高分辨率五相混合式步进电动机

王宗培(哈尔滨工业大学)

陈敏祥(哈杭电伺服技术研究所)

    【摘  要_】介绍高分辨率五相混合式步进电动机的基本特点、参数及应用。该电动机可在简化传动部分机械结构．不采用微步驱动技术时，获得小的脉冲当量，从而有利于提高应尉系统的精度和性能价格比。

    【叙  词】混合式步进电动机  ／高分辨率电机  特点  参数  应用

 

1  引    言

 

    典型五相混合式步进电动机产品的步距角为o.72°或o.36°[1],即500～1000步／r。需要更高的分辨率时，通常采用的方法有两种：电动机输出轴与负载之间增加减速机构或增大减速比；使用微步驱动技术[2]，即细分技术。这不仅使得机械结构或电路结构复杂化。而且慢系筑精度的提高受到更多的限制。本文介绍的新的高分辨率电动机，可在简化传动部分机械结构、又不需采用微步驱动技术的情况下，获得小的脉冲当量。这有利于提高某些应用系统的精度和性能价格比。

 

2基本特点及参数

 

    新升发开投入生产的90机座高分辨率电动机有两种规格，其基本技术参数如附表所示。

 

    90byg520b型电动机的外型尺寸如图1所示。90byg5200d型电动机外型尺寸不同之处仅在于机壳增长62mm，以及轴伸尺寸的不同(直径改为φ14°_0.012,长度改为32mm，键槽苋度改为5mm)。

 

    该电动机系五相混合式步进电动机的典型结构，不同的是转子齿数(zr)增多，取

zr=200，定子齿数相应增多。驱动电路及通电方式也是典型的，按4—5通电的半步方式，即五相二十拍(m1=20)运行时，每20个控制脉冲讯号或者走20步使转子转过一

    电动机齿数增多，齿距减小，齿宽变窄，增加了电动机冲片模具制造的难度，也提高了对零部件制造加工精度的要求，以及有必要采用更薄的硅钢片等，使电动机的生产成本有所提高。但是，对于因此而不需采用微步驱动器的应用场合，由于典型驱动器电路结构简化、更成熟化、产品化、成本低而可靠性高。所以，从总体来看，采用高分辨率电动机是合适的，而且高分辨率电动机有利于系统精度的提高。

 

    图2及图3是两台样机的实测特性。两台样机的绕组匝数不同，6#样机的绕组匝数较多，相绕组的额定电流为2.5a，11#样机则匝数较少，额定相电流为3a。

   90byg5200型电动机的定子绕组为星形接法，有五个出线端(a、b、c、d、e)。与smi)型驱动器配套使用，该驱动器的功放级系五相桥，功放级的电压随控制脉冲的频率变化，即升频升压型。cp脉冲频率为零时，功放级的电压很低，通过功放管直接加到绕组上，绕组电流不超过额定值；cp脉冲频率升高时，功放电压也随之增大，使绕组电流不下降，直至电压调整管全导通。

 

    上述步进电动机系统，在全导通频率以前，大体上为恒(牵出)转矩特性；超过全导通频率后，则大体上为恒功率特性。表1所列技术参数中的牵出转矩一项，就是指全导通频率前的值。

 

    应指出的是，同一台电动机配以不同参数的驱动器时，可获得不同的牵出矩频特性。例如提高驱动电压，相应地提高了全导通频率，便可在更宽的频率范围内获得几乎恒牵出转矩的特性。图3中6#样机的牵出特性曲线表示驱动电压从50v(直流)提高到100v(直流)时，全导通频率从大约5k脉冲／s提高到大约10k脉冲／s。于是在f>5k脉冲／s的频域内，其牵出转矩显著增大，电动机的输出功率可增加。图3中11#样机的牵出特性表示相绕组匝数减少，额定相电流相应增大，在同样驱动电压下，其高频运行的牵出转矩也提高了。当然，不论是采用提高电压或增大电流提高电动机高频运行的牵出转矩，都是相应地增大了驱动器的功率，成本也随之提高。

 

3应用举例

 

    90byg5200型电动机的典型应用是直联4mm螺距的滚珠丝杠带动不