三个初级步进电机设计 -永磁,可变磁阻,混合-混合步进电机可以说是工业应用中最流行的,它结合了永磁和可变磁阻类型的最佳性能特性。
混合式步进电机是由两个部分组成的转子,或杯,在它们之间有一个永磁体。这导致杯子被轴向磁化——一个杯子极化向北,另一个杯子极化向南。转子杯的表面有精确的磨齿(典型的50或100齿每杯),和杯对齐的偏移半齿间距之间的两组牙齿。
在混合式步进电机中,定子的磁极也是齿形的,当步进电机将脉冲传送到定子时,这些磁极被磁化,导致转子转动,从而使转子和定子的齿形对齐(N-S或S-N)。
这种混合设计——转子和定子上都有齿——允许电机优化磁通,因此,产生比永磁体或变磁阻设计更高的转矩。混合步进电机在全步进模式下也可以实现小至0.72度的步进角,运行速度比其他设计更高。
虽然专利设计和生产方法允许制造商优化其混合步进电机的扭矩输出(以及步进精度和速度特性),但扭矩产量仍然与电机的机架尺寸密切相关。
步进电机通常坚持NEMA IC 16-2001框架尺寸标准,规定了法兰尺寸和螺栓圆直径等安装尺寸。然而,NEMA标准没有涵盖的一个尺寸是电机长度。对于给定机架尺寸,电机长度的灵活性为制造商提供了另一种增加特定NEMA尺寸步进电机扭矩生产的选择——通过创建具有更长的堆栈长度的电机。例如,双组和三组步进电机现在是几个制造商的常见产品。
双和三重堆叠混合步进电机简单地有多个转子和定子,端到端堆叠。有多个转子和定子截面,电机可以产生更多的转矩,而不需要增加机架尺寸。只有电机的长度增加。(请注意,一些厂家也生产四叠步进电机,如下图所示。)
然而,在双、三层(以及四层)步进电机设计中,扭矩随着速度的增加而下降的速度比单层设计更快。这是因为增加的转子和定子部分也增加了电机的电感。高电感意味着电时间常数对于电机——它在绕组中的电流达到其最大值的63%的时间——也增加了。当步进电机在高速运行时,高的电气时间常数意味着没有足够的时间让电流(以及,因此,扭矩)在每个电机步骤达到其最大值,导致扭矩随着速度的增加而下降。
另一种增加扭矩从步进电机-不增加NEMA框架尺寸-是使用变速箱电动机。添加一个齿轮箱不仅增加了从电机传递到负载的扭矩,它还可以提供更好的惯性匹配电机和负载。当连接到一个齿轮箱时,电机可以以更高的速度运行,这有助于减少或避免共振和振荡。