[其他]反應式步進電動機

在審

• 申請號: 101986000005083
• 申請日: 1986-08-26
• 公開（公告）號: CN1003269B
• 公開（公告）日: 1989-02-08
• 發明（設計）人: 周尊成
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;常州電機電器總廠
• 代理公司: 機械工業部專利代理服務處
• 代理人: 劉文伯

本發明是一種反應式步進電動機，在不改變電機其它參數的條件下，計算電機的磁場并求出電磁轉矩，再以電磁轉矩為目標函數對定、轉子齒形進行優化，得到產生最大電磁轉矩的定、轉子齒形是齒頂部分為等腰梯形、齒間部分為矩形、齒根部分為等腰梯形的八邊形齒。采用這種齒形的反應式步進電動機的性能有很大提高。這種八邊齒同樣適用于磁阻同步電動機、感應子式電動機、永磁反應式步進電動機、直線電動機和平面電動機。

本發明屬于反應式（即磁阻式）步進電動機。

一種將電脈沖信號變換成直線位移或角位移的反應式步進電動機，由定子、轉子和機殼組成。如圖1所示的三相反應式步進電動機結構，定子為三相繞組，每相有兩個磁極，三相繞組為Y接法。轉子鐵芯和定子極靴上均有小齒，且定、轉子齒距相等。目前大部分反應式步進電動機的轉子鐵芯和定子極靴上的小齒是矩形齒，也有很小部分反應式步進電動機的轉子鐵芯和定子極靴上的小齒是梯形齒或漸開線形齒。但這些齒形的設計沒有一個準確的計算方法，都是在實驗的基礎上選用一些經驗系數設計計算出來的，不能準確地計算電磁轉矩，所以定、轉子采用這些齒形的反應式步進電動機的最大靜轉矩小，起動頻率和運行頻率低，功率消耗大。

美國專利US4186316公開了一種步進電動機轉子齒形，如圖2所示，它由一個等腰梯形和一個矩形組成，定子極靴上的小齒是矩形齒，這種步進電動機同樣存在最大靜轉矩小、起動頻率和運行頻率低、功率消耗大等缺陷。

本發明的目的是在不改變反應式步進電動機的相數、極數、轉子齒數、激磁安匝數和不改變極寬、極高、軛高、軛長、氣隙、定子內徑和鐵芯長度等尺寸的條件下，用一種精確的設計計算方法，得出產生電磁轉矩最大的定、轉子齒形，使設計出的反應式步進電動機具有最大靜轉矩大、起動頻率和運行頻率高且功率消耗小的特點。

本發明是這樣實現的：在不改變反應式步進電動機的相數m，極數P，轉子齒數Zr，勵磁電流If，繞組匝數Wf和不改變極寬bm，極高hm，定子軛高hc，定子軛長lc，轉子軛高hr，轉子軛長lr，每級定子齒數z，鐵芯長度l和氣隙長度δ的條件下，用有限單元法求解不同定、轉子位置時齒部鐵芯和氣隙部分磁場的磁通密度、磁通和磁共能，并求出磁共能隨定、轉子位置的變化，再用虛位移原理求得電磁轉矩，最后以電磁轉矩為目標函數對定、轉子齒形進行優化，得到產生最大電磁轉矩的定、轉子齒形是齒頂部分為等腰梯形、齒間部分為矩形、齒根部分為等腰梯形的八邊形齒。

這種產生最大電磁轉矩的定、轉子齒形是這樣得出來的：首先用有限單元法計算不同定、轉子位置時齒部鐵芯和氣隙部分磁場的磁通密度、磁通和磁共能。如圖3所示的定子1與轉子2槽對槽（或齒對齒）時的情況，圖中AB、CD為等磁位面，AC、BD為周期性邊界條件（每一齒距內磁場周期性重復）。陰影部分為齒部鐵芯，其磁場是非線性的;其余部分為空氣，其磁場是線性的。整個磁場滿足準拉氏方程：

ααx(μα4αx)+ααy(μα4αy)=0 ]]>

此方程為一非線性方程，它的邊界條件為

φ｜_AB＝F₁，φ｜_CD＝0，φ｜_AC＝φ｜_BD

假設某-F₁值，求得圖3區域中不同點的磁通φ后，便可方便地求出磁通密度：