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淺談直線步進(jìn)電機(jī)的工作原理

文章來源：東莞希思克傳動科技有限公司    發(fā)布日期：2021-12-24    瀏覽：682次

為簡化設(shè)計，在電機(jī)內(nèi)部實現(xiàn)線性變換是有意義的。該方法極大地簡化了設(shè)計，使得在許多應(yīng)用領(lǐng)域中能夠在不安裝外部機(jī)械聯(lián)動裝置的情況下直接使用直線電機(jī)進(jìn)行精密的線性移動。最初的直線電機(jī)采用了一個滾珠螺母和絲桿的結(jié)合體。滾珠絲桿提供了90%以上的效率，而根據(jù)螺紋條件，梯形螺紋提供的效率僅有20%～70%。盡管滾珠絲桿對轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為線性運(yùn)動是一個高效的方法，但是滾珠螺母很難校準(zhǔn)，而且體積龐大，費(fèi)用昂貴。因此，在大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，滾珠絲桿并非是一個實際的解決方法。大多數(shù)設(shè)備設(shè)計人員對以直線電機(jī)為基礎(chǔ)的混合式步進(jìn)電機(jī)是熟悉的。該產(chǎn)品有多年的歷史了，與其它設(shè)備一樣它有其自己的長處和局限性。設(shè)計簡便、緊湊、無電刷（因此無火花）、驚人的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)、設(shè)計的實用性以及可靠性是它與生俱來的優(yōu)點(diǎn)，然而在某些情況下，此直線電機(jī)不能用于某些設(shè)備，因為在沒有日常維護(hù)的條件下它是不能保證耐久的。

步進(jìn)電機(jī)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運(yùn)動可用幾種機(jī)械方法完成，包括齒條和齒輪傳動及皮帶和皮帶輪傳動以及其他機(jī)械聯(lián)接機(jī)構(gòu)。所有這些設(shè)計都需要各種機(jī)械零件。完成這個轉(zhuǎn)變的最有效方法是在電機(jī)自身內(nèi)進(jìn)行?；镜牟竭M(jìn)電機(jī)是由有磁性的轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈動的定子電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。直線電機(jī)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運(yùn)動，完成這個轉(zhuǎn)變的精密性取決于轉(zhuǎn)子的步進(jìn)角度和所選方法。線性步進(jìn)電機(jī)，或者稱為直線步進(jìn)電機(jī)，首先出現(xiàn)在1968年的第3,402,308號專利上，是頒發(fā)給WilliamHenschke的。從此以后，直線步進(jìn)電機(jī)在許多要求極高的領(lǐng)域有了用武之地。包括制造應(yīng)用、精密調(diào)準(zhǔn)和精密流體測量在內(nèi)的諸多高要求領(lǐng)域。

使用螺紋的直線電機(jī)精密度，取決于它的螺距。在直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子中心安裝一個螺母，相應(yīng)地一個螺桿與此螺母嚙合，為使螺桿軸向移動，必須用某種方法來防止螺桿與轉(zhuǎn)子組件一同轉(zhuǎn)動。由于螺桿轉(zhuǎn)動受到制約，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，螺桿實現(xiàn)了線性運(yùn)動。無論是在電機(jī)內(nèi)部用固定螺紋軸組件還是在外部的螺紋軸上使用不能旋轉(zhuǎn)但軸向可自由移動的螺母，都是實現(xiàn)轉(zhuǎn)動約束的典型方法。

然而，有幾種方法克服了這樣的障礙，使直線電機(jī)具有高的耐久性且不用維護(hù)，由于步進(jìn)電機(jī)的無電刷設(shè)計，產(chǎn)生磨損的唯一部件是轉(zhuǎn)子軸承以及由導(dǎo)向螺桿/螺母組成的螺紋接合。滾珠軸承幾年來的改進(jìn)已經(jīng)提供了適合直線運(yùn)動的長壽命類型。最近導(dǎo)向螺桿和螺母組合的壽命和耐用性都有了改進(jìn)。提高耐久性首先必須看一下電機(jī)的基本設(shè)計。一個較好研究實例是Size17電機(jī)，混合式步進(jìn)電機(jī)家族中尺寸較小的。習(xí)慣上，直線電機(jī)使用由一軸承級金屬材料（如青銅）加工成的一個空心軸，該空心軸具有內(nèi)螺紋然后與螺紋導(dǎo)桿連接。該空心軸沿轉(zhuǎn)子軸線安裝。導(dǎo)桿材料通常為不銹鋼，它具有某種防腐蝕性能。大多數(shù)零件所用螺紋的型式是加工螺紋（如#10-32），此螺紋有單頭或多頭，這取決于電機(jī)所需的分辨率和速度。

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