多相混合型步进电动机的驱动方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN94190090.8

申请日:

1994.02.01

公开号:

CN1102935A

公开日:

1995.05.24

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回|||申请人明尼比亚株式会社美蓓亚株式会社||||||公开

IPC分类号:

H02K37/04

主分类号:

H02K37/04

申请人:

明尼比亚株式会社;

发明人:

吉村典之; 吉田贤司

地址:

日本长野县

优先权:

1993.02.01 JP 36056/93

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

叶恺东;马铁良

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内容摘要

一种多相混合型步进电动机,使该电动机的转矩变动尽可能小,改善其转矩安定性,并减小旋转时的共振振动。轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子,其特征在于:其固定磁极分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿;非对称型定子的小齿总数为NS,NS=5×(n0+n1){这里n0是5个固定磁极各自的小齿数,n1是其余5个固定磁极的小齿数},小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间,且以旋转轴为中心,小齿数为n0的非对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的反对侧;转子的齿数(NR)与该定子的小齿

权利要求书

1: 一种多相混合型步进电动机的驱动方法,该电动机具有在旋转轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子,其特征在于: 所述转子具有所述永久磁铁,在软磁铁制的外周上等间隔地设有多个(NR)齿,在该永久磁铁的两端设有的2个磁极盖上分别设有多个齿,它们互相错开1/2齿节(1/2TP); 多个非对称型定子,配置在所述转子的外周,具有向内的10个放射状的固定磁极,这些磁极分别设有不具分接轴头的线圈;在该非对称型定子上分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿;这些非对称型定子的小齿总数为NS,NS=5×(n0+n1){这里n0是5个极齿各自的小齿数,n1是其余5个极齿的小齿数},小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间,且以旋转轴为中心,小齿数为n0的非对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的反对侧;转子的齿数(NR)与该定子的小齿的总数(NS)的关系为NS≥0.8NR{即NS比0.8NR大或相等于0.8NR},NR与NS的差为NR-NS=K(S0-S1)+10(S1-1+B),{这里K为2至5间的整数,S0与S1是尽量小的整数,两者可相等,B为一个分数,10B(B的10倍)一定是整数},所述10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状,且在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间设有端子,通过在各步进中对各磁极的磁化,使N极与S极的数目相同,在全部的步进中,任何相邻的磁极至少有1对以上同为S极。

说明书


本发明涉及5相混合型步进电动机地驱动方法的改良。

    混合型步进电动机作为适用于决定高精度的位置的促动器,早在四分之一世纪之前已经是众所周知的了。其应用范围包括全自动化生产线用的各种工作机械、打印机、绘图机、传真机、盘驱动器等计算机的外围机器。

    为了使用上的方便,曾尝试把上述的混合型步进电动机的步进角尽可能做得小,因而增加其相数,现在多使用4相或5相的步进电动机。如上所述的现有的4相或5相步进电动机,其缺点是,转矩稳定性不安定、停止位置的不同而使得转矩变化、得不到高精度的步进角等。

    本发明目的是为了解决上述现有技术存在的缺点。

    为了达成上述本发明的目的,本发明的多相混合型步进电动机的驱动方法,其中,该电动机具有在旋转轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子,其特征在于:

    所述转子具有所述永久磁铁,在软磁铁制的外周上等间隔地设有多个(NR个)齿,在该永久磁铁的两端设有的2个磁极盖上分别设有多个齿,它们互相错开1/2齿节(1/2TP);

    多个非对称型定子,配置在所述转子的外周,具有向内的10个放射状的固定磁极,这些磁极分别设有不具分接抽头的线圈;在该非对称型定子上分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿;这些非对称型定子的小齿总数为NS,NS=5×(n0+n1){这里n0是5个极齿各自的小齿数,n1是其余5个极齿的小齿数},小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间,且以旋转轴为中心,小齿数为n0的非对称型定子配置在小齿数为n1的非对称型定子的反对侧;转子的齿数(NR)与该定子的小齿的总数(NS)的关系为NS≥0.8NR{即NS比0.8NR大或相等于0.8NR},NR与NS的差为NR-NS=K(S0-S1)+10(S1-1+B),{这里K为2至5间的整数,S0与S1是尽量小的整数,两者可相等,B为一个分数,10B(B的10倍)一定是整数},所述10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状,且在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间设有端子,通过在各步进中对各磁极的磁化,使N极与S极的数目相同,在全部的步进中,任何相邻的磁极至少有1对以上同为S极。

    图1是本发明的一实施例的横剖面图;

    图2是本发明的一实施例的纵剖面图;

    图3是本发明的一实施例的定子系统的正面图;

    图4是本发明的转子的向量图;

