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永磁步進(jìn)電機(jī)的基本概念、結(jié)構(gòu)組成及工作原理
永磁步進(jìn)電機(jī)是一種兼容且高效的設(shè)備，具有多種應(yīng)用。由于轉(zhuǎn)子由永磁體制成，不需要任何外部勵磁，這使其在玩具、小型電機(jī)等應(yīng)用中非常有用。


在設(shè)計方面，每次旋轉(zhuǎn)的步距角可以輕松設(shè)計，這使得永磁步進(jìn)電機(jī)在醫(yī)療儀器和航空結(jié)構(gòu)等精密應(yīng)用中非常有用。另外，由于體積小，它具有很高的移動性和易于使用等優(yōu)勢特點。
基本概念


永磁步進(jìn)電機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，也就是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在步進(jìn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子和定子磁場都被激發(fā)，因此轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的相互作用產(chǎn)生扭矩。而在永磁步進(jìn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子線圈沒有勵磁，而是使用永磁體。


在傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)中，使用電磁鐵，需要外部激勵才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。但在永磁步進(jìn)電機(jī)當(dāng)中，使用了永磁體，這減少了轉(zhuǎn)子勵磁系統(tǒng)并使電機(jī)更適合運行。由于沒有轉(zhuǎn)子勵磁，損耗也減少了。


結(jié)構(gòu)組成


永磁步進(jìn)電機(jī)由兩個基本部分組成，固定部件也稱為定子。在定子中，定子磁極的放置方式是，當(dāng)如下圖所示用繞組激勵時，每個定子磁極形成一個磁極。如果是雙極電機(jī)，那么則相反的極由串聯(lián)的公共繞組激勵，這樣，南北極各有相反的磁極。




類似地，其它兩對磁極在一個周期內(nèi)通過串聯(lián)繞組被激勵，從而它們也形成一對磁極。轉(zhuǎn)子由永久磁鐵制成，目前有許多材料可用，如陶瓷，可以用作永久磁鐵。轉(zhuǎn)子磁體連接到外部軸，從而在旋轉(zhuǎn)時提供機(jī)械輸出。
工作原理


永磁步進(jìn)電機(jī)的工作原理與普通電機(jī)相似，也是基于洛倫茲力定律。據(jù)此，只要將載流導(dǎo)體置于磁場中，由于通量的相互作用，它就會受到力。


相互作用的磁通量是定子磁通量和轉(zhuǎn)子磁通量。定子磁通量因外部激勵而產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子磁通量因永磁體而產(chǎn)生。需要注意的是，電機(jī)的方向是由弗萊明左手定則決定的。


工作中的永磁步進(jìn)電機(jī)可以用以下幾種方式來解釋


模式1– 在這種模式下，定子磁極的A相與串聯(lián)繞組一起勵磁，形成兩對磁極。可以注意到，在這種模式下，B相根本沒有被激發(fā)。A相激發(fā)時，形成南北兩極。此時，轉(zhuǎn)子磁極被吸引到定子磁極。
模式2– 在這種模式下，定子磁極的B相與串聯(lián)繞組一起被勵磁，形成兩對磁極。可以注意到，在這種模式下，A相根本沒有被激發(fā)。B相激發(fā)時，形成南北兩極。此時，轉(zhuǎn)子磁極被吸引到定子磁極。這使得轉(zhuǎn)子從模式1開始沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。
模式3– 再次在此模式下，定子磁極的A相與串聯(lián)繞組一起勵磁，形成兩對磁極。可以注意到，在這種模式下，B相根本沒有被激發(fā)。A相激發(fā)時，形成南北兩極。此時，轉(zhuǎn)子磁極被吸引到定子磁極。它使轉(zhuǎn)子從模式2開始沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。
模式4– 再次在此模式下，定子磁極的B相與串聯(lián)繞組一起勵磁，形成兩對磁極。可以注意到，在這種模式下，A相根本沒有被激發(fā)。B相激發(fā)時，形成南北兩極。此時，轉(zhuǎn)子磁極被吸引到定子磁極。這使得轉(zhuǎn)子從模式3沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。

通過上述這種方式，轉(zhuǎn)子從模式1到模式4旋轉(zhuǎn)一整圈，從而持續(xù)的進(jìn)行工作。

主要優(yōu)缺點


永磁步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點包括：
結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，適用于許多應(yīng)用。


由于沒有任何外部激勵，損耗較小。


由于沒有任何外部激勵，因此維護(hù)較少。


可外接電路，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。


傳感器可用于定位轉(zhuǎn)子繞組。


可在廣泛的速度和扭矩范圍內(nèi)運行。


能夠做到精確控制。


永磁步進(jìn)電機(jī)的主要缺點包括：


由于永磁體的限制，它不能用于大功率應(yīng)用。


產(chǎn)生的扭矩有限。


永磁體的壽命有限。


主要應(yīng)用


永磁步進(jìn)電機(jī)的主要典型應(yīng)用包括：


航空工業(yè)


機(jī)器人技術(shù)


兒童玩具


制造和控制業(yè)


工廠和印刷
總結(jié)


以上就是關(guān)于永磁步進(jìn)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用內(nèi)容的相關(guān)介紹，可用看出，永磁步進(jìn)電機(jī)就是利用線圈電流方向產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互排斥，從而使電機(jī)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)工作。需要注意的是，應(yīng)該選擇合適材料來提高這些電機(jī)的性能以及正確控制機(jī)器的步距角。