九相步進電機及驅動裝置的製作方法

2023-05-24 00:29:06

專利名稱：九相步進電機及驅動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種步進電動機及相應的驅動裝置。
步進電動機加上它的驅動器在一起構成步進電動機系統，現有的步進電動機通常可以整步或半步運行，即有二種步距角，整步運行時步距角為VR型 θbf＝2π／m電弧度或360°／m(電角度)HR及PM型 θbf＝π／m電弧度或180°／m(電角度)半步運行時，步距角為VR型 θbh＝π／m電弧度或180°／m(電角度)HB及PM型 θbh＝π／2m電弧度或180°／2m(電角度)其中m——相數不同的應用場合，要求步進電動機的步距角不一樣，因此製造廠家對同一機座號的電動機要做成許多不同的規格。具有不同的步距角，使生產複雜化。
步進電動機在應用系統中，在寬廣的頻域內運行。如果在改變運行頻率的同時，步距角也可以改變，能帶來不少方便和好處，但是一般的步進電動機系統只能實現一種步距角運行，最多可以實現整步和半步的變換。
為了提高步進電動機系統的解析度和運行平穩性，發展了步進電動機的微步驅動(細分)技術。它是用改變驅動器線路結構，改變電動機繞組電流波形的方法來實現將步距角變小，這類方法的不足是驅動電路複雜化。
本實用新型的目的在於提出一種九相步進電動機的結構設計及相應的驅動裝置的設計，採用本實用新型的設計可以實現新的通電方式，從而在一臺電動機上獲得許多不同步距角，同時筒生產工藝，降低生產成本。
本實用新型九相電動機的定子結構為九個極或九的倍數極，相應的轉子結構的大齒數為九或九的倍數，每個齒上纏繞集中繞組，轉子鐵芯上有Zr個小齒均布，沒有繞組，沿軸向分成2－3個單元，每個單元中轉子鐵芯分成二段，中間夾一軸向充磁的永磁體，二段鐵芯沿園周方向相互錯開半個齒距角，定子每一大齒上有Zs個小齒，齒距角與轉子的小齒相同，相鄰極為相鄰相，相鄰相的定、轉子齒的相對位置相互錯開5／9齒距角。當轉子齒數為18齒時，轉子繞組聯接如圖1所示，極中心線處在一條直徑上的對極為相應極構成一相，通電時二個極為同極性(同為N極或S極)。當轉子齒數為9的倍數時，相應極構成一相，通電時相應極為同極性，小齒齒數Zr，Zs的個數根據定子內徑轉子外徑尺寸及每個齒的最大加工極限來確定，一般每個齒寬不小於2毫米。
本實用新型九相電動機，為一般混合式電動機的結構。相鄰極為相鄰相，相鄰極上的齒與轉子齒的相對位置相互錯開5／9齒距角，所以相鄰相通電時產生的轉矩相量錯開2π(5／9)電弧度。九相繞組分別單獨通電時，產生的轉矩相量構成一個九星形，如圖1所示，若干相繞組同時通電時產生轉矩的相量可以用迭加的方法獲得。
九相電動機可以由典型結構的九相星接橋式逆變器供電。a、b、…等九個控制端分別控制上橋臂的功放管導通時，相應的相繞組便正向通電；a、b、…i等九個控制端分別控制下橋臂的功放管導通時，相就的相繞組便反嚮導通。因此用a、b…等表示A、B、…等繞組正向通電的狀態「；a、b…等繞組反向通電的狀態。
本實用新型提出新的通電方式，包括典型方式在內，它們是九相108拍、54拍、36拍、27拍、18拍、9拍、6拍、3拍等。九相108拍運行時的108種通電狀態列於表1中，為8－8－8－8－8－8－8通電或8－8－8－9－8－8通電，不同通電狀態時轉矩相量的合成如圖3所示。
表1108種通電狀態表 圖3中畫出了若干種通電狀態時的合成轉矩相量，T1、T2、…T7等，從通電狀態1走過六步變到通電狀態7時，電動機轉過的角度即相量T1和T7間的夾角，為20°(電角度)，步距角為θbe＝20°／6＝3°20′(電角度)對應的機械轉角則與電動機轉子齒數有關。例如轉子齒數為Z1＝100時，則以上步距角便是θbl＝θbe／Zr＝1／100(3°20′)＝2′可見在電動機的轉子齒數不是特別增多的情況下，就可以獲得相當小的步距角。比驅動控制線路複雜的通常的微步驅動系統簡化。
以上表明，給出的基本通電方式包括108種通電狀態，每一個控制脈衝依次改變一種通電狀態時，步距角是3°20′電角度。本實用新型提出「跳步原理」即當加一個控制脈衝時，不是從通電狀態1變到通電狀態2，而是變到通電狀態3或者通電狀態4，…等等。步距角便相應地增大。這種跳步原理只需採用可編程的邏輯通電環形分配器就可以實現。例如採用三片EPROM(2732或2716)，和108進位的可逆計數電路，當可逆計數器為108進位時，步距角可以變為基本步距［θbe、3°20′(電角度)］的2、3、4、6、9、12、18、27、36等倍，即電動機可具有下列步距角3°20′，6°40′，10°，13°20′，20°，30°，40°，60°，90°，120°(電角度)。
當轉子齒數為Z1＝100，則對應的機械轉角為0.03°，0.06°，0.1°，0.13°，0.2°，0.3°，0.4°，0.6°，0.9°，1.2°轉子齒數為Z1＝50時，則對應的步距角為0.06°，0.13°，0.2°，0.26°，0.4°，0.6°，0.8°，1.2°，1.8°，2.4°事實上改變可逆計數器的設計，還可以獲得為3°20′電角度的倍數的其它步距角例如當可逆計數器為(108×5)進位時，可以獲得50°(電角度)的步距角，對應於Z1＝100和Z1＝50時，該步距角便分別為0.5°和1.0°。
本實用新型是在應用典型結構的混合式步進電動機和功率驅動電路的基礎上，提出了新的通電方式，便使電動機的步距角可以在相當大到足夠小的數值範圍之間變動，同一臺電動機可以獲得許多不同的步距角，滿足不同應用系統的需要，使生產簡化；在應用系統運行時，不僅可以調頻調速，還可以改變步距角來調速，使得系統在低速能運行得更平穩，而又能獲得更高的極限速度等。因此有良好的發展前景。


