定子永磁型步进电动机结构原理及分析计算

为提高混合式步进电动机(HSM)的运行性能,彻底消除其转子放置永磁体的结构弊端,提出了一种定子上放置永磁体的新型步进电动机(SPMSM),其工作原理与HSM完全相同,但结构更为简单,转矩/功率密度及效率更高。对SPMSM的运行原理及所采用的关键技术进行了分析,并与DSPM电动机进行了比较。同时,基于步进电动机归一化设计思想,并结合SPMSM磁场呈二维分布的特点(忽略电动机端部效应),提出了适用于SPMSM的归一化分析计算方法,并对其磁链、电动势、转矩及功率进行了计算。试制了一台2相8极50齿SPMSM样机,通过实验验证了其工作原理的实际可行性。有限元仿真与实验结果表明,所采用的理论分析方法及所建立的功率方程能较好地反映SPMSM的实际特性,且具有较强的适用性,为该类步进电动机的设计和分析提供了参考。

新型永磁球形步进电动机结构参数及转矩特性的计算与分析

介绍了一种新型永磁球形步进电动机的结构、工作原理,对电机的结构参数进行了深入分析。针对目前此类球形电机转矩计算的困难,基于麦克斯韦张量法推导并建立了有效的电机转矩计算模型,运用该方法对已知的电机模型进行分析,获得了典型的转矩特性。在此基础上对影响电机电磁转矩的主要结构参数进行了研究,并对典型的电机单步响应过程进行了仿真分析。通过合理设计电机的结构参数和电磁参数,可有效提高电机输出转矩,降低转动惯量,提高电机响应特性。所得结论为永磁球形步进电动机进一步的设计和优化提供了理论依据。

超强型齿层永磁混合式步进电机结构原理及性能分析

结合定子永磁混合式步进电机和超强型混合式步进电机结构及性能优点,提出一种仅在定转子齿层放置永磁磁条的超强型齿层永磁混合式步进电机,具有定转子结构简单、转矩和功率密度高、电磁场二维分布、设计分析计算方便等特点。针对电机结构特征、运行原理及转矩提升机制进行理论分析。基于归一化分析方法和二维有限元计算,探究齿高、齿宽、齿距、气隙等齿层参数变化对空载反电势、定位转矩、输出转矩、转矩脉动、保持转矩等电机性能的影响规律,提出该类电机齿层参数优化设计准则。将同规格定子轭部永磁混合式步进电机、定子齿层永磁混合式步进电机与所提出的超强型齿层永磁混合式步进电机进行性能比较研究,验证了理论分析的正确性及新型电机结构性能的优越性。

一种新型永磁球形步进电动机位置检测研究

介绍了一种永磁球形电动机的基本结构和基于机器视觉的转子位置检测方法。给出了喷涂在转子底部的彩色编码、处理转子图像获取特征点的算法和转子位置旋转矩阵的求解方法,在此基础上对转子绕单轴和多轴运动时位置测量系统的输出进行了仿真分析,并研究了转子扰动对特征点像素坐标的影响。仿真结果表明该方法可以有效的检测转子位置,为进一步的研究和实验提供了参考和借鉴。

一种新型永磁球形步进电动机的研究

针对国际上新提出的一种永磁球形结构步进电动机进行了研究.首先运用积分方程法和三维有限元法进行了磁场计算,在此基础上应用麦氏张量法和虚位移法对其转矩特性进行求解,获得了电机的矩角特性,并通过不同的方法对比验证了计算结果的正确性.同时提出一种基于加权无向图的运动控制算法,通过对路径进行搜索,实现了对电机通电状态的有效控制,达到了沿着期望运动轨迹运动的目的.在对电机及其滑轨支架位置检测系统进行运动学分析的基础上,对电机实际步进运动过程和编码器输出进行了仿真研究,结果显示出了位置检测系统和控制算法的有效性.

