[发明专利]新型双定子低脉动转矩步进电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种步进电动机，更具体的是涉及一种新型双定子低脉动转矩的步进电动机。

背景技术

步进电动机是一种将电脉冲转化成角位移或者线位移的微电机，其角位移与脉冲数成正比，在负载能力范围内与电压、环境无关，主要作为开环控制系统的执行元件，广泛应用与打印机、数控机床、机器人关节等需要实现精确定位的场所，但是步进电动机在连续运行过程中存在明显的振荡，表现为电动机转速的波动(谐振或抖动)，极端情况下甚至导致位移的前后振动，是影响步进电动机转速稳定度的主要因素，造成该现象的首因是步进电动机的矩角特性近于正弦函数，且定子磁场以跳跃方式转动。

发明内容

本发明提供了一种新型双定子低脉动转矩步进电动机，主要包括电动机转轴、内定子套筒、内定子铁心及绕组、空心杯形转子、外定子铁心及绕组和驱动控制电路。电动机的内、外定子铁心同轴心，内、外定子齿在空间上错开一定的角度，内、外定子绕组分别为三相对称集中绕组。电动机的空心杯形转子为内、外双齿转子，内、外双齿的轴线在空间上位置对齐，空心杯形转子同轴心的置于内、外定子铁心的间隙内。通过驱动控制电路的控制，通入电动机对应的内、外定子三相对称绕组的电压在时间上存在一定的相位差，使得内、外定子绕组对空心杯形转子形成的电磁驱动转矩中的脉动转矩分量存在180°的相位差，叠加后可以很好地抑制脉动转矩分量，能够提高步进电动机的运行性能。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种新型双定子低脉动转矩步进电动机，主要包括前端盖及轴承、电动机转轴、空心杯形转子、内定子套筒、内定子铁心及绕组、外定子铁心及绕组、后端盖及轴承、机壳和驱动控制电路；

电动机转轴穿过前后端盖的中心，通过轴承与前后端盖固定且可以相对前后端盖转动；

空心杯形转子与电动机转轴同轴心，空心杯形转子的左端与电动机转轴固定，右端为开口的杯形，空心杯形转子为内、外双齿转子，且内、外双齿的轴线在空间上位置对齐；

内定子套筒与后端盖固定，且与电动机转轴同轴心，电动机转轴穿过内定子套筒的中心孔，内定子套筒位于杯形转子的内侧；

内定子铁心同轴心的固定在内定子套筒的外侧，内定子铁心外侧均匀分布六个大齿，每个大齿的两侧嵌放定子绕组，且每个大齿的表面均匀分布若干小齿；

外定子铁心同轴心的固定在机壳的内侧，外定子铁心内侧均匀分布六个大齿，每个大齿的两侧嵌放定子绕组，且每个大齿表面均匀分布若干小齿；

内定子大齿表面的小齿与外定子大齿表面的小齿在空间上错开一定的角度；

固定在内定子中的绕组和固定在外定子铁心中的绕组同为三相对称集中绕组，在空间上为三相对称分布，且两组三相对称集中绕组均采用星形连接；

杯形转子的杯壁放置在内定子铁心和外定子铁心的夹隙中，且杯形转子相对内定子铁心和外定子铁心可以转动；

驱动控制电路产生两组具有一定相位差的脉冲，按照特定规律通入到内定子三相对称集中绕组和外定子三相对称集中绕组，使得内、外定子绕组对杯形转子产生的电磁驱动转矩中的脉动转矩分量在时间上存在180°的相位差，叠加后可以较好地抑制脉动转矩分量。

如上述的结构，本发明的双定子低脉动转矩步进电动机，其工作原理为：

首先由步进电动机驱动控制电路同时产生六路方波信号，每个方波信号高电平的时间为T，低电平的时间为2T。其中三路方波信号通入到内定子中的三相对称集中绕组，该三路方波信号的相位依次落后时间T，使得内定子中的三相对称集中绕组依次轮流通电，另外三路方波信号通入到外定子中的三相对称集中绕组，该三路方波信号的相位同样依次落后时间T，使得外定子中的三相对称集中绕组依次轮流通电。通入到内定子三相对称集中绕组中的三路方波信号与通入到外定子三相对称集中绕组中的三路方波信号，在相位上错开0.5T的时间。

内定子三相对称集中绕组依次轮流通入三路方波信号后，首先是通电的某一相绕组产生磁场，经过内定子铁心、空气间隙和杯形转子后形成闭合回路，同时产生类似正弦规律变化的电磁驱动转矩，三相绕组依次轮流通电，在空间中会产生旋转的电磁驱动转矩，带动杯形转子转动，由于旋转磁场以跳跃的方式前进，导致电动机转动时存在转速的波动，即电磁驱动转矩中存在脉动转矩分量，该脉动转矩分量近似成正弦规律变化。

与此同时，外定子三相对称集中绕组同样依次轮流通入三路方波信号，首先是通电的某一相绕组产生磁场，经过外定子铁心、空气间隙和杯形转子后形成闭合回路，同时产生类似正弦规律变化的电磁驱动转矩，三相绕组依次轮流通电，在空间中会产生旋转的电磁驱动转矩。