CN106787595A - 一种两相电励磁步进电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种两相电励磁步进电机，属于特种电机技术领域，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子隔离块和轴。其特征在于：固定在轴上的转子铁心上有8个均布的转子极，转子极的极弧机械角为22.5度；定子铁心由两个扇形的子铁心组成，每个子铁心的扇形边缘有两个电枢定子极；每个子铁心的圆弧中心线处有一个励磁定子极，所述励磁定子极上绕有励磁绕组。本发明的一种步进电机能够在励磁绕组失效后，利用开关磁阻电机的工作模式步进运行，因此具有高效、工作可靠、调速性能好的特点，而且本发明的电机励磁绕组为集中式绕组，磁路路径短，铜损铁损损耗少，效率高。

Description

一种两相电励磁步进电机
技术领域
本发明涉及一种两相电励磁步进电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
电机是现代工业发展中不可缺少的一大要素，在现代经济建设中扮演着重要的角色。电机在控制领域和动力应用方面越来越广泛，随着控制电机重要性的增加，控制电机的使用量也与日俱增。步进电机作为电机中的重要一员是一种实时控制电机，其在无反馈的条件下能进行精确的定位和速度控制，有良好的开环控制性能，在控制电机中有很大的优势，其应用也越来越广泛。
在上世纪七十年代，我国就已经开始研发的是磁阻式步进电机。磁阻式步进电机具有坚固耐用、价格低廉并且驱动技术成熟，但由于当时磁阻类电机自身性能的限制使得磁阻式步进电机存在效率低、振动大等缺陷。随着电励磁双凸极电机的发展，磁阻式步进电机再次受到关注。
在目前公开的技术中，已有的相关发明主要有专利号为: 200510055101.X的授权发明专利：步进电机、透镜单元及步进电机的制造方法，该发明能够提供一种旋转轴在永磁铁的轴向两侧由轴承支承、在形成A相的第1定子组和形成B相的第2定子组相对于转子在圆周方向配置的步进电机中，能在不受零件精度影响的情况下确保轴承之间的同心度的步进电机。申请号为：CN201110195786.3的发明专利申请：一种混合型步进电机，该发明的混合型步进电机振动和噪声较小，电机的性能得到了提高。
另外，磁阻式步进电机的发明专利主要有专利号为：201210199916.5的发明专利：直线旋转磁阻步进电机转子结构，该发明是一种新型的圆筒型直线旋转磁阻步进电机转子结构，这种转子适用于直线旋转磁阻步进电机，可以提高直线旋转磁阻步进电机的直线推力和旋转力矩，电机动态性能等。
本申请的技术与现有技术的不同主要体现在电机结构方面。本申请的技术具有新型的定转子结构和超出已公开常理技术的特殊定转子匹配参数，其极弧系数和偏角的组合也与传统电机有着本质的区别。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种设计合理、便于实施的一种两相电励磁步进电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种两相电励磁步进电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子隔离块和轴，其特征在于：
固定在轴上的转子铁心上有8个均布的转子极，转子极的极弧机械角为22.5度；
定子铁心由两个扇形的子铁心组成，每个子铁心的扇形边缘有两个电枢定子极，所述电枢定子极的极弧机械角为22.5度；
每个子铁心的圆弧中心线处有一个励磁定子极，励磁定子极的极弧机械角为45度，所述励磁定子极上绕有励磁绕组，两个子铁心的励磁绕组绕向相反；
每个电枢定子极上绕有电枢绕组，所有的四个电枢绕组的绕向相同；
两个子铁心固定在所述步进电机外壳的内侧，并利用定子隔离块定位；定子隔离块不导磁，所述电机外壳也不导磁；
子铁心上励磁定子极和电枢定子极之间有绕组槽，所述绕组槽的槽口机械角为22.5度；
所述步进电机的步进角为22.5度。
如上所述一种两相电励磁步进电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢绕组依次分为A相、B相、B相和A相，共两相电枢绕组。
本发明的有益效果是：
1电机采用特定的极弧系数和偏角与电机定转子极数配合使电机绕组在特性上互补，并且高效、稳定工作；
2定子上有集中绕组，容易冷却，效率高，调速性能好；
3转子无励磁绕组，工作可靠；
4总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少；
5绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
