CN104242595A - 步进电机 - Google Patents

步进电机 Download PDF

Info

Publication number
CN104242595A
CN104242595A CN201410271553.0A CN201410271553A CN104242595A CN 104242595 A CN104242595 A CN 104242595A CN 201410271553 A CN201410271553 A CN 201410271553A CN 104242595 A CN104242595 A CN 104242595A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stepping motor
rotor
motor
solenoid coil
electromagnetic brake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410271553.0A
Other languages
English (en)
Inventor
米哈·弗兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Electric Shenzhen Co Ltd filed Critical Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Publication of CN104242595A publication Critical patent/CN104242595A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/24—Arrangements for stopping
    • H02P8/30—Holding position when stopped
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes
    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
    • H02K7/1023—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets
    • H02K7/1025—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets using axial electromagnets with generally annular air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/24—Structural association with auxiliary mechanical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P15/00—Arrangements for controlling dynamo-electric brakes or clutches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/24—Arrangements for stopping
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

本发明公开用于一种步进电机，包括转子、定子、及可使转子止动的电磁制动器，所述转子具有永磁极，所述定子具有至少两个相绕组。所述电磁制动器与所述至少两个相绕组电连接并在至少一个相绕组通电时解除对所述转子的制动。

Description

步进电机
技术领域
本发明涉及步进电机，特别涉及具有制动器的步进电机。
背景技术
步进电机广泛用于准确定位。希望暂时保持目标位置的保持转矩的输入功率降低或为零，以实现低热耗和低能耗。
在现有的步进电机执行器中，保持转矩通常由机械摩擦方式(例如低效率自锁传动齿轮或电磁定位转矩等)实现。这类机构降低可获得的输出转矩或引入电磁转矩波动，对于低振动动态运行具有负面影响。因此，与目前对电磁执行系统的低功率、高效率及环保的要求相矛盾。
现有技术中已经出现了电机与电磁制动器或螺线管制动器的组合。然而，制动器的驱动需要额外的电子元件和控制线，这会增加执行器的成本和复杂性。具有机械制动器的步进电机还未广为人知。在步加电机中增加电磁制动器的一个问题在于电机输出低速位移时如何防止制动器产生驱动。可以通过使用复杂的电子电路来解决这一问题，但对大多数应用来说这将使得电机过于昂贵。
发明内容
本发明旨在提供一种集成有制动器的高效步进电机，使用简单控制电路使该制动器在步进电机不通电时使转子止动。
本发明的实施例的步进电机包括转子、定子、及可使转子止动的电磁制动器，所述转子具有永磁极，所述定子具有至少两个相绕组；其中，所述电磁制动器与所述至少两个相绕组电连接并在至少一个相绕组通电时解除对所述转子的制动。
较佳的，所述电磁制动器包括螺线管线圈、摩擦盘及弹簧，所述弹簧迫使所述摩擦盘与转子接触，所述螺线管线圈通电时使所述摩擦盘移动至不接触转子的位置。
较佳的，所述定子的每个相绕组分别电连接至一个整流器以给所述螺线管线圈供电。
较佳的，每一整流器经电阻与对应的相绕组连接。
较佳的，所述整流器为全波整流器。
较佳的，每一整流器的输出端与所述螺线管线圈并联，并与连接至螺线管线圈的电容并联。
较佳的，用于操作电机的控制线的线数等于或少于所述电机的相数的两倍。