圖1是相繞組單獨正向通電時的轉矩相量圖圖2是九相步進電動機的定子結構及繞組聯接示意圖圖3為合成轉矩相量圖圖4為九相量接橋式逆變器原理圖圖5為可變步矩角的控制線路圖，圖中U1、U2、U3為單片機系統，U4、U5、U6為存儲器。
權利要求1.一種九相步進電動機及驅動裝置，包括定子和轉子，其特徵是定子結構為九極或九的倍數極，相應的轉子結構的大齒數的個數亦為九或九的倍數，每個定子的大齒上纏繞集中繞組，轉子鐵芯上有Zr個小齒分布，沒有繞組，沿軸向分布成1-3個單元，每個單元中轉子鐵芯分成二段，中間夾一軸向充磁的永磁體，並且這二段鐵芯沿圓周方向相互錯開半個齒矩角，定子每極上有Zs個小齒，齒矩角與轉子的小齒相同，相鄰極為相鄰相，相鄰相的定、轉子齒的相對位置相互錯開5/9齒矩角，Zr、Zs的個數最少為3個，最多則根據定子內徑、轉子外徑尺寸及每個齒點寬的最小加工極限來確定，一般每個齒寬不小於2毫米。
專利摘要一種九相步進電動機及驅動裝置，包括定子和轉子，定子結構為九個極或九的倍數極，轉子結構的大齒數的個數亦為九的倍數極，每個定子大齒上纏繞集中繞組，轉子鐵芯上有Zr個小齒分布，定子每極上有Zs個小齒，齒距角與轉子的小齒數相同，相鄰極為相鄰相，相鄰相的定、轉子齒的相對位置相互錯開5/9齒距角。本實用新型可以獲得足夠小的步距角為3°20″或它的倍數的各種步距角。
文檔編號H02K37/00GK2098755SQ9120840
公開日1992年3月11日 申請日期1991年5月18日 優先權日1991年5月18日
發明者王宗培, 陳敏祥, 張寅 申請人:哈爾濱工業大學