混合式直线步进电机技术详解
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2022年直线电机的工作原理结构特点深度总结直线步进电机的内部机械结构可以看作是将一台旋转式电机沿径向面进行剖开,并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中其内部的定子就相当于其直线电机当中的初级,其内部的转子相当于直线电机当中的次级,当向直线电机初级进行通入电流后,即就会在初次级之间的气隙当中产生行波的磁场,直线电机在行波磁场与次级的永磁体的相互作用下即就产生了驱动力,从而实现了连接直线电机的运动部件进行直线运动的目的。
直线步进电机的工作原理我们设想把一台旋转式运动的感应式电机按其半径的方向进行剖开,并且展平,这就形成了一台直线感应图步进电机。
初级做得很长,延伸到我们运动所需要达到的目标位置,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动.通入交流电后在定子中产生的磁通,根据楞次定律,在动体的金属板上感应出涡流。
设引起涡流的感应电压为E,金属板上有电感L和电阻R,涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。
直线电机的特点高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件,使整个闭环控制系统动态(范本)响应性能极大提高,反应异常灵敏快捷。
位精度高线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。
通过直线位置检测反馈控制,即可极大提高机床的定位精度。
传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象,同时提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机,就可以无限延长其行程长度。
动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将极大降低。
效率高由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗。
直线电机主要应用于三个方面:应用于自动控制系统,这类应用场合比较多;作为长期连续运行的驱动电机;应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;控制方式灵活,有“脉冲+方向控制”,也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式;有过热保护功能,因此使用起来十分的方便。
1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
HB型混合式步进电机的结构和工作原理详解混合式步进电机分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)。
反应式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或1.5度;永磁式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
混合式(即HB型)步进电机有两相、三相、五相式,转子因与相数无关,而采用相同转子,本文以两相HB型混合式步进电机为例加以说明。
HB型的名称由其转子结构得来,其转子是PM型永磁步进电机与VR型变磁阻反应式步进电机转子的复合体,故而也称此类电机为为混合式步进电机。
本文主要介绍HB型混合式步进电机的结构和工作原理,具体的跟随小编来了解一下。
HB型混合式步进电机的结构HB型混合式步进电机结构为两个导磁圆盘中间夹着一个永磁圆柱体轴向串在一起,两个导磁圆盘的外圆齿节距相同,与前述的VR型可变磁阻反应式步进电机转子结构相同,其两个圆盘的齿错开1/2齿距安装,转子圆柱永磁体轴向充磁一端为N极,另一端为S极。
此种电机转子与前面叙述的PM型永磁步进电机转子从结构来看,PM型转子N极与S极分布于转子外表面,要提高分辨率,就要提高极对数,通常20mm的直径,转子可配置24极,如再增加极数,会增大漏磁通,降低电磁转矩;而HB型转子N极与S极分布在两个不同的软磁圆盘上,因此可以增加转子极数,从而提高分辨率,20mm的直径可配置100个极,并且磁极磁化为轴向,N极与S极在装配后两极磁化,所以充磁简单。
与转子齿对应的定子极,主极内径有与转子齿节距相同的小齿,与转子齿的磁通在气隙处相互作用,能产生电磁转矩。
此种转子的步进电机在近期被广泛应用。
此种结构源自于1992年美国GE通用电气公司的Karl Feiertag,取得美国专利的发电机。
与现在的两相HB型步进电机结构相同,当初是作为低速同步电机使用,其后,美国的Superior Electric公司和Sigma Instruments 公司开发出步距角为1.8,转子齿数为50的两。
混合式步进电机(BYG系列)步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行元件,可在宽广的范围内调速。
在负载能力范围内,其输出转角定位精度无积累误差,特别适合于开环数控系统。
混合式步进电机是一种兼有反应式和永磁式两种步进电机优点的新型电机,国外主流品种,国内也已大面积取代反应式步进电机成为市场热点。
五相及三相混合式步进电机因其分辨率小,精度高,低频无振荡,高频力矩大,而成为混合式步进电机中的佼佼者。
一、特点本公司自行研制的BYG系列混合式步进电机,结合国内外先进技术而设计,采用优质材料和精良工艺制造,实行严格的质量管理,在国内处于领先水平,可与国外同类电机媲美。
其显著特点是:1、采用优质冷轧高矽片,无机壳铆压,大大改善了磁性能;电机体积小,驱动电流和功耗小,力矩大,运行频率高,动态特性好,温升低。
本公司产品的静态及动态力矩较国内同类产品高出一档次。
2、有良好的内部阻尼特性,运行平稳,无明显低频振荡区。
3、造型美观,结构牢固,噪音低,可靠性高,使用寿命长。
4、品种齐全,系列完整,可满足各种使用场合。
正广泛应用于各类机床,切割机,轻工、印刷、包装、纺织、环保、医疗机械,航空航海设备,汽车,机器人,舞台灯光控制、广告设备,电脑绣花机等自动控制领域。