较佳的，用于驱动所述电磁制动器的电子元件被集成在所述电机内。
较佳的，所述制动器提供的保持转矩不小于所述电机以正常工作条件通电时产生的最大转矩。
较佳的，所述制动器通电时对转子无阻力。
依据本实施例的步进电机提供具有简单电路的电磁制动器，较佳的为螺线管制动器，当螺线管线圈未通电时使转子止动，通电时使转子自由转动。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图1是依据本发明一个实施例的具有螺线管制动器的两相步进电机在未通电状态时的剖面图；
图2是图1中的步进电机在通电状态时的剖面图；
图3是图1中依据本发明的两相步进电机的一种较佳电路示意图；
图4是图1中步进电机在全步进双极性电压偏差模式下的驱动信号图；
图5是在相绕组处测得的对应电流响应图；
图6是电机在全步进模式下螺线管制动器的电流图；
图7是电机在微步进模式下运行时相绕组处测得的电流信号图；
图8是电机在微步进模式下运行时螺线管制动器的电流图。
具体实施方式
图1是依据本发明一个实施例的两相步进电机在未通电状态下的剖面图。所述步进电机10包括定子12、转子14、及电磁制动器(本实施例中为螺线管制动器)16。定子12具有两个相组件18，每个相组件18包括缠绕在线架22上的相绕组20，该相绕组20设于一对极板24之间。两个相组件18在轴向上通过垫片26彼此隔开。
转子14设于两个相组件18内部界定出的容置空间内。转子14包括转芯40及转轴44。转芯40呈中空圆柱状，其一轴向端具有沿径向向内延伸出的轮毂42。转轴44通过连接件46固定到转芯40的轮毂42。转芯40较佳的为模制永磁铁，当然还可以采用其他形式，例如包括中空圆柱状的支撑部及装设或贴至支撑部的环形磁铁。转芯40形成转子永磁极。转轴44由轴承32可旋转的支撑。轴承32装设在轴承座28内。轴承座28伸入转芯40的中空部内，并形成电机壳体或外框的一部分。
螺线管制动器16包括固定到定子12的盖体60、固定到盖体60的螺线管线圈62、弹簧64、以及摩擦盘66。摩擦盘66在盖体60内可沿轴向移动但不能旋转。摩擦盘66可在弹簧64压迫下抵顶转子14以阻止转子14旋转。本实施例中，摩擦盘66抵顶转子14时与转芯40的轴向端面48直接接触。弹簧64套设在盖体60内的凸柱68上从而被定位。摩擦盘66具有磁性，位于螺线管线圈62产生的磁场中。螺线管线圈62通电时对摩擦盘66产生吸力，该吸力克服弹簧64的回复力将摩擦盘66吸向螺线管线圈62。使用中，螺线管线圈62未通电时不产生磁场，如图1所示，摩擦盘66在弹簧64的压迫下抵顶转子14，阻止转子14旋转。当螺线管线圈62通电时，如图2所示，线圈62产生的磁场将摩擦盘66吸向线圈62使其不再与转子14接触，这样转子14可自由旋转。
下面结合图3及图4-8对螺绕管线圈与电机定子绕组之间的关系进行描述。电源经一对相输入端子80被供给每一相绕组。R1和L1表示第一相绕组，R2和L2表示第二相绕组。每一相绕组的输入电源同时被供给一对应的整流器82。整流器82较佳的为全波整流器。可以理解的，也可采用其它类型的整流器(如半波整流器)。每个整流器82的输出与制动器16的螺线管线圈62(由Rs和Ls表示)相连。可选的，电容84与螺线管线圈62并联以降低电流波动，从而平滑线圈62的输入。每一整流器82通过电阻86连接到相输入端子80，用于解耦或阻抗匹配。
图4示出施加到相输入端子的全步进双极性电压偏差模式的电压信号Va和Vb随时间变化的图表。所述电压信号是方波信号，具有每秒100全步进(即每步进10ms)的步频。
图5示出相绕组处测得的电流响应Ia和Ib随时间变化的图表。
图6示出图4中的信号施加到电机时，在电机启动(即时间t＝0)时，螺线管线圈的电流随时间变化的图表。通过选择合适的电路元件(电感、电阻、电容等)，可使得电流上升时间和制动器的动态响应与电机速度相比足够短。
图7示出电机以微步进模式(准正弦电流)运行时的电流随时间变化的图表，其中时间轴的比例变为图5中的两倍。
图8示出电机在如图7所示的微步进模式下运行时，在电机启动(即时间t＝0时)螺线管线圈的电流随时间变化的图表，其中时间轴的比例变为图6中的两倍。
本发明提供的步进电机的电磁制动器的运行控制电路简单且成本较低。
本发明具有以下优点：
通过将电磁制动器集成在步进电机的壳体内，使得电机非常紧凑，且电机本身可以不受通常摩擦特征(如增加摩擦以防止电机逆转的齿轮几何)的限制。这样，不考虑电机逆转，通过使用更高效率的齿轮，整个电机的效率可显著增加。摩擦型齿轮几何对于最大保持力和电机效率的变化相关温度的变化较敏感。使用低摩擦齿轮还可降低齿轮磨损和齿轮的摩擦生热。这样，保持转矩较稳定而不会受温度影响。
默认情况下未供电的步进电机是不转动的。因此，在即使如安装或运输过程中产生强力和强振动的情况下，出厂预设位置也不会改变。这意味着在生产线和现场更换所需的安装设置时间更少。
通过调整摩擦面(材料或形状)以及弹簧施加的力可调整保持力。
并且，制动器的控制可以少量的电子元件通过简单方式实现，从而降低成本，并允许将控制部分集成到电机壳体内。由于不需要额外的电线来控制制动器，简单控制还意味着本发明的电机基本上与无制动器的电机同样对待。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
例如，除了两相电机，本发明对于多相同步电机也同样适用。
再例如，为防止可用电机和制动器部件的参数无法满足比电机步进周期(开和闭应在动作之前发生)快得多的制动响应时间，在第一个步进的初始电机励磁在开始换向序列之前允许释放制动器。这可以是速度斜坡算法的一部分。

