有扁平型、圓筒型和螺旋型等。對于扁平型反應式直線步進電機，沿其運動方向至步需要三段鐵心(e型鐵心)來形成定子的三相繞組；對于扁平型、圓銅型或螺旋型混合式步進電機，也至少需要兩段定子鐵心，這樣就增加了電機定子的軸向長度，相應地減小了電機的運動范圍。本文提出的錯片結構可以解決這一問題，它不但能減少電機軸向鐵心的段數，還使任意相的直線步進電機在其軸向上只要一段鐵心即可實現，這樣，就可以減小電機的軸向長度，在動子同樣長度的情況下，增大其運動范圍，同時也可以提高電機的性能價格比。
2.1電機的結構
電機的結構如圖1所示，它是采用圓筒式結構，初級定子鐵心分成兩段，每段鐵心繞有兩相繞組，定子鐵心的沖片結構如圖2所示。
定子沖片有4個大極，它們的形狀不完全相同，相對的兩極形狀一樣，相鄰的兩級內徑不同。現在假設任意相對的一對極為a相，那么，將第一片沖片按a相豎直放置，第二片沖片旋轉900后放置，使其內徑不同的2個極間隔開，這樣重復疊片，就組成了一段定子鐵心。內徑不同的兩個極沿軸向間隔開，內徑大的極形成了定子的齒，而內徑小的極形成了定子的槽，定子齒距為沖片厚度的2倍。動子鐵心是由內徑相同、外徑不同的兩組沖片交替間隔放置，外徑大的沖片形成了動子的齒，外徑心的沖片形成了動子的槽，而齒和槽在圓周方向是連續不間斷的。當定子的一對極與動子的位置關系為齒對齒時，那么與定子這對極相垂直的另一對極與動子的位置關系就是齒對槽，若一對極的繞組為a相繞組，則另一對極的繞組就是c相繞組。同理，另一段鐵心的兩組繞組組成了電機的b相和d相。兩段定子鐵心之間的距離應滿足下式：
如果在上述錯片結構反應式直線步進電機的每段鐵心上再加上磁鋼，同時，保證磁鋼的軸向厚度為：h=kt1，如圖3所示，就成為錯片結構混合式直線步進電機。
2.2動作原理[4]
反應式直線步進電機各組繞組的接線如圖4a所示，其動作原理是通過使通電相極下的磁導****而產生運動。
混合式直線步進電機每相繞組的接線如圖4b所示。在圓周方向上形成n、s極間隔分布。當a相繞組通以負向電流時，1、3極為n極，2、4極為s極。將電機沿1、3極的軸線剖開，剖面圖如圖5a所示：磁鋼的充磁方向為左邊是n極，右邊是s極，對于a段永磁勵磁與電磁勵磁都是n極，磁通增大，在a段定子和動子齒對齒；對于b段正好相反，永磁勵磁為s極，而電磁勵磁為n極，它們的磁通相互削弱，在b段定子與動子齒對槽。在2、4極剖面圖上(圖5b)，磁鋼的充磁方向一樣，對于a段永磁勵磁為n極，電磁勵 |
