[發(fā)明專(zhuān)利]新型雙定子低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410279455.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104022609A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙浩;馮浩;吳曉陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02K16/04
• 分類(lèi)號(hào): H02K16/04;H02K1/16;H02P8/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，更具體的是涉及一種新型雙定子低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化成角位移或者線(xiàn)位移的微電機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)成正比，在負(fù)載能力范圍內(nèi)與電壓、環(huán)境無(wú)關(guān)，主要作為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用與打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人關(guān)節(jié)等需要實(shí)現(xiàn)精確定位的場(chǎng)所，但是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中存在明顯的振蕩，表現(xiàn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)(諧振或抖動(dòng))，極端情況下甚至導(dǎo)致位移的前后振動(dòng)，是影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度的主要因素，造成該現(xiàn)象的首因是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性近于正弦函數(shù)，且定子磁場(chǎng)以跳躍方式轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型雙定子低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、內(nèi)定子套筒、內(nèi)定子鐵心及繞組、空心杯形轉(zhuǎn)子、外定子鐵心及繞組和驅(qū)動(dòng)控制電路。電動(dòng)機(jī)的內(nèi)、外定子鐵心同軸心，內(nèi)、外定子齒在空間上錯(cuò)開(kāi)一定的角度，內(nèi)、外定子繞組分別為三相對(duì)稱(chēng)集中繞組。電動(dòng)機(jī)的空心杯形轉(zhuǎn)子為內(nèi)、外雙齒轉(zhuǎn)子，內(nèi)、外雙齒的軸線(xiàn)在空間上位置對(duì)齊，空心杯形轉(zhuǎn)子同軸心的置于內(nèi)、外定子鐵心的間隙內(nèi)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路的控制，通入電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的內(nèi)、外定子三相對(duì)稱(chēng)繞組的電壓在時(shí)間上存在一定的相位差，使得內(nèi)、外定子繞組對(duì)空心杯形轉(zhuǎn)子形成的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩中的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量存在180°的相位差，疊加后可以很好地抑制脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量，能夠提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。

本發(fā)明的目的采取下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種新型雙定子低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要包括前端蓋及軸承、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、空心杯形轉(zhuǎn)子、內(nèi)定子套筒、內(nèi)定子鐵心及繞組、外定子鐵心及繞組、后端蓋及軸承、機(jī)殼和驅(qū)動(dòng)控制電路；

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸穿過(guò)前后端蓋的中心，通過(guò)軸承與前后端蓋固定且可以相對(duì)前后端蓋轉(zhuǎn)動(dòng)；

空心杯形轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸同軸心，空心杯形轉(zhuǎn)子的左端與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸固定，右端為開(kāi)口的杯形，空心杯形轉(zhuǎn)子為內(nèi)、外雙齒轉(zhuǎn)子，且內(nèi)、外雙齒的軸線(xiàn)在空間上位置對(duì)齊；

內(nèi)定子套筒與后端蓋固定，且與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸同軸心，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸穿過(guò)內(nèi)定子套筒的中心孔，內(nèi)定子套筒位于杯形轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)；

內(nèi)定子鐵心同軸心的固定在內(nèi)定子套筒的外側(cè)，內(nèi)定子鐵心外側(cè)均勻分布六個(gè)大齒，每個(gè)大齒的兩側(cè)嵌放定子繞組，且每個(gè)大齒的表面均勻分布若干小齒；

外定子鐵心同軸心的固定在機(jī)殼的內(nèi)側(cè)，外定子鐵心內(nèi)側(cè)均勻分布六個(gè)大齒，每個(gè)大齒的兩側(cè)嵌放定子繞組，且每個(gè)大齒表面均勻分布若干小齒；

內(nèi)定子大齒表面的小齒與外定子大齒表面的小齒在空間上錯(cuò)開(kāi)一定的角度；

固定在內(nèi)定子中的繞組和固定在外定子鐵心中的繞組同為三相對(duì)稱(chēng)集中繞組，在空間上為三相對(duì)稱(chēng)分布，且兩組三相對(duì)稱(chēng)集中繞組均采用星形連接；

杯形轉(zhuǎn)子的杯壁放置在內(nèi)定子鐵心和外定子鐵心的夾隙中，且杯形轉(zhuǎn)子相對(duì)內(nèi)定子鐵心和外定子鐵心可以轉(zhuǎn)動(dòng)；

驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生兩組具有一定相位差的脈沖，按照特定規(guī)律通入到內(nèi)定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組和外定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組，使得內(nèi)、外定子繞組對(duì)杯形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩中的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量在時(shí)間上存在180°的相位差，疊加后可以較好地抑制脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量。

如上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的雙定子低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其工作原理為：

首先由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路同時(shí)產(chǎn)生六路方波信號(hào)，每個(gè)方波信號(hào)高電平的時(shí)間為T(mén)，低電平的時(shí)間為2T。其中三路方波信號(hào)通入到內(nèi)定子中的三相對(duì)稱(chēng)集中繞組，該三路方波信號(hào)的相位依次落后時(shí)間T，使得內(nèi)定子中的三相對(duì)稱(chēng)集中繞組依次輪流通電，另外三路方波信號(hào)通入到外定子中的三相對(duì)稱(chēng)集中繞組，該三路方波信號(hào)的相位同樣依次落后時(shí)間T，使得外定子中的三相對(duì)稱(chēng)集中繞組依次輪流通電。通入到內(nèi)定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組中的三路方波信號(hào)與通入到外定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組中的三路方波信號(hào)，在相位上錯(cuò)開(kāi)0.5T的時(shí)間。

內(nèi)定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組依次輪流通入三路方波信號(hào)后，首先是通電的某一相繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)內(nèi)定子鐵心、空氣間隙和杯形轉(zhuǎn)子后形成閉合回路，同時(shí)產(chǎn)生類(lèi)似正弦規(guī)律變化的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，三相繞組依次輪流通電，在空間中會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)杯形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以跳躍的方式前進(jìn)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)存在轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，即電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩中存在脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量，該脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量近似成正弦規(guī)律變化。

與此同時(shí)，外定子三相對(duì)稱(chēng)集中繞組同樣依次輪流通入三路方波信號(hào)，首先是通電的某一相繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)外定子鐵心、空氣間隙和杯形轉(zhuǎn)子后形成閉合回路，同時(shí)產(chǎn)生類(lèi)似正弦規(guī)律變化的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，三相繞組依次輪流通電，在空間中會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。