Claims (10)

1.一种步进电机，包括转子、定子、及可使转子止动的电磁制动器，所述转子具有永磁极，所述定子具有至少两个相绕组；其特征在于，所述电磁制动器与所述至少两个相绕组电连接并在至少一个相绕组通电时解除对所述转子的制动。
2.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述电磁制动器包括螺线管线圈、摩擦盘及弹簧，所述弹簧迫使所述摩擦盘与转子接触，所述螺线管线圈通电时使所述摩擦盘移动至不接触转子的位置。
3.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子的每个相绕组分别电连接至一个整流器以给所述螺线管线圈供电。
4.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于，每一整流器经电阻与对应的相绕组连接。
5.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于，所述整流器为全波整流器。
6.如权利要求3所述的步进电机，其特征在于，每一整流器的输出端与所述螺线管线圈并联，并与连接至螺线管线圈的电容并联。
7.如权利要求1至6任一项所述的步进电机，其特征在于，用于操作电机的控制线的线数等于或少于所述电机的相数的两倍。
8.如权利要求1至6任一项所述的步进电机，其特征在于，用于驱动所述电磁制动器的电子元件被集成在所述电机内。
9.如权利要求1至6任一项所述的步进电机，其特征在于，所述电磁制动器提供的保持转矩不小于所述电机以正常工作条件通电时产生的最大转矩。
10.如权利要求1至6任一项所述的步进电机，其特征在于，所述电磁制动器通电时对转子无阻力。
CN201410271553.0A 2013-06-20 2014-06-17 步进电机 Pending CN104242595A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1311035.8 2013-06-20
GB1311035.8A GB2515333A (en) 2013-06-20 2013-06-20 Stepper motor with integrated brake and drive circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104242595A true CN104242595A (zh) 2014-12-24

Family

ID=48950224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410271553.0A Pending CN104242595A (zh) 2013-06-20 2014-06-17 步进电机

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140375151A1 (zh)
JP (1) JP2015006126A (zh)
KR (1) KR20140147776A (zh)
CN (1) CN104242595A (zh)
DE (1) DE102014108510A1 (zh)
GB (1) GB2515333A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110239893A (zh) * 2018-03-09 2019-09-17 中煤张家口煤矿机械有限责任公司 一种输送机用多功能永磁变频驱动系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013290A1 (de) * 2015-10-15 2017-04-20 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Antrieb, aufweisend einen von einem Umrichter über erste elektrische Leitungen gespeisten Elektromotor und eine Bremse und Verfahren zum Betreiben eines Antriebs
CN105205285B (zh) * 2015-10-20 2020-07-17 河海大学 一种计及绕组的bsrm定子模态有限元建模方法
CN105811652A (zh) * 2016-04-11 2016-07-27 上海度哥驱动设备有限公司 一种针对电机用永磁制动器的安装结构
CN107539413A (zh) * 2017-10-10 2018-01-05 南京康尼精密机械有限公司 端面齿内刹电机
WO2019102378A1 (en) 2017-11-21 2019-05-31 Genesis Robotics And Motion Technologies Canada, Ulc Electric motor with integrated brake
DE102020213640A1 (de) * 2020-10-29 2022-05-05 Maha Maschinenbau Haldenwang Gmbh & Co. Kg Entriegelung einer elektromagnetischen Bremse eines Motors

