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什么是双叠和三叠混合步进电机?

通过丹尼尔•柯林斯|2021年4月13日

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步进电机的三个主要设计-永磁,可变磁阻,混合型-混合步进电机结合了永磁和可变磁阻类型的最佳性能特点,可以说是工业应用中最流行的。

混合步进电机是由两个部分或杯组成的转子,在它们之间有一个永久磁铁。这导致杯子被轴向磁化-一个杯子向北极化,另一个杯子向南极化。转子杯的表面有精确研磨的齿(通常每个杯有50或100个齿),杯与两组齿之间的偏移半齿距对齐。

在混合步进电机中,定子极也是锯齿状的,当脉冲由步进驱动传递到定子时,这些极被磁化,导致转子转动,使转子和定子的齿对齐(N-S或S-N)。

这种混合设计-在转子和定子上都有齿-允许电机优化磁通,因此,产生比永磁体或可变磁阻设计更高的转矩。混合步进电机在全步模式下也可以实现小到0.72度的步进角度,并且运行速度比其他设计更高。

电机定子的牙齿
在一个混合步进电机,两个转子杯有齿(红色和蓝色)作为定子极(绿色)。
图片来源:东方汽车

尽管专有的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),扭矩的产生仍然与电机的框架尺寸密切相关。

步进电机一般坚持不动NEMA ICS 16 - 2001框架尺寸标准,规定了安装尺寸,如法兰尺寸和螺栓圆直径。然而,一个尺寸不包括在NEMA标准是电机长度。这种灵活性的电机长度为给定的框架尺寸,为制造商提供了另一个选项,以增加扭矩生产特定NEMA尺寸的步进电机-通过创建更长的堆栈长度电机。例如,双和三叠步进电机现在是几个制造商的常见产品。

步进电机尺寸
NEMA标准涵盖了步进电机安装尺寸的大部分方面,但它没有解决电机的长度问题。
图片来源:施耐德电动运动

双栈和三栈混合步进电机简单地有多个转子和定子,叠端到端。多转子和定子部分,电机可以产生更多的扭矩,而不需要增加机架尺寸。只有马达的长度增加。(请注意,也有少数厂家生产四叠步进电机,如下图所示。)

triple-stack步进电机
扭矩速度曲线的NEMA 17步进电机在单,双,三,四堆栈设计。注意,随着堆栈长度的增加,扭矩也会增加。然而,在较长的堆栈长度版本中,扭矩下降更快,随着速度的增加。
图片来源:Applied Motion Products

然而,在双、三叠(和四叠)步进电机设计中,扭矩随着速度的增加下降得比单叠设计更快。这是因为增加的转子和定子部分也增加了电机的电感。高电感意味着电气时间常数电动机的时间——绕组中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,高电气时间常数意味着没有足够的时间使电流(以及转矩)在每个电机步进时达到最大值,导致转矩随着速度的增加而下降。


另一种方法增加扭矩从步进电机-不增加NEMA框架尺寸-是使用一个变速箱电动机。变速箱的增加不仅增加了从电机传递到负载的扭矩,还可以提供更好的电机和负载之间的惯性匹配。当与齿轮箱连接时,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。


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