CN1102935A - 多相混合型步进电动机的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种多相混合型步进电动机，使该电动机的转矩 变动尽可能小，改善其转矩安定性，并减小旋转时的 共振振动。轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的 转子，其特征在于：其固定磁极分别设有与转子的齿 节同间隔的2个以上的小齿；非对称型定子的小齿总 数为NS，NS=5×(n0+n1){这里n0是5个固定磁极 各自的小齿数，n1是其余5个固定磁极的小齿数}，小 齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非 对称定子之间，且以旋转轴为中心，小齿数为n0的非 对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的 反对侧；转子的齿数(NR)与该定子的小齿的总数 (NS)的关系为NS≥0.8NR{即NS比0.8NR大或相 等于0.8NR}，NR与NS的差为 NR-NS=K(S0-S1)+10(S1-1+B)，{这里K为2至5 间的整数，S0与S1是尽量小的整数，二者可相等，B 为一个分数，10B是整数}，由电源供给装置对10个定 子线圈供电，以产生所需的N极和S极，具有全步进 角=电角90°=αF，αF=360°/10NR的步进角， 半步进角=电角45°=αH，α=360°/20NR，动作 时，通过在各步进中对各磁极的磁化，使N极与S极 的数目相同，在全部的步进中，任何相邻的磁极至少 有1对以上同为S极。

Description

本发明涉及5相混合型步进电动机的驱动方法的改良。

混合型步进电动机作为适用于决定高精度的位置的促动器，早在四分之一世纪之前已经是众所周知的了。其应用范围包括全自动化生产线用的各种工作机械、打印机、绘图机、传真机、盘驱动器等计算机的外围机器。

为了使用上的方便，曾尝试把上述的混合型步进电动机的步进角尽可能做得小，因而增加其相数，现在多使用4相或5相的步进电动机。如上所述的现有的4相或5相步进电动机，其缺点是，转矩稳定性不安定、停止位置的不同而使得转矩变化、得不到高精度的步进角等。

本发明目的是为了解决上述现有技术存在的缺点。

为了达成上述本发明的目的，本发明的多相混合型步进电动机的驱动方法，其中，该电动机具有在旋转轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子，其特征在于：

所述转子具有所述永久磁铁，在软磁铁制的外周上等间隔地设有多个（NR个）齿，在该永久磁铁的两端设有的2个磁极盖上分别设有多个齿，它们互相错开1/2齿节（1/2TP）;

多个非对称型定子，配置在所述转子的外周，具有向内的10个放射状的固定磁极，这些磁极分别设有不具分接抽头的线圈;在该非对称型定子上分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿;这些非对称型定子的小齿总数为NS，NS＝5×（n0+n1）｛这里n0是5个极齿各自的小齿数，n1是其余5个极齿的小齿数｝，小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间，且以旋转轴为中心，小齿数为n0的非对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的反对侧;转子的齿数（NR）与该定子的小齿的总数（NS）的关系为NS≥0.8NR｛即NS比0.8NR大或相等于0.8NR｝，NR与NS的差为NR-NS＝K（S0-S1）+10（S1-1+B），｛这里K为2至5间的整数，S0与S1是尽量小的整数，两者可相等，B为一个分数，10B（B的10倍）一定是整数｝，所述10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状，且在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间设有端子，通过在各步进中对各磁极的磁化，使N极与S极的数目相同，在全部的步进中，任何相邻的磁极至少有1对以上同为S极。

图1是本发明的一实施例的横剖面图;

图2是本发明的一实施例的纵剖面图;

图3是本发明的一实施例的定子系统的正面图;

图4是本发明的转子的向量图;

图5是本发明的接线图;

图6是表示全步进模式时的各固定磁极的磁极变化图;

图7是表示半步进模式时的各固定磁极的磁极变化图。

下面配合附图对本发明的一较佳实施例加以详细说明。

图1及图2是表示本发明的步进电动机的剖面图。其中，图1是截面与旋转轴垂直的横剖面图。在该图中，1是定子，在该定子1的向内方向上设有10个定子磁极S、S′。又，在各定子磁极S、S′上卷绕着定子线圈2。在定子磁极S的先端设有小齿3。这些小齿的总数一般地定义为NS。4是旋转轴，在它的周围设有转子5。该转子5如图2所示，在中央处具有永久磁铁7，而两端则具有转子盖8，外周面设有多数的齿6，其总数一般地定义为NR。再者，图1是沿图2的A-A线的剖面图。又，卷绕于各定子磁极上的10个定子线圈分别附上P1至P10的记号。