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB959348A (en) * 1961-09-12 1964-05-27 Gen Dynamics Corp Brakemotors
US4315171A (en) * 1977-05-23 1982-02-09 Ernest Schaeffer Step motors
JPS5921249A (ja) * 1982-07-22 1984-02-03 Nippon Densan Kk 電動機装置
CN2807586Y (zh) * 2005-06-23 2006-08-16 河南省远东起重建筑机械有限公司 一种实芯转子制动电动机
CN200969542Y (zh) * 2006-06-21 2007-10-31 河南省华中起重机有限公司 一种异步电机的制动装置
CN101262164A (zh) * 2007-03-07 2008-09-10 株式会社模雅特 步进马达
JP2009177905A (ja) * 2008-01-23 2009-08-06 Shinano Kenshi Co Ltd 電磁ブレーキ付電動機
JP2011190918A (ja) * 2010-03-17 2011-09-29 Yaskawa Electric Corp ブレーキ装置及び回転電機

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2733393A (en) * 1956-01-31 Dynamic braking hoist control
US2870388A (en) * 1957-06-11 1959-01-20 Ind Controls Corp Motor control circuit
DE1488679C3 (de) * 1965-06-19 1974-07-04 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Schrittschaltmotor
NL6603421A (zh) * 1966-03-16 1967-09-18
JPH0297300A (ja) * 1988-09-30 1990-04-09 Aisin Seiki Co Ltd 可搬式エンジン発電装置
JP3724026B2 (ja) * 1995-04-24 2005-12-07 株式会社デンソー 車両用同期発電装置及びその励磁制御方法
US5892341B1 (en) * 1997-10-29 2000-06-27 Rexnord Corp Quick set electric motor brake control
US6642636B2 (en) * 2002-04-02 2003-11-04 Delphi Technologies, Inc. Stepper motor driving assembly with positive brake

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB959348A (en) * 1961-09-12 1964-05-27 Gen Dynamics Corp Brakemotors
US4315171A (en) * 1977-05-23 1982-02-09 Ernest Schaeffer Step motors
JPS5921249A (ja) * 1982-07-22 1984-02-03 Nippon Densan Kk 電動機装置
CN2807586Y (zh) * 2005-06-23 2006-08-16 河南省远东起重建筑机械有限公司 一种实芯转子制动电动机
CN200969542Y (zh) * 2006-06-21 2007-10-31 河南省华中起重机有限公司 一种异步电机的制动装置
CN101262164A (zh) * 2007-03-07 2008-09-10 株式会社模雅特 步进马达
JP2009177905A (ja) * 2008-01-23 2009-08-06 Shinano Kenshi Co Ltd 電磁ブレーキ付電動機
JP2011190918A (ja) * 2010-03-17 2011-09-29 Yaskawa Electric Corp ブレーキ装置及び回転電機

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110239893A (zh) * 2018-03-09 2019-09-17 中煤张家口煤矿机械有限责任公司 一种输送机用多功能永磁变频驱动系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015006126A (ja) 2015-01-08
DE102014108510A1 (de) 2014-12-24
GB2515333A (en) 2014-12-24
GB201311035D0 (en) 2013-08-07
US20140375151A1 (en) 2014-12-25
KR20140147776A (ko) 2014-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104242595A (zh) 步进电机
CN107248804B (zh) 一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置
CN104578651B (zh) 用于针对低温加热铁素体磁体马达的系统和方法
TW200945739A (en) Generator-brake integration type rotating machine
WO1994013051A1 (en) Brushless dynamoelectric machine with specialized armature construction
CN104659996A (zh) 一种漏磁式机械变磁通永磁同步电机
JP2011130654A (ja) Ａｃジェネレータ
CN103390978A (zh) 一种双定子盘式混合励磁电机
US20140368075A1 (en) Permanent magnet synchronous machines with magnetic flux regulation
KR102317325B1 (ko) 전기 기계
CN109004806A (zh) 一种机械调磁式永磁同步电机组件
US20100295397A1 (en) Electromechanical Machine
CN208479439U (zh) 一种机械调磁式永磁同步电机组件
CN203368291U (zh) 集成盘式永磁调速电动机
CN103532268B (zh) 带真空泵的永磁发电机
JP2005237048A (ja) 交流発電機及び発電装置
CN102655361A (zh) 一种碟盘平行移动式永久磁铁发电机
US6967417B2 (en) Variable winding generator
CN105915007B (zh) 一种磁阻式盘式电机
CN104967267A (zh) 一种恒转矩型永磁耦合器
CN208738999U (zh) 一种筒式单气隙外转子无磁阻电机
CN105703588A (zh) 柴油发动机用飞轮式电机
Durairaju et al. An alternative PM machine configuration suitable for low speed and beyond—rated speed applications
CN104348335A (zh) 集成盘式永磁调速电动机
CN106451853A (zh) 一种低频静音高效直流电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141224