步进电机转子磁极结构

8.2.3　步进电动机

在自动控制系统中，经常要把数字信号转化为角位移，步进电动机（也称为脉冲电动机）就是一种用电脉冲信号进行控制、将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机。给步进电动机输入一个脉冲信号，它就转动一个角度或前进一步，其角位移量或线位移量与电脉冲数成正比，转速或线速度与电脉冲频率成正比。步进电动机启动和停止快速，每一步转过的角度不受电压波动与环境条件的影响，而且步进误差不会长期积累，因此它常在数控开环系统中作为执行元件，如在数字程序控制线切割机、平面绘图机中。

步进电动机按工作原理不同分为反应式、永磁式和永磁感应式。按运动状态不同又分为旋转式、直线运动式和平面运动式。下面对应用广泛的反应式步进电动机进行简要介绍。

1．基本结构

与其他电动机一样，反应式步进电动机也是由转子和定子构成。定子铁芯由硅钢片叠成，通常相数m为2、3、4、5、6，定子磁极个数为2m，每个磁极上套有该相控制绕组。转子铁芯也由硅钢片叠成，磁极通常为凸极式，转子上无绕组。如图8-20所示为三相反应式步进电动机的结构示意图。

图8-20　三相反应式步进电动机结构示意图

2．工作原理

如图8-21所示为一台三相六极转子，有40个齿的小步距角反应式步进电动机的展开图，A、B、C为磁极上的三相控制绕组，每个磁极上有5个齿，与转子上的齿具有相同齿宽和齿距。

图8-21　小步距角三相反应式步进电动机的展开图

可以计算每极下的齿为：

式中，Z _r为齿数，m为相数，p为磁极对数。

转子齿距为9^o。当A相定子齿与转子齿对齐时，则B相磁极定子齿与转子齿错开1/3齿距（1/3t，t为齿距），即3^o。若此时给B相通电，因磁通总是走磁阻最小的路径闭合，就使转子受到同步转矩的作用而转动，转子逆时针转动1/3齿距，即3^o（称为步距角），直到B极定子齿与转子齿对齐，而A、C极定子齿又分别和转子齿错开1/3齿距。只要连续不断地按A-B-C-A顺序对B、C、A三相通电，转子就沿逆时针不停地一步步转动。当通电顺序改为A-C-B-A时，转子就沿顺时针转动。

以上A-B-C-A与A-C-B-A这种通电控制方式称为三相单三拍控制，每改变一次通电方式叫做一拍，“三拍”指一个通电循环为三拍，“单”是指每拍只有一个绕组通电；除此之外还有双三拍、单双六拍，前者指每拍两相绕组通电，如AB-BC-CA-AB、AC-CB-BA-AC；后者指每拍按单相、两相交替通电，如A-AB-B-BC-C-CA-A、A-AC-C-CB-B-BA-A。