本步進電機的三相定子繞組在軸向三重配置,三相y(三個線圈的末端接在一起,簡稱星形)或△(三個線圈首尾相接,簡稱三角形)接出三個出線端,為三相驅(qū)動pm型爪極步進電機。三相pm型爪極步進電機的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
轉(zhuǎn)子r的結(jié)構(gòu)完全與兩相步進電機相同。定子每相結(jié)構(gòu)基本上與兩相步進電機的相同。與兩相步進電機不同的是定子三個相的配置角度不同。上圖為三相pm型爪極步進電機的結(jié)構(gòu),立體剖面圖只表示定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子r與兩相pm型步進電機相同,其外表面為n、s 極,極對數(shù)為nr。如圖所示,轉(zhuǎn)子r的極對數(shù)的節(jié)距為τ。定子由a、b、c相組成,各線圈繞制成da、db、dc的環(huán)狀線圈,以ca、cb、cc在轉(zhuǎn)子軸方向縱向配置,線圈ca激磁形成a相的磁極a1和a2,cb激磁形成b相的磁極b1和b2,cc激磁形成c相的磁極c1和c2。此電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)節(jié)距為τ,a1與a2,b1與b2,c1與c2各相差τ/2,a1、b1、c1各相差τ/3,故相鄰相a2與b1,b2與c1之間相差τ/6。
此步進電機的運行原理如下圖所示:
此圖各定子相磁極的符號與上面的三相pm型爪極步進電機的結(jié)構(gòu)圖相同,兩圖對照來看。三個線圈ca、cb、cc為y連接,如用△(三角形)接法也能同樣運行。例如,如圖(a)所示,a相b相間加電壓,兩個線圈磁通方向相反如箭頭所示。該激磁驅(qū)動電路如下圖所示。
t1~t6為功率管,各相線圈接法如圖所示,t1~t6的b端為電源端,g端為接地端。
t1~t6導(dǎo)通順序如下表所示,o表示功率管導(dǎo)通,由此給y接法的3個端子中的兩個加正負電壓。由于三個線圈的尾端短接,必定使兩相繞組順次激磁,即三相繞組兩相激磁驅(qū)動。兩相pm型步進 電機以兩相激磁方式驅(qū)動(如上文之中的兩相pm型爪極步進電機的運行原理圖),此時兩相激磁,轉(zhuǎn)子r的磁極靜止在兩相定子磁極之間。
第一步:t1與t4導(dǎo)通,a相與b相激磁。如上面的三相pm步進電機運行原理圖(a)所示,a相與b相激磁,箭頭方向為兩繞組線圈產(chǎn)生的磁通方向,a相與b相磁極極性圖中也有標識。由此,轉(zhuǎn)子r被吸引到穩(wěn)定位置。
第二步:t1關(guān)斷,t5變成導(dǎo)通,t4與t5導(dǎo)通,b相和c相激磁,如上面的三相pm步進電機運行原理圖(b)所示,b相和c相的線圈磁通方向相反。此時,轉(zhuǎn)子r 從圖(a)位置向左移動τ/6的穩(wěn)定位置,τ/6為三相永磁步進電機的步距角,即步距角為轉(zhuǎn)子一對極極距的1/6。與兩相永磁步進電機的1/4相比,分辨率提高1.5倍。
第三步:t4關(guān)斷,t2變成導(dǎo)通,c相和a相的線圈導(dǎo)通,轉(zhuǎn)子移動到如上面的三相pm步進電機運行原理圖(c)所示的穩(wěn)定位置,轉(zhuǎn)子r又向左移動τ/6。依次切換功率管,使定子繞組依次導(dǎo)通,實現(xiàn)上面的三相pm步進電機運行原理圖(d)、(e)、(f)步驟的激磁,使轉(zhuǎn)子依次步進。六步一個循環(huán),轉(zhuǎn)子移動一對極的極距,如此反復(fù)循環(huán)。與pm型爪極步進電機的特點不同,三相pm型與兩相pm型的步進電機相同,轉(zhuǎn)子磁場從n極發(fā)出,相鄰s極返回,與定子線圈交鏈。
圖(三相pm型爪極步進電機的結(jié)構(gòu))中a、b、c(a1、b1、c1)相差τ/3即電氣角120。,各相偏差τ/6,圖(三相pm步進電機的運行原理)的接線方式還不能達到連續(xù)步進的動作,要將b相線圈與其他的a相和c相反接才行,即繞制方向相同的三個線圈,將其中一個反接,并裝配成一體。
下圖為相同尺寸和同一轉(zhuǎn)子的兩相pm型與三相pm型步進電機的速度—轉(zhuǎn)矩特性。
其速度—振動特性如下圖所示。
轉(zhuǎn)矩特性方面,三相pm型步進電機在高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩較高;振動特性中三相pm型在步進電機低速下比較小;相應(yīng)的噪音特性與兩相pm型電機相比有更大改善??傊?,三相pm型步進電機雖然結(jié)構(gòu)比兩相pm型步進電機復(fù)雜,但性價比更好。
下表為試驗電機參數(shù),即相同尺寸的兩相hb型與三相pm型步進電機的參數(shù)。
下圖為兩種電機的速度—轉(zhuǎn)矩特性及其速度-噪音特性:
速度—轉(zhuǎn)矩特性兩者相差不多,三相pm型電機的噪音特性約低10db。在分辨率和壽命及其成本都能滿足要求時,三相pm型電機較兩相hb型電機振動噪音更低。