步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置,在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。可是在人類社會(huì)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的今天,傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的功能已不能滿足工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些要求,發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),其中較有自己特點(diǎn),且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。自從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中取代小型直流電動(dòng)機(jī)以后,使其設(shè)備的性能提高,很快地促進(jìn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展。另一方面,微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展,又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域,如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。
任何一種產(chǎn)品成熟的過程,基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡(jiǎn)化的過程。現(xiàn)在,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。爪極電機(jī)價(jià)格便宜,性能指標(biāo)不高,混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動(dòng)機(jī),由于混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有控制功率小,運(yùn)行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導(dǎo)地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動(dòng)機(jī),步距角1.8°/0.9°(全步/半步); 還有五相10極50齒和一些轉(zhuǎn)子100齒的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī),五相電動(dòng)機(jī)主要用于運(yùn)行性能較高的場(chǎng)合。到目前,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已極少見。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的生產(chǎn)國(guó)是日本,如日本伺服公司、東方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等,特別是日本東方公司,無論是電動(dòng)機(jī)性能和外觀質(zhì)量,還是生產(chǎn)手段,都堪稱是世界上最好的。現(xiàn)在日本步進(jìn)電動(dòng)機(jī)年產(chǎn)量(含國(guó)外獨(dú)資公司)近2億臺(tái)。
另外的結(jié)論是HB型電動(dòng)機(jī)更適合于低速大轉(zhuǎn)矩用途;RM型適用于平穩(wěn)運(yùn)行以及轉(zhuǎn)速大于1000r/min的用途;而PM型成本低,在低轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)和高轉(zhuǎn)速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩方面,三相PM型電動(dòng)機(jī)比兩相電動(dòng)機(jī)的性能要好。
因此,當(dāng)前最有發(fā)展前景的當(dāng)屬混合式步進(jìn)電機(jī),而混合式電動(dòng)機(jī)又向以下四個(gè)方向發(fā)展:
發(fā)展趨勢(shì)之一,是繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化,要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小,在57、42機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用了多年后,現(xiàn)在其機(jī)座號(hào)向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近還研制出外徑僅10mm的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
發(fā)展趨勢(shì)之二,是改圓形電動(dòng)機(jī)為方形電動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)采用方型結(jié)構(gòu),使得轉(zhuǎn)子有可能設(shè)計(jì)得比圓形大,因而其力矩體積比將大為提高。同樣機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī),方形的力矩比圓形的將提高30%~40%。
發(fā)展趨勢(shì)之三,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器,減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起,這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),因而具有更加優(yōu)越的控制性能。
發(fā)展趨勢(shì)之四,向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī),其振動(dòng)和噪聲較大,而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言,五相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)精密且復(fù)雜,因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更低一些。