6根据励磁绕组的工作模式不同，电机具有电励磁双凸极和开关磁阻两种工作模式。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种两相电励磁步进电机横向剖视结构示意图。其中，1、定子隔离块，2、定子铁心，3、A相电枢绕组，4、励磁绕组，5、轴，6、转子铁心，7、B相电枢绕组。
图2是本发明一种两相电励磁步进电机互补原理示意图。其中，EN代表第1个A相绕组磁链变化率，ES代表第2个A相绕组磁链变化率。
图3是本发明一种两相电励磁步进电机极弧示意图。
图4是本发明一种两相电励磁步进电机绕组嵌线图。其中，A、B和F分别代表A相电枢绕组、B相电枢绕组和励磁绕组。
图5是本发明一种两相电励磁步进电机绕组A相两个绕组磁链图。
具体实施方式
本发明提供一种两相电励磁步进电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示一种两相电励磁步进电机横向剖视结构示意图，该电机由定子铁心(2)、转子铁心(6)、励磁绕组(4)、电枢绕组(3)、定子隔离块(1)和轴(5)组成。固定在轴(5)上的转子铁心(6)上有8个均布的转子极。定子铁心(2)由两个扇形的子铁心组成，两个子铁心固定在步进电机外壳的内侧，并利用定子隔离块(1)定位，定子隔离块(1)和外壳都不导磁。每个子铁心的扇形边缘有两个电枢定子极；每个子铁心的圆弧中心线处有一个励磁定子极。励磁定子极上绕有励磁绕组(4)，两个子铁心的励磁绕组(4)绕向相反；每个电枢定子极上绕有电枢绕组(3)，所有的四个电枢绕组(3)的绕向相同。
如图2所示一种两相电励磁步进电机是以A相绕组为例来解释本发明电机的互补原理。由于两个A相定子极对应的转子位置错开了一定的角度，因此当转子极刚刚靠近第1个A相绕组所在的定子极时，其磁链变化率EN大；而此时另一个转子极与第2个A相绕组所在的定子极时几乎完全啮合，其磁链变化率ES小。由于两个A相定子极上的绕组为同一相绕组，该相绕组总的磁链变化率E合等于第1个A相绕组磁链变化率与第2个A相绕组磁链变化率之差，因此总的磁链变化率基本不变。也就是两个A相绕组在特性上是互补的。
图3是本发明一种两相电励磁步进电机的极弧示意图。如图所示，电机转子铁心上有8个均布的转子极，转子极的极弧机械角为22.5度。定子铁心由两个扇形的子铁心组成，每个子铁心的扇形边缘有两个电枢定子极，电枢定子极的极弧机械角为22.5度；每个子铁心的圆弧中心线处有一个励磁定子极，励磁定子极的极弧机械角为45度。在子铁心上励磁定子极和电枢定子极之间有绕组槽，所述绕组槽的槽口机械角为22.5度。
图4是本发明一种两相电励磁步进电机绕组嵌线图。如图所示，步进电机共有六个定子极，每个定子极上都绕有绕组，依次为A相电枢绕组、励磁绕组、B相电枢绕组、B相电枢绕组、励磁绕组和A相电枢绕组。其中位于四个电枢定子极上的A相电枢绕组和B相电枢绕组绕向都相同，位于两个励磁定子极上的励磁绕组绕向则相反。
图5是本发明一种两相电励磁步进电机绕组A相两个绕组磁链图。A相第一个绕组磁链增加时，A相第二个绕组磁链减小。给磁链增加的A相第一个绕组通以正向电流则可以输出正的转矩； A相第二个绕组与A相第一个绕组反向串联，此时给A相第一个绕组通以负向电流，也可以输出正的转矩。
下面对本发明提出的一种两相电励磁步进电机进行工作原理的说明。
励磁绕组通电产生励磁磁链，在一个电周期内，两相绕组自感磁链和两相绕组与励磁绕组间互感磁链，总是处在一相上升，一相下降；当相绕组自感与励磁绕组间互感磁链增大时绕组中通入正电流，互感磁链减小时绕组中通入负电流，在整个周期内转子上均产生正转矩。
若以图1中所示位置为起点，给A相绕组通正向电流，B相绕组通反向电流，那么电机转子就按逆时针转动。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种两相电励磁步进电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、定子隔离块和轴，其特征在于：
固定在轴上的转子铁心上有8个均布的转子极，转子极的极弧机械角为22.5度；
定子铁心由两个扇环形的子铁心组成，每个子铁心的扇形边缘有两个电枢定子极，所述电枢定子极的极弧机械角为22.5度；
每个子铁心的圆弧中心线处有一个励磁定子极，励磁定子极的极弧机械角为45度，所述励磁定子极上绕有励磁绕组，两个子铁心的励磁绕组绕向相反；
每个电枢定子极上绕有电枢绕组，所有的四个电枢绕组的绕向相同；
两个子铁心固定在所述步进电机外壳的内侧，并利用定子隔离块定位；定子隔离块不导磁，所述电机外壳也不导磁；
子铁心上励磁定子极和电枢定子极之间有绕组槽，所述绕组槽的槽口机械角为22.5度；
所述步进电机的步进角为22.5度。
2.如权利要求1所述的一种两相电励磁步进电机，其特征在于：沿圆周方向上的电枢绕组依次分为A相、B相、B相和A相，共两相电枢绕组。
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