一种新型单相永磁步进电动机的研究

设计并制造了一种新型的永磁式单相单拍运行步进电动机,它能在单极性电脉冲的控制下实现连续的起动和步进运动,电机绕组通电和断电时各转动一个步矩角。它的特点是具有不对称转子,在电机的定子永磁磁极上绕有抵消线圈。文章详细介绍了其具体结构和原理,从理论上分析了此电机能正常起动及运行的条件,利用计算机辅助设计及分析的方法对其独特的转子形状及其不对称矩角特性进行了优化设计和数值模拟,最后给出了原理样机的性能测试结果。

新型两自由度定子永磁球形混合式步进电机结构及性能分析

多自由度电机有望广泛应用于机器人和机器手等多运动自由度系统中。当前虽然有多种样机原型,但大多数都在实验室研究测试阶段,且电机机械机构、控制系统复杂,生产制造难度高,体积较大的同时材料利用率低。为了推进电机产品化进程和实际应用,提出一种新型定子永磁球形两自由度混合式步进电机。详细介绍电机结构及运行原理;建立电机齿层归一化分析模型,对电机空载和负载性能进行归一化分析,所得结论对于该类电机分析具有通用性;最后,设计一台整体外径为50 mm的新型定子永磁球形两自由度混合式步进电机样机,通过有限元仿真、与同规格转子永磁型两自由度混合式步进电机性能比较,验证了该新型电机性能的优越性,以及齿层归一化分析方法的可行性。

基于机器视觉的永磁球形步进电动机转子位置检测方法

介绍了永磁球形步进电动机的基本结构及基于机器视觉的球形电机位置检测方法。在电机转子表面喷涂用伪随机编码生成的网格图,图像传感器获取转子图像。通过分析所获取的图像,得到特征点在固联于转子球的坐标系下的坐标。图像传感器标定后得到的参数,可以计算出图像中的特征点在参考坐标系下的坐标。利用这些点在不同坐标系下的坐标,得到2个坐标系间的旋转矩阵,即确定了球形转子旋转后的空间位置。实验结果表明该方法的有效性。该方法可以用于实现闭环控制球形电机。

磁场积分法在永磁步进球形电动机场分析中的应用

用积分方程法建立了永磁步进球形电动机磁场的数学模型,导出了用于计算其磁场分布的离散计算公式。计算结果与有限元法结果比较,表明积分方程法对于永磁步进球形电动机场分析是行之有效的。

一种永磁球形步进电动机的运动分析与仿真

介绍了一种永磁球形步进电动机的结构、工作原理及滑轨支架形式的位置检测系统。在对电机转子和滑轨支架进行运动学分析的基础上,给出了电机转子的单刚体运动学模型和带有滑轨支架的刚体系运动学模型。结合相应控制策略,在已知目标场点的情况下,对电机实际步进运动过程和位置检测系统输出进行了仿真研究。其结果为电机运动控制策略进一步的研究和实验方案设计提供了借鉴和参考。

永磁球形步进电动机及自适应控制方式

针对永磁球形步进电动机,运用卡尔丹角旋转建立了转子固连坐标系下电动机转子动力学模型.结合对步进式结构球形电动机进行电流控制的思想,设计了基于输入-输出稳定性理论的控制方案.然后,对电动机负载影响转子各轴向转动惯量的情况设计了一种新的自适应控制方案,使得转子在负载状况下仍然可以作连续轨迹(CP)运动.最后,结合已得的转矩模型,利用广义逆计算16个定子线圈的通电电流,完成了控制方案的实现.