    图5是本发明的接线图;

    图6是表示全步进模式时的各固定磁极的磁极变化图;

    图7是表示半步进模式时的各固定磁极的磁极变化图。

    下面配合附图对本发明的一较佳实施例加以详细说明。

    图1及图2是表示本发明的步进电动机的剖面图。其中,图1是截面与旋转轴垂直的横剖面图。在该图中,1是定子,在该定子1的向内方向上设有10个定子磁极S、S′。又,在各定子磁极S、S′上卷绕着定子线圈2。在定子磁极S的先端设有小齿3。这些小齿的总数一般地定义为NS。4是旋转轴,在它的周围设有转子5。该转子5如图2所示,在中央处具有永久磁铁7,而两端则具有转子盖8,外周面设有多数的齿6,其总数一般地定义为NR。再者,图1是沿图2的A-A线的剖面图。又,卷绕于各定子磁极上的10个定子线圈分别附上P1至P10的记号。

    最初的实施例是对于具有10个定子磁极,NR=50的5相步进电动机的转矩稳定性、步进角的精度、效率加以改善的(邻接的定子磁极间的移位角为1/5Tp,这里Tp为小齿3的节距)。10个定子磁极的小齿数并不全都为4,而是在每隔1个定子磁极增加1个小齿,从成为非对称型定子磁极。藉着这样的构造,在具有4个小齿的定子磁极的对面都存在着具有5个小齿的定子磁极(图3)。

    转子的齿数与定子磁极的小齿数的差为5(即从50减去4×5之积,再减去5×5之积)。

    这种设计也改善了转矩平衡点的稳定性。这是因为至少2个相邻定子磁极为N极,而其他2个相邻的定子磁极为S极(参看图6)。

    在定子磁极数为10个的非对称型定子构造中,为了在四个方面达成显著的改善,在下说明的实施例,对于齿数为40、50、80、90或100的转子,邻接的定子磁极间的移位角采用3/10Tp或7/10Tp,每隔一个定子磁极,如上所述,其小齿数增加1。

    现在,为了设计具有非常重要的步进角的电动机,只要将转子齿数与定子小齿数的差设定为5或3就可以了。

    参照图4,作用于转子盖的半径方向的力分散于3个方向。这个力对于两方的转子盖相等地作用着。这样向3个方向分散的力对于制造公差的影响是很低的,同时可增加步进角精度,以及减少振动。这是因为间隔大的缝隙部分只2个。图6是表示20个连续步进的各定子磁极的极化状况图。这个步进动作以全步进使旋转轴4旋转。从图6可以了解这种步进电动机,不管在任何位置(即步进),都具有相同数目的N极和S极,从而减少了磁滞现象。

    以下参照图5和图6对步进的旋转动作加以说明。图5是本发明实施例的接线图。本发明的10个定子线圈以P1、P6、P5、P10、P9、P4、P3、P8、P7、P2的顺序连接成环状。在P1与P2之间、P5与P6之间、P9与P10之间、P3与P4之间、P7与P8之间分别设有蓝、红、橙、绿、黑色的端子。图6是表示在全步进模式时各步进的各磁极的磁化状态图。再者,在图5中以点表示线圈的卷绕方向。

    图5中,虽然没有示出开关电路,但在各个蓝、红、橙、绿、黑端子上接有双向开关,使其在常态下保持中立,当在一方的位置接于正电源时,在另一方的位置则接于负电源,根据来自图中未示出的控制装置的指令,从这三个开关模式中选择其中之一而进行连接。于是在每一步进中,通以电流使各磁极产生如图6所示的极性。这样,藉着在各步进的开关动作,如图6所示,在步进中两极的磁极数相等,进而使相邻的磁极中,至少有1对同是S极。

    图7是表示半步进模式下在各步进的各磁极磁化状态图。

    由于本发明具备上所述的构造,故可获得转矩稳定性的安定、静止转矩的平衡、高精度的步进角。还有,在全步进模式时及半步进模式时,使S极与N极的数目相等,进而由于在全部的步进中任何邻接的磁极至少有1对同是S极,所以在旋转时不会发生异常振动。

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一种多相混合型步进电动机,使该电动机的转矩变动尽可能小,改善其转矩安定性,并减小旋转时的共振振动。轴方向上磁化的1个以上的永久磁铁的转子,其特征在于:其固定磁极分别设有与转子的齿节同间隔的2个以上的小齿;非对称型定子的小齿总数为NS,NS=5(n0+n1)这里n0是5个固定磁极各自的小齿数,n1是其余5个固定磁极的小齿数,小齿数为n1的非对称型定子配置在小齿数为n0的非对称定子之间,且以旋转轴为中。

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