高分辨率五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

王宗培(哈爾濱工業(yè)大學(xué))

陳敏祥(哈杭電伺服技術(shù)研究所)

    【摘  要_】介紹高分辨率五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn)、參數(shù)及應(yīng)用。該電動(dòng)機(jī)可在簡(jiǎn)化傳動(dòng)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)．不采用微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)，獲得小的脈沖當(dāng)量，從而有利于提高應(yīng)尉系統(tǒng)的精度和性能價(jià)格比。

    【敘  詞】混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)  ／高分辨率電機(jī)  特點(diǎn)  參數(shù)  應(yīng)用

 

1  引    言

 

    典型五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的步距角為o.72°或o.36°[1],即500～1000步／r。需要更高的分辨率時(shí)，通常采用的方法有兩種：電動(dòng)機(jī)輸出軸與負(fù)載之間增加減速機(jī)構(gòu)或增大減速比；使用微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)[2]，即細(xì)分技術(shù)。這不僅使得機(jī)械結(jié)構(gòu)或電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。而且慢系筑精度的提高受到更多的限制。本文介紹的新的高分辨率電動(dòng)機(jī)，可在簡(jiǎn)化傳動(dòng)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)、又不需采用微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)的情況下，獲得小的脈沖當(dāng)量。這有利于提高某些應(yīng)用系統(tǒng)的精度和性能價(jià)格比。

 

2基本特點(diǎn)及參數(shù)

 

    新升發(fā)開投入生產(chǎn)的90機(jī)座高分辨率電動(dòng)機(jī)有兩種規(guī)格，其基本技術(shù)參數(shù)如附表所示。

 

    90byg520b型電動(dòng)機(jī)的外型尺寸如圖1所示。90byg5200d型電動(dòng)機(jī)外型尺寸不同之處僅在于機(jī)殼增長(zhǎng)62mm，以及軸伸尺寸的不同(直徑改為φ14°_0.012,長(zhǎng)度改為32mm，鍵槽莧度改為5mm)。

 

    該電動(dòng)機(jī)系五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，不同的是轉(zhuǎn)子齒數(shù)(zr)增多，取

zr=200，定子齒數(shù)相應(yīng)增多。驅(qū)動(dòng)電路及通電方式也是典型的，按4—5通電的半步方式，即五相二十拍(m1=20)運(yùn)行時(shí)，每20個(gè)控制脈沖訊號(hào)或者走20步使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一

    電動(dòng)機(jī)齒數(shù)增多，齒距減小，齒寬變窄，增加了電動(dòng)機(jī)沖片模具制造的難度，也提高了對(duì)零部件制造加工精度的要求，以及有必要采用更薄的硅鋼片等，使電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本有所提高。但是，對(duì)于因此而不需采用微步驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合，由于典型驅(qū)動(dòng)器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、更成熟化、產(chǎn)品化、成本低而可靠性高。所以，從總體來看，采用高分辨率電動(dòng)機(jī)是合適的，而且高分辨率電動(dòng)機(jī)有利于系統(tǒng)精度的提高。

 

    圖2及圖3是兩臺(tái)樣機(jī)的實(shí)測(cè)特性。兩臺(tái)樣機(jī)的繞組匝數(shù)不同，6#樣機(jī)的繞組匝數(shù)較多，相繞組的額定電流為2.5a，11#樣機(jī)則匝數(shù)較少，額定相電流為3a。

   90byg5200型電動(dòng)機(jī)的定子繞組為星形接法，有五個(gè)出線端(a、b、c、d、e)。與smi)型驅(qū)動(dòng)器配套使用，該驅(qū)動(dòng)器的功放級(jí)系五相橋，功放級(jí)的電壓隨控制脈沖的頻率變化，即升頻升壓型。cp脈沖頻率為零時(shí)，功放級(jí)的電壓很低，通過功放管直接加到繞組上，繞組電流不超過額定值；cp脈沖頻率升高時(shí)，功放電壓也隨之增大，使繞組電流不下降，直至電壓調(diào)整管全導(dǎo)通。

 

    上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在全導(dǎo)通頻率以前，大體上為恒(牽出)轉(zhuǎn)矩特性；超過全導(dǎo)通頻率后，則大體上為恒功率特性。表1所列技術(shù)參數(shù)中的牽出轉(zhuǎn)矩一項(xiàng)，就是指全導(dǎo)通頻率前的值。

 

    應(yīng)指出的是，同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)配以不同參數(shù)的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，可獲得不同的牽出矩頻特性。例如提高驅(qū)動(dòng)電壓，相應(yīng)地提高了全導(dǎo)通頻率，便可在更寬的頻率范圍內(nèi)獲得幾乎恒牽出轉(zhuǎn)矩的特性。圖3中6#樣機(jī)的牽出特性曲線表示驅(qū)動(dòng)電壓從50v(直流)提高到100v(直流)時(shí)，全導(dǎo)通頻率從大約5k脈沖／s提高到大約10k脈沖／s。于是在f>5k脈沖／s的頻域內(nèi)，其牽出轉(zhuǎn)矩顯著增大，電動(dòng)機(jī)的輸出功率可增加。圖3中11#樣機(jī)的牽出特性表示相繞組匝數(shù)減少，額定相電流相應(yīng)增大，在同樣驅(qū)動(dòng)電壓下，其高頻運(yùn)行的牽出轉(zhuǎn)矩也提高了。當(dāng)然，不論是采用提高電壓或增大電流提高電動(dòng)機(jī)高頻運(yùn)行的牽出轉(zhuǎn)矩，都是相應(yīng)地增大了驅(qū)動(dòng)器的功率，成本也隨之提高。

 

3應(yīng)用舉例

 

    90byg5200型電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用是直聯(lián)4mm螺距的滾珠絲杠帶動(dòng)不