步进电动机的种类很多,按结构分为电磁式、永磁式、混合式、磁阻式、印刷绕组式、直线式、滚切式、机械谐波式、章动传动式和交流感应式等。磁阻式也称反应式或混合式,目前在国内应用比较普遍。但是,随着市场的变化,近几年直线式步进电动机的需求量明显呈上升趋势。由于磁阻式步进电动机结构和控制简单,应用广泛,所以此处对其进行重点介绍。
磁阻式步进电动机与其他普通电动机一样,主要分为定子和转子两部分,如图5-13 所示。它是由磁性转子铁心通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动的。磁阻式步进电动机的结构形式很多,按定子和转子铁心的段数分为单段式和多段式两种。
图5-13 定子和转子
1.单段式
单段式步进电动机的定子和转子为一段铁心,由于各相绕组沿圆周方向均匀排列,所以又称为径向分相式,它是步进电动机中使用最多的一种结构形式。如图5-14 所示为三相磁阻式步进电动机的径向截面图。定转子铁心由硅钢片叠压而成,定子磁极为凸极式,磁极的极面上开有小齿。定子上有三套控制绕组,每一套有两个串联的集中控制绕组分别绕在径向相对的两个磁极上。每套绕组称为一相,三相绕组接成星形,所以定子磁极数通常为相数的两倍,即p=2m(p 为磁极数,m 为相数)。转子上没有绕组,沿圆周有均匀的小齿,其齿距和定子磁极上小齿的齿距必须相等,而且转子的齿数有一定的限制。这种结构形式制造简便,精度易于保证,步距角可以做得较小,容易得到较高的启动和运行频率。其缺点是当电机的直径较小而相数又较多时,沿径向分相较为困难,消耗功率大,断电时无定位转矩。
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图5-14 三相磁阻式步进电动机的径向截面图
2.多段式
多段式是定子和转子铁心沿电机轴向按相数分成m 段,如图5-15 所示为一个三相多段式步进电动机的结构。这种结构中,每相都有自己独立的一套定子和转子,沿着转轴的方向装配在一起。每相定转子铁心的圆周上都有齿形相近和齿距相同的均匀小齿。定子上的各相绕组的连接使得相邻两磁极极性相反,当绕组通电时,所有的转子齿均与定子齿一一相对。多段式步进电动机定子空间利用率较好,环形控制绕组制作方便。转子可做成细长型以减小转动惯量,步距角可做得较小。多段式步进电动机绕组通电的切换方式与单段式步进电动机一样。
图5-15 三相多段式步进电动机
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