机电式单相步进电机中的凸轮机构设计.pdfVIP

机械设计 JOURNAL0FMACHINEDESlGN 297 机电式单相步进电机中的凸轮机构设计幸 杨晴 (巾国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900) 摘要：介绍了一种自行研制的机电式单相步进电机的基本组成和工作原理，该机电式单相步进电机包含电磁组件和 凸轮机构两大功能组件。凸轮机构控制电机内的弹簧力矩曲线，使其与电磁力矩曲线共同作用，实现电机在单极性电脉冲 输入条件下的连续旋转步进运动，在一个脉冲周期内完成两次步进运动。讨论了满足该步进电机正常运转条件的弹簧力 矩曲线，给出了相应的凸轮轮廓曲线设计方法。 关键词：机电式单相步进电机；凸轮机构；弹簧力矩 单相步进电机是一类特殊的步进电机，控制简单方便，在 凸轮 弹簧 工业仪表及自动控制领域中有广泛的应用价值。由于单相步进 电机只有一相输入绕组，不能像多相步进电机一样，依靠绕组 蓉 的循环通电而获得电机内的旋转磁场。单相步进电机的主要困 《随 难在于如何具有启动能力，以及保证稳定的单方向转动。一般 都采用加入永磁磁极的方法来辅助启动，不用永磁材料的单相 步进电机，需要附加机械装置来保证电机的启动能力，称为机 彗耖 电式单相步进电机。 ．J ， A ^一A 传统的机电式单相步进电机利用棘轮机构和带斜度的凹 图1 机电式单相步进电机的结构 槽将可动铁芯的摆式运动的摆式运动转换为旋转运动。通电 转子与凸轮都固定在电机轴上，同轴转动；弹簧定位在定 时，可动铁：卷产生旋转运动，借助滚珠及带斜度的凹槽带动转 子组件上；为了便于保证定转子问的同心度，采用通孔式定子 子旋转一定的角度；断电时，可动铁芯、滚珠及有凹槽的圆盘 结构；定子与转子均为凸极对称结构，定转子齿数相等，定子 被一个复位弹簧拉回到原来的初始位置，为下一个电脉冲信号 凸极上有定子绕组，按Ⅳ—S--N-S分布绕制。 做好加电可启动的准备，与此同时，转子则因被弹子卡住而固 当电机加电时，一部分电磁力矩带动负载前进，另一部 定不动，在一个脉冲周期内完成一次步距运动。传统的机电式 分能量被弹簧储存起来；当运行到电磁能量的稳态(加电不 单相步进电机存在结构复杂，响应频率低，磨损及动态问题多， 能再启动)时，利用储存的弹簧能量，推动转子带动负载继 有轴向串动等缺点。 续，直到下一个加电可启动的初始位置，完成第二个步进运 为了满足工程需要，我们设计并制造了一种新型的机电式 动。这样单相步进电机不仅具有连续启动的能力而且输出的 单相步进电机，这种新型的机电式单相步进电机在单极性电脉