[发明专利]超强型新结构混合式步进电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种超强型新结构混合式步进电动机。

背景技术

步进电动机应用于工业生产始于20世纪60年代，是最早适应计算机控制的运控电机，由于它具有转矩刚度大、定位稳定可靠、跟踪精度高、开环无累计误差、经济、简单方便等一系列优点，70年代迅速发展，应用领域从计算机外设和办公自动化推广到很多工业设备和装置中，包括数控车床。80年代达到高峰成为数控系统中运控电动机的主体。但在80年代以后，无刷直流电动机及数字化交流伺服电动机系统的发展和成熟，并在快速性能方面表现出优势，使步进电动机的发展受到限制和压缩。因此步进电动机需要在快速性方面有所突破，这就是本发明要解决的问题。

发明内容

电动机动态响应的快速性取决于最大电磁转矩与转子转动惯量的比值，要提高步进电动机的快速性就是要提高它的最大比转矩系数(C_tm)，即最大电磁转矩(T_em)与转子体积(D²l)的比值，电动机的电磁转矩与每极有效磁通(φ₁)成正比，有效磁通是指产生电磁感应作用，即产生EMF的交变分量。步进电动机的特点是极对数很多，典型的是50对极，由于极距过小无法做成标准的永磁电动机结构，主流步进电动机产品是永磁感应子式结构，通常称为混合式结构，这种结构电动机的转子永磁体是轴向充磁的，它使得转子一半铁心段呈N极性，另一半铁心段呈S极性，靠定转子齿槽对气隙磁导的调制作用，使N极性铁心段产生进入定子一个极即一个线圈的磁通，从齿对齿时的正最大值(+φ_1max)变化到齿对槽时的正最小值(+φ_1min)。由于S极性铁心段与N极性铁心段沿圆周错位半个齿距角，所以S极性铁心段产生进入同一定子极即同一线圈的磁通从负最小值(-φ_1min)变化到负最大值(-φ_1max)。可见转子铁心N极性段与定子磁极齿正对齿时，转子N极性段和S极性段一起产生进入该定子磁极的磁通量为二者之和，即(+φ_1max)+(-φ_1min)；转过齿距角，转子铁心N极性段与该定子磁极齿对槽，S极性铁心段与该定子磁极齿正对齿，转子二个极性铁心段一起产生进入该定子磁极的磁通量为(-φ_1max)+(+φ_1min)。表明从一个定子磁极或定子线圈来看，转子旋转时产生的互磁通也是交变的，交变的幅值为(φ_1max-φ_1min)。可以看出二点：(1)混合式电动机主磁通交变分量的幅值对应在一半转子铁心段，与永磁式电动机对应在整个转子磁极轴向长度不同，有效磁通量最大不会超过永磁体结构的50％；(2)提高混合式结构电动机有效磁通量的直观途径，应为提高齿对齿时的磁通量φ_1max和减小齿对槽时的磁通量φ_1min，没有新的齿层结构设计，不可能有明显的改善。

基于上述分析，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超强型新结构混合式步进电动机，其包括：

定子磁系统，其包括多个定子磁极，所述每一定子磁极包括一向所述定子铁芯的圆心方向突出的极靴，每一极靴上均间隔设有多个定子小槽和定子小齿；

转子磁系统，其包括转子轴、套设于所述转子轴上的至少一个沿轴向排列的重复转子单元，每一转子单元包括轴向充磁的永磁体环片及夹在该永磁体环片两端的磁极相反的分别由多层硅钢片冲片叠合而成的二硅钢片迭片段，每一硅钢片冲片的圆周上均间隔设有多个转子小齿和转子小槽；

电枢绕组，其为绕于所述多个定子磁极上的线圈组合而成的对称多相电枢绕组；

其特征在于：每一所述定子小槽和/或转子小槽内均填满永磁体小条。

作为本发明优选的技术方案，所述每一转子单元的二硅钢片迭片段沿圆周相互错位半个转子齿距。

作为本发明优选的技术方案，所述转子小槽内的永磁体小条的充磁方向是径向，且与轴向充磁的永磁体环片产生磁通的走向相反。

作为本发明优选的技术方案，所述定子磁极的数目为所述电枢绕组的相数的整数倍，所述电枢绕组均匀分布在整个定子铁心的圆周上。

作为本发明优选的技术方案，所述定子小槽内填充的永磁体小条的充磁方向为径向，极性取决所对应转子铁心段的极性，与转子永磁体环片产生的磁通走向相反。