[其他]獲得小步矩角、高穩態精度及大轉矩的一種方法

無效

• 申請號: 86100304
• 申請日: 1986-01-14
• 公開（公告）號: CN86100304A
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發明（設計）人: 周偉明;林德高;陳景福;梁永祺;周成大;周佑謨
• 申請（專利權）人: 周偉明
• 主分類號: H02K37/04
• 分類號: H02K37/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于步進電機領域。

以前在隨動系統中使用的執行電動機一般分成兩大類：一類是普通電動機、一類是步進電機。采用一般電機驅動可得到較大的驅動功率，其缺點是由于無定位，精度差，而且定位不具重復性，因此系統的穩態精度不好。而采用步進電機驅動時情況有所改善，但是要獲得小步矩和大轉矩還是相當困難。本發明的目的在于獲得小步矩、高精度的同時獲得較大的驅動力矩，它與數字化技術相配合就能實現角度隨動系統中的數字化角度跟蹤，使古典隨動系統變成一個簡單的線性環節，這將大大地提高了整個系統的穩態精度。

本發明的原理如下：

在結構上，將電機的轉子沿圓周方向根據需要和可能尺寸，開成若干個等矩的槽。使槽口寬度與凸齒寬度相等，均為 (α)/2 弧度。使轉子形成有一定槽深的均勻的槽口與凸齒。而在電機定子的內圓周上同樣開出與轉子同樣寬度的凸齒，即凸齒寬亦為 (α)/2 弧度，但凸齒與凸齒間的槽口寬度不是凸齒寬度，而是凸齒寬度加上一個θ（弧度），即槽口寬度＝ (α)/2 +θ。

這樣，如果定子的第No編號的凸齒處與轉子的凸齒（也假定稱為no）對齊的話，編號為N1的定子凸齒與轉子n1凸齒之間就相差了一個相位角θ，而第N2個定子凸齒與轉子凸齒之間相差的相位角即為2θ，……如此等等。從結構上說在電機定子整個圓周上的凸齒數目必定比轉子的凸齒數目為少。故只有當θ滿足下式時定子的凸齒數目才能是整數。

θ＝（α/2）/P

式中，α-轉子凸齒與凸齒間的弧長。

P-為自然數。

定子凸齒的數目與P值的關系在后面再給定。

在每個定子凸齒上，都繞上一個獨立的繞組，則共有m個繞組，整個結構示意圖見附圖（1）所示。

當然定子繞組可以是一組包含一個凸齒，也可以是若干個齒。但是此時應滿足一組中齒與齒寬度相等并且與槽口相等，均為 (α)/2 ，但繞組之間的槽寬應滿足 (α)/2 +θ，這樣結果是一樣的。

本方法的驅動原理如下：令定子第NO繞組通電，則轉子必有一齒與之相吸而對齊。見圖（2）的a。此時如果我們把NO繞組的電源斷開，而使N1繞組通電，則由于電磁吸力的作用，轉子就要向左移動一角度（θ），并且精確地定位于該繞組最大的磁導那一點位置上。假定轉子凸齒的幾何中心線與該凸齒弧度所確定的分度法線嚴格地重合、定子凸齒幾何中心線與該齒（ (α)/2 +θ）弧度所確定的分度法線嚴格地重合、而且定子與轉子每個凸齒材料在宏觀被認為是均勻的話，則轉子與定子就會在定子第N1凸齒處對齊幾何中心線而且靜止不動。如圖（2）b），亦即轉子精確地轉動了θ角。

此時，編號為N2的定子凸齒與轉子凸齒之間相差就不是原來的2θ弧度，而變成θ弧度。編號為N3的定子齒與轉子齒之間的相差也變成了3θ-θ＝2θ……如此等等。同理，使N1繞組斷電，而使N2繞組通電，轉子又將精確轉動θ角。依此類推，電機就能一步步地轉動。由上述的說明可知，θ角就是該步進電機的步矩角。

很明顯，該種結構的步進電機亦可實現反轉，只要正確地選擇通電的繞組就能實現。

為了保正循環一周之后轉子的凸齒能重新進入定子起始齒的吸動范圍，并保證步矩角仍為θ，顯而易見，定子的繞組數目m應滿足下式要求：

m＝2P

如圖（2），P＝3，即（ (α/2)/(θ) ）＝3

則m＝2×P＝2×3＝6

即步矩角是轉子齒寬的 1/2 時，定子繞組應為6個，且每個繞組在空間上分布相差應為α+θ弧度。

由圖（1）或圖（2）可知，如果第NO凸齒對齊之后，不是給編號為N1的繞組通電，而是給編號為N2的繞組通電，則步矩角就不再是θ，而是2θ;如果不是給N1或N2通電，而是給N3通電的話，則步矩角就應為3θ。由此可知，用此種方法制造的步進電機可有多種供選擇的步矩角為：θ，2θ、3θ……（P-1）θ。只要設計相應的控制線路就能實現。

為了滿足功率及很小步矩角的需要，有時m值及齒數要取得很大，此時可以采取分段的結構形式加以實現，此時整個電機長度相應加長。

由以上的論述可知，當轉子直徑及齒數選定之后，凸齒的分度弧度 (α)/2 是一個定值，它與步矩角θ無關。只要使得定子繞組數目滿足：m＝（ (α)/2 /θ）×2，且各組定子間在空間上相差為（α+θ）即可以獲得設想的步矩角θ。顯而易見，θ值可以取得很小。θ值的穩態精度主要取決于定子及轉子凸齒的分度精度，而與它們的齒形尺寸誤差及材料不均勻性、繞組之間參數誤差相關甚少。故θ值的穩態精度比傳統的步進電機有較大的提高。同時按此法制造的電機所費工時大為減少。