永磁球形步进电动机变结构控制算法(英文)

提出了永磁球形步进电动机的一种变结构控制算法。该算法用可控电流源控制定子电磁线圈通电电流的幅值替代继电器控制方式。首先在转子固连坐标系内基于卡尔丹角旋转建立了转子动力学模型。然后在电动机空载运行的模式下,设计了一种无需角加速度反馈信号的基于输入-输出稳定性理论的控制算法。接着针对电动机负载运行,各轴向转动惯量发生变化的情况设计了变结构控制算法。最后,在变结构控制算法中插入边界层以消除抖振现象。仿真结果表明,新的控制算法具有更小的跟踪误差,稳态误差小于 0.01rad。

永磁球形步进电动机运动控制方法

介绍了一种三自由度永磁球形步进电动机的控制方法,分析了永磁球形步进电动机定子与转子的结构,然后针对其结构特点及运动原理,提出根据永磁体和线圈铁心的排列组合,建立一张包含位于球形步进电动机转子某一点上物体的所有可能的运动轨迹点的表,根据物体所给定的运动轨迹,采用查表法,最终确定永磁球形步进电动机的通电线圈对,达到控制球形步进电动机,使物体沿着期望的运动轨迹运动的目的。

爪极式永磁步进电动机静转矩的计算(2)

４静转矩的计算与其他步进电动机一样，爪极永磁步进电动机静转矩的计算，也要从等值磁路法考虑，把复杂的三维磁场的计算化为等值磁路的办法求解磁路。在应用等值磁路法时，需作这样的假定：①铁心的导磁率μ＝∞。②忽略铁心中的涡流效应。③定子绕组的磁势全作用于转子...

爪极式永磁步进电动机静转矩的计算(1)

引言爪极永磁步进电动机（本文着重讨论的是梯形爪极永磁步进电动机）是永磁步进电动机的一种结构形式，它结构简单，控制功率小，电磁阻尼大并具有定位转矩，通常极数又多，可比一般永磁步进电动机的步距角小，因而启动频率和运行频率也较高，配上各种专用装置如减速齿轮...

定子永磁型混合式步进电机结构及性能分析

定子永磁型混合式步进电机是一种新型结构的混合式步进电机,相比传统转子永磁型混合式步进电机具有一系列结构及性能优点。为分析电机结构对电磁性能的影响,提出3种电机拓扑结构并建立了解析模型,计算对比不同拓扑结构电机的电磁特性,包括电感特性、磁链特性、反电动势特性和转矩特性。推导磁阻转矩、齿槽转矩和脉动转矩的解析表达式,分析负载变化及定子永磁磁路不对称对转矩脉动的影响。采用有限元法对解析模型进行验证,结果表明,所建立的解析模型能够体现结构参数和电机性能之间的关系,计算速度快且通用性强,特别适合于该类电机的初始设计分析和性能比较研究。

基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。

爪极式永磁步进电动机静转矩的计算(3)

５转矩的设计原则由于爪极永磁步进电动机是在一个一个电脉冲下运行的，每送一个电脉冲就改变１次通电状态，即换１次相，而改变１次通电状态，转子位置作相应的变化，即转子向前旋转一个步距角。从矩角特性图１０中可以看到，当从Ａ（ＡＢ相）矩角特性转换到Ｂ相（ＢＡ相...

步进电动机的PLC控制

以永磁式微型步进电动机为例 ,介绍了用可编程控制器 (PL C)的步进指令对步进电动机的通电脉冲进行控制的过程。

定子永磁和转子永磁混合式步进电机性能比较研究

定子永磁型混合式步进电机(stator-permanent-magnet hybrid stepping motor,SHSM)是一种新型结构的混合式步进电机,其运行原理与普通转子永磁型混合式步进电机相同,但转子结构更为简单、转子机械强度更高、转矩及功率密度更大、永磁体散热更容易、设计分析计算更为方便。为合理评估两种结构混合式步进电机性能,该文从永磁气隙磁密、最佳铁心迭长、永磁转矩、定位转矩及转矩脉动、永磁磁链及空载反电动势、永磁体漏磁及利用率、定子轭部磁通密度等方面对两种电机进行综合分析比较。试制一台功率为240W的2相8极50齿SHSM样机,通过实验验证其工作原理的实际可行性。基于SHSM样机参数,构建两种电机的有限元仿真模型并进行有限元分析比较。有限元和实验结果验证了理论分析的正确性,为新型SHSM的进一步推广应用奠定一定理论基础。