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永磁步進電機的基本概念、結構組成及工作原理
永磁步進電機是一種兼容且高效的設備，具有多種應用。由于轉子由永磁體制成，不需要任何外部勵磁，這使其在玩具、小型電機等應用中非常有用。


在設計方面，每次旋轉的步距角可以輕松設計，這使得永磁步進電機在醫(yī)療儀器和航空結構等精密應用中非常有用。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


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


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


結構組成


永磁步進電機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，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通過串聯(lián)繞組被激勵，從而它們也形成一對磁極。轉子由永久磁鐵制成，目前有許多材料可用，如陶瓷，可以用作永久磁鐵。轉子磁體連接到外部軸，從而在旋轉時提供機械輸出。
工作原理


永磁步進電機的工作原理與普通電機相似，也是基于洛倫茲力定律。據(jù)此，只要將載流導體置于磁場中，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子磁通量。定子磁通量因外部激勵而產(chǎn)生，轉子磁通量因永磁體而產(chǎn)生。需要注意的是，電機的方向是由弗萊明左手定則決定的。


工作中的永磁步進電機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，轉子磁極被吸引到定子磁極。這使得轉子從模式1開始沿順時針方向旋轉。
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，轉子磁極被吸引到定子磁極。它使轉子從模式2開始沿順時針方向旋轉。
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，轉子磁極被吸引到定子磁極。這使得轉子從模式3沿順時針方向旋轉。

通過上述這種方式，轉子從模式1到模式4旋轉一整圈，從而持續(xù)的進行工作。

主要優(yōu)缺點


永磁步進電機的主要優(yōu)點包括：
結構緊湊，體積小，適用于許多應用。


由于沒有任何外部激勵，損耗較小。


由于沒有任何外部激勵，因此維護較少。


可外接電路，控制電機轉速。


傳感器可用于定位轉子繞組。


可在廣泛的速度和扭矩范圍內運行。


能夠做到精確控制。


永磁步進電機的主要缺點包括：


由于永磁體的限制，它不能用于大功率應用。


產(chǎn)生的扭矩有限。


永磁體的壽命有限。


主要應用


永磁步進電機的主要典型應用包括：


航空工業(yè)


機器人技術


兒童玩具


制造和控制業(yè)


工廠和印刷
總結


以上就是關于永磁步進電機的工作原理、結構和應用內容的相關介紹，可用看出，永磁步進電機就是利用線圈電流方向產(chǎn)生磁場與轉子磁場相互排斥，從而使電機正轉/反轉工作。需要注意的是，應該選擇合適材料來提高這些電機的性能以及正確控制機器的步距角。