错片结构微型直线步进电机的研究
宋立伟，崔淑梅，张千帆，程树康
(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)
摘要：提出了一种圆筒型错片结构微型直线步进电机。介绍了该电机的结构和工作原理，进行了解析分析。研制了实际样机，并对其进行了定量计算和实验研究。
关键词：直线步进电机错片结构
中图分类号:tm383.6 文献标识码；a 文章编号rl001-6848(2000)01-0007-04
1 引 言
由于直线电机具有可以直接实现直线驱动的特点，使其在磁悬浮列车、传送机械、计算机外设以及医疗器械等装置和很多领域中越来越显示了其优越性，许多直线电机驱动系统已替代了传统的旋转电机加机械传动机构的驱动方式，不仅减小了中间传动机构给系统带来的误差，而且也降低了系统的成本。因此，直线电机已经成为电机学科中一个重要的分支，直线步进电机由于具有开环控制精度高、可靠性高、驱动控制容易实现智能化等特点，使其在需要精密直线运动的系统中应用越来越广泛[1,2]。
通常，直线步进电机的结构有扁平型、圆筒型和螺旋型等。对于扁平型反应式直线步进电机，沿其运动方向至步需要三段铁心(e型铁心)来形成定子的三相绕组；对于扁平型、圆铜型或螺旋型混合式步进电机，也至少需要两段定子铁心，这样就增加了电机定子的轴向长度，相应地减小了电机的运动范围。本文提出的错片结构可以解决这一问题，它不但能减少电机轴向铁心的段数，还使任意相的直线步进电机在其轴向上只要一段铁心即可实现，这样，就可以减小电机的轴向长度，在动子同样长度的情况下，增大其运动范围，同时也可以提高电机的性能价格比。
2.1电机的结构
电机的结构如图1所示，它是采用圆筒式结构，初级定子铁心分成两段，每段铁心绕有两相绕组，定子铁心的冲片结构如图2所示。
定子冲片有4个大极，它们的形状不完全相同，相对的两极形状一样，相邻的两级内径不同。现在假设任意相对的一对极为a相，那么，将第一片冲片按a相竖直放置，第二片冲片旋转900后放置，使其内径不同的2个极间隔开，这样重复叠片，就组成了一段定子铁心。内径不同的两个极沿轴向间隔开，内径大的极形成了定子的齿，而内径小的极形成了定子的槽，定子齿距为冲片厚度的2倍。动子铁心是由内径相同、外径不同的两组冲片交替间隔放置，外径大的冲片形成了动子的齿，外径心的冲片形成了动子的槽，而齿和槽在圆周方向是连续不间断的。当定子的一对极与动子的位置关系为齿对齿时，那么与定子这对极相垂直的另一对极与动子的位置关系就是齿对槽，若一对极的绕组为a相绕组，则另一对极的绕组就是c相绕组。同理，另一段铁心的两组绕组组成了电机的b相和d相。两段定子铁心之间的距离应满足下式：
如果在上述错片结构反应式直线步进电机的每段铁心上再加上磁钢，同时，保证磁钢的轴向厚度为：h=kt1，如图3所示，就成为错片结构混合式直线步进电机。
2.2动作原理[4]
反应式直线步进电机各组绕组的接线如图4a所示，其动作原理是通过使通电相极下的磁导****而产生运动。
混合式直线步进电机每相绕组的接线如图4b所示。在圆周方向上形成n、s极间隔分布。当a相绕组通以负向电流时，1、3极为n极，2、4极为s极。将电机沿1、3极的轴线剖开，剖面图如图5a所示：磁钢的充磁方向为左边是n极，右边是s极，对于a段永磁励磁与电磁励磁都是n极，磁通增大，在a段定子和动子齿对齿；对于b段正好相反，永磁励磁为s极，而电磁励磁为n极，它们的磁通相互削弱，在b段定子与动子齿对槽。在2、4极剖面图上(图5b)，磁钢的充磁方向一样，对于a段永磁励磁为n极，电磁励 |
