步进电机简介:结构、类型和操作

在这个视频中,我们展示步进电机的工作原理和设计。

步进电机的工作原理与电动机械一样,它将电能转换成机械能并通过轴释放。借助高度逼真的三维动画,我们描述了步进电机的设计特点,例如电磁体彼此略微偏移的齿形转子。它可以使电机达到非常高的转矩、保持恒定的转速或非常准确地接近某个位置而无需额外的反馈。

 

 

 

 

 

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本动画解释了组成步进电机的组件。首先,我们看到的是转子的永久磁铁磁芯。与其连接的是用于安装轴和球轴承的软磁齿形电机硅钢板。

接下来显示的是定子,它也是由相互绝缘的软磁板组成。位于其中的是线圈体,它由塑料制成并用铜线缠绕。这些绕组连接到电机的连接电缆。

在最后的步骤中,组装转子和定子并将其固定到前轴承壳和后轴承壳上。波纹垫圈为转子提供轴向弹簧悬置,也用于补偿公差。

稍后将再次详细讨论各个组件。 

 

 

 

 

 

 

端盖

标准电机上使用的压铸铝端盖在步进电机中发挥重要的作用:一方面,它们可以使电机轴与电机外壳精确对齐,以实现精确平稳的运行特性。另一方面,它们可对齐转子与定子,使得两个部件之间的气隙仅为 0.05 mm。

 

 

转子

永久磁铁位于转子的磁芯中,形成定子中电磁铁的相反磁极。额外的齿形结构与转子和定子之间的小气隙相结合,使得电机可以实现高准确定位以及高转矩。齿形结构由软金属板构成,这些金属板冲孔后形成转子体。

 

 

塑料盖(线轴)

位于定子中的是具有 8 个极靴的塑料体,电磁铁的线圈缠绕其上。这里使用耐高温的高性能塑料,使电机达到绝缘等级 F(= 130 摄氏度)。

绕组

定子的漆包铜线具有不同的厚度以及不同的电阻和电感。根据电机是需要缓慢旋转还是快速旋转,使用的电线也不相同。

电缆连接

电机绞合线直接焊接到绕组的漆包铜线上,或者连接到集成在后轴承壳中的电路板上。电机绕组可以采用串联或并联连接。这样可以得到不同的电阻和电感,电机的反应特性也将相应地发生改变。并联电机非常适合动态运行。

 

 

 

球轴承

混合式步进电动机仅使用球轴承生产。它们是电机中的唯一运动元件,并决定着电机的使用寿命。如果设备具有合适的机械设计,而且不会连续高于最大允许轴向和径向力,其使用寿命可达到 20,000 小时以上。在恶劣环境条件下,必须使用具有特殊保护措施的球轴承。

磁体

安装在转子中的永久磁铁由特别耐用的稀土金属制成。它与软金属转子板结合在一起,形成一个磁性单元,并形成与定子中的电磁体相反的极性。

定子

与转子一样,步进电机的定子由彼此电分离的冲孔软金属板组成。它配备有八个极靴,这些极靴彼此相对,末端带有齿形结构。在向定子中的电磁铁供电时,转子和定子齿形结构的几何布置会引起旋转运动。

轴是步进电机的一部分,用于传递动能。它由不导电的不锈钢制造,具有非常高的精度。对于安装有编码器或刹车的电机,轴从后轴承座延伸并引出。也可以安装空心轴。

波纹垫圈

电机轴的弹簧借助波纹垫圈预紧。这样可以增加球轴承的预期寿命,并补偿与生产相关的公差。使用特殊的轴承壳,可以通过特定方式预紧电机轴,例如实现较小的轴向间隙。