最初的实施例是对于具有10个定子磁极，NR＝50的5相步进电动机的转矩稳定性、步进角的精度、效率加以改善的（邻接的定子磁极间的移位角为1/5Tp，这里Tp为小齿3的节距）。10个定子磁极的小齿数并不全都为4，而是在每隔1个定子磁极增加1个小齿，从成为非对称型定子磁极。藉着这样的构造，在具有4个小齿的定子磁极的对面都存在着具有5个小齿的定子磁极（图3）。

转子的齿数与定子磁极的小齿数的差为5（即从50减去4×5之积，再减去5×5之积）。

这种设计也改善了转矩平衡点的稳定性。这是因为至少2个相邻定子磁极为N极，而其他2个相邻的定子磁极为S极（参看图6）。

在定子磁极数为10个的非对称型定子构造中，为了在四个方面达成显著的改善，在下说明的实施例，对于齿数为40、50、80、90或100的转子，邻接的定子磁极间的移位角采用3/10Tp或7/10Tp，每隔一个定子磁极，如上所述，其小齿数增加1。

现在，为了设计具有非常重要的步进角的电动机，只要将转子齿数与定子小齿数的差设定为5或3就可以了。

参照图4，作用于转子盖的半径方向的力分散于3个方向。这个力对于两方的转子盖相等地作用着。这样向3个方向分散的力对于制造公差的影响是很低的，同时可增加步进角精度，以及减少振动。这是因为间隔大的缝隙部分只2个。图6是表示20个连续步进的各定子磁极的极化状况图。这个步进动作以全步进使旋转轴4旋转。从图6可以了解这种步进电动机，不管在任何位置（即步进），都具有相同数目的N极和S极，从而减少了磁滞现象。

以下参照图5和图6对步进的旋转动作加以说明。图5是本发明实施例的接线图。本发明的10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状。在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间分别设有蓝、红、橙、绿、黑色的端子。图6是表示在全步进模式时各步进的各磁极的磁化状态图。再者，在图5中以点表示线圈的卷绕方向。

图5中，虽然没有示出开关电路，但在各个蓝、红、橙、绿、黑端子上接有双向开关，使其在常态下保持中立，当在一方的位置接于正电源时，在另一方的位置则接于负电源，根据来自图中未示出的控制装置的指令，从这三个开关模式中选择其中之一而进行连接。于是在每一步进中，通以电流使各磁极产生如图6所示的极性。这样，藉着在各步进的开关动作，如图6所示，在步进中两极的磁极数相等，进而使相邻的磁极中，至少有1对同是S极。

图7是表示半步进模式下在各步进的各磁极磁化状态图。

由于本发明具备上所述的构造，故可获得转矩稳定性的安定、静止转矩的平衡、高精度的步进角。还有，在全步进模式时及半步进模式时，使S极与N极的数目相等，进而由于在全部的步进中任何邻接的磁极至少有1对同是S极，所以在旋转时不会发生异常振动。

Claims (1)

1、一种多相混合型步进电动机的驱动方法，该电动机具有在旋转轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子，其特征在于：

所述转子具有所述永久磁铁，在软磁铁制的外周上等间隔地设有多个(NR)齿，在该永久磁铁的两端设有的2个磁极盖上分别设有多个齿，它们互相错开1/2齿节(1/2TP)；

多个非对称型定子，配置在所述转子的外周，具有向内的10个放射状的固定磁极，这些磁极分别设有不具分接轴头的线圈；在该非对称型定子上分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿；这些非对称型定子的小齿总数为NS，NS=5×(n0+n1){这里n0是5个极齿各自的小齿数，n1是其余5个极齿的小齿数}，小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间，且以旋转轴为中心，小齿数为n0的非对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的反对侧；转子的齿数(NR)与该定子的小齿的总数(NS)的关系为NS≥0.8NR{即NS比0.8NR大或相等于0.8NR}，NR与NS的差为NR-NS=K(S0-S1)+10(S1-1+B)，{这里K为2至5间的整数，S0与S1是尽量小的整数，两者可相等，B为一个分数，10B(B的10倍)一定是整数}，所述10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状，且在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间设有端子，通过在各步进中对各磁极的磁化，使N极与S极的数目相同，在全部的步进中，任何相邻的磁极至少有1对以上同为S极。

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