爪極式永磁步進電動機靜轉矩的計算(1)
夏 云(重慶微電機廠400043)
1 引 言
爪極永磁步進電動機（本文著重討論的是梯形爪極永磁步進電動機）是永磁步進電動機的一種結構形式，它結構簡單，控制功率小，電磁阻尼大并具有定位轉矩，通常極數又多，可比一般永磁步進電動機的步距角小，因而啟動頻率和運行頻率也較高，配上各種專用裝置如減速齒輪頭、閥等可直接驅動微波爐轉盤、空調器擋風板、打印頭和電動泵等。
2結構及其特點
爪極永磁步進電動機的典型結構如圖1，所示，爪極永磁步進電動機由2個定子和永磁轉子組成。每個定子由帶爪極的上、中和中、下鐵心及其套在爪極上的繞組所組成，2個定子在空間相互錯開90度電角度。現(xiàn)就其主要部件功能扼要介紹如下。
2.1爪極定子
爪極定子是體現(xiàn)爪極永磁步進電動機結構特征的重要部件。它是由杯形殼體（以下簡稱下爪極）、中爪極和上爪極組成。上、中、下爪極均用防銹鍍錫冷軋薄鋼板沖壓引伸而它在各種電動機構中獲得了極其廣泛地應用。沖壓時沖出多個在圓周均布的輻射狀爪極，并打彎成90度，組成一個爪極均布的圓柱體定子。爪極的形狀有梯形爪極，有梯形邊成正弦曲線的正弦爪極。上、中、下爪極上均沖有定位標記。2個申爪極接定位標記相背扣合，保證相互錯位90度電角度，形成2個定子的中爪極，再按定位標記合上上爪極，并將其按定位標記一并插入下爪極，這就形成了2個相互錯位90度電角度的爪極定子，形成爪極永磁步進電動機的定子主磁路。
2.2定子繞組
爪極永磁步進電動機的定子繞組不同于一般永磁步進電動機的定子繞組，它是分別在2個線圈骨架上并繞2套反向串聯(lián)的環(huán)形線圈，組成四相繞組，其作用是在電機中產生軸向磁通，以便在定子爪極上產生n、s相間磁極。
2.3永磁轉子
爪極永磁步進電動機的轉子是由高矯頑力的恒磁鐵氧體或釹鐵硼磁環(huán)與主軸一起注塑而成永磁轉子。
轉子磁環(huán)圓周均勻地充有多個n、s間的磁極，其極數與定子爪極數相等，可根據所需要求的同步轉速決定。
2.4特點
爪極永磁步進電動機中的爪極定子的優(yōu)點是：
①梯形爪極沖壓引伸，制造加工方便。
②梯形爪極設計適合于多極結構，不僅減小了永磁步進電動機的步距角，而且材料利用率高。
③由于爪極齒數等于轉子極數，即z。=2p，故齒諧波力矩為2次諧波力矩，而2個定子相互錯位90度電角度，所以2個定子的齒諧波力矩幅值相等，相位相反，合成為零。
缺點是：
①爪極間漏磁大，降低了氣隙磁通的有效利用率。
②由于爪極鐵心中的渦流作用引超鐵心磁導afe的變化，也就使電機的電感隨頻率而變化，因此影響電機的動態(tài)性能。
3 工作原理
當定子繞組通電時，將在電機中產生軸向磁通，經爪極通過氣隙與永磁轉子匝鏈，定、轉子磁場相互作用產生轉矩，驅動轉子旋轉。為了方便，將電機沿軸向切割展開，其簡化示意圖如圖2所示。
從圖2展開圖可見，假定爪極是梯形極，在定子繞組未通電時，永磁轉子的磁極對定子爪極的相互吸引力在磁極中心與爪極中心和爪極間中心對準時是相等的，因此，永磁轉子在此位置處于靜平衡狀態(tài)（見圖2a）。
3.1通電方式
通電方式是指定子繞組各相通電的順序。爪極永磁步進電動機有2個定子，設第一個定子兩反向繞組分別為a、a1兩相；設第二個定子兩反向繞組分別為b、b1兩相(參見圖3)。
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