磁阻式直线旋转步进电机的直线运动磁场分析
怡勇，杨文焕，赵天明，李铁栓
（上海理工大学上海200090)
摘要：本文分析了直线旋转步进电动机直线运动的原理；并利用ansoft公司maxwell软件对直线运动径向磁路系统进行了仿真；结果表明本文设计的直线旋转电机的定子绕组和转子结构可以通过控制，既可以实现旋转运动，也可实现直线运动。该电动机可适用于多种不同使用要求的场合，对简化系统的机械结构有重要意义。
关键词：径向磁路；直线步进；ansoft
中图分类号：tm383.6; tm359.4 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)02-0030-05
0 引言
直线旋转电机分别具有直线运动、旋转运动和螺旋运动三种运动方式。由于它有多种运动状态，可以大大简化系统的机械结构。因此受到人们广泛的重视。一般旋转电机是径向的磁场，圆轴型直绒电机是轴向磁场，如果转子既能通过径向磁场又能通过轴向磁场，则必须选用铸钢铁芯。这样径向磁路磁阻就会非常大，而且比叠片磁路磁阻大得多。
本文提出了一种新型的具有磁阻式直线旋转步进电机的结构，其旋转力矩和直线力矩均由径向磁场产生，因此称为双径向磁阻式直线旋转步进电机。并对电机的直线运动径向磁场进行了分析，建立了等效磁路结构，计算了一个齿距内不同位置的气隙磁阻，并根据建立的磁路结构进行了仿真，结果表明这种磁场形式的直线运动具有一般感应式直线步进电机的优良特性。
1双径向磁场磁阻式直线旋转步进电机的结构及运行原理
双径向磁场磁阻式直线旋转步进电机的定子分为旋转运动的定子段如图1所示，和直线运动的定子段如图2所示，两段定子分别设在电机定子的两端。动子主体为一个圆柱体，由硅钢片叠压而成。
结合磁阻电机样机的概念设计，在uc4nx平台上进行的电机三维结构设计如图1、2、3所示。
1.1产生旋转运动径向磁场的定子段结构
产生旋转力矩部分的定子段在定子轴向有一定的长度，可设为p对磁极。如图1所示。每对极的两个磁极在空间相差180度（机械角度），其中心线通过电机截面圆的圆心，磁极的极身上绕有励磁绕组。极靴表面有等距齿和槽，每一对磁极与相邻磁极第一个齿中心线在圆周周长方向相差l/p个齿距。电机旋转运行原理与普通磁阻式步进电机类似，这里不再赘述。
1.2产生直线运动径向磁场的定子段结构
产生直线推力部分的定子段占定子轴向一定的长度，可设为p对磁极。如图2所示。每对极在空间相差180度（机械角度），其中心线通过电机截面圆的圆心，磁极的机身上绕有励磁绕组，绕向相同。每对极的极靴表面有等距齿和槽，每对极与相邻磁极第一个齿中心线的轴向距离相差l/p个齿距。
1.3转子段及运行原理
为利用径向磁场既产生旋转力矩，又能产生直线力矩的的转子，转子是由硅钢片叠成的圆柱形带齿转子，如图3所示。
定子截面如图4所示。径向磁场直线运动时，当一对主极下如a-a通电时，转子齿与定于a-a磁极对齐如图5，相邻的b-b磁极与转子相差1/p齿距（p为极对数）如图6所示，当通电方式由a-a，转到b-b，时，转子移动1/p个齿距，实现了直线运动。同样也可以两相绕组通电，直线移动距离为1/2p。
1.4直线运动的径向磁路结构
直线运动径向磁场主磁通的磁路为：定子轭一定子极身_+定子极靴一定子齿一气隙一转子齿一转子轭一转子齿一定子齿一定子极靴一定子极身_+定子轭。
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