二、型号含义110 BYG 5 5 0 1 WB特殊型或派生号,以字母表示,无此项时为基本型(Z为增强型,WB为五边型,D为双轴伸,其它为派生型)规格号:1号转子齿数:50齿相数:5相混合式步进电机(FHB为方形混合式步进电机)机座号:外径φ110mm三、产品系列及性能参数1.方形电机系列2.圆形电机系列注:1、打 * 者为正在开发的新产品,可供期货;型号后有“Z”者为增强型。
2、二相电机为四引出线,四相电机为八引出线,除出线方式不同外,其余参数性能完全一样,配本公司驱动电源时用二相电机。
四相电机可改接成二相电机,有串联、并联及单极性三种接法,按并联接法时,相电流应加倍,四相电机用并联接法时,高速性能要优于其它接法。
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
2.细分原理步进电机的细分控制从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的控制,使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化,从而实现步进电机步距角的细分。
最佳的细分方式是恒转矩等步距角的细分。
一般情况下,合成磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小决定了步距角的大小。
在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场,各相绕组的合成磁场矢量,即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅值恒定的旋转运动,这就需要在各相绕相中通以正弦电流。
三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步伺服电机。
其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料,所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。
在结构上,它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。
由于输入是三相正弦电流,因此产生的空间磁场呈圆形分布,而且可以用永磁式同步电机的结构模型(图1)分析三相混合式步进电机的转矩特性。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;控制方式灵活,有“脉冲+方向控制”,也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式;有过热保护功能,因此使用起来十分的方便。
1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
2021年直线电机的工作原理结构特点深度总结直线步进电机的内部机械结构可以看作是将一台旋转式电机沿径向面进行剖开,并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中其内部的定子就相当于其直线电机当中的初级,其内部的转子相当于直线电机当中的次级,当向直线电机初级进行通入电流后,即就会在初次级之间的气隙当中产生行波的磁场,直线电机在行波磁场与次级的永磁体的相互作用下即就产生了驱动力,从而实现了连接直线电机的运动部件进行直线运动的目的。
直线步进电机的工作原理我们设想把一台旋转式运动的感应式电机按其半径的方向进行剖开,并且展平,这就形成了一台直线感应图步进电机。
初级做得很长,延伸到我们运动所需要达到的目标位置,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动.通入交流电后在定子中产生的磁通,根据楞次定律,在动体的金属板上感应出涡流。
设引起涡流的感应电压为E,金属板上有电感L和电阻R,涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。
直线电机的特点高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件,使整个闭环控制系统动态(范本)响应性能极大提高,反应异常灵敏快捷。
位精度高线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。
通过直线位置检测反馈控制,即可极大提高机床的定位精度。
传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象,同时提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机,就可以无限延长其行程长度。
动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将极大降低。
效率高由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗。
直线电机主要应用于三个方面:应用于自动控制系统,这类应用场合比较多;作为长期连续运行的驱动电机;应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;控制方式灵活,有“脉冲+方向控制”,也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式;有过热保护功能,因此使用起来十分的方便。
1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
混合式步进电机原理
混合式步进电机是一种常见的电动机类型,其工作原理基于磁场相互作用和电磁吸引力。
它由永磁体和电磁线圈组成,因此结合了永磁步进电机和变磁阻步进电机的特点。
混合式步进电机中的永磁体通常由多极磁铁组成,使得磁极的极性在环形磁回路上交替出现。
电磁线圈由绕组和软磁材料组成,可以产生磁场。
当电磁线圈通过电流时,线圈附近的软磁材料会被磁化,产生吸引力,从而使得电机转动。
混合式步进电机使用开环控制,通过控制电流的脉冲序列来实现转动。
当给定一个脉冲信号时,电流会在线圈中产生磁场,吸引永磁体。
然后,脉冲信号停止,电流断开,吸引力消失。
接着,给定下一个脉冲信号,磁场又重新产生,重复上述步骤实现转动。
通过改变脉冲信号的频率和顺序,可以控制电机转动的角度和速度。
具体而言,改变脉冲信号的频率可以改变转动的速度,而改变脉冲信号的顺序可以改变转动的角度。
总之,混合式步进电机通过电磁吸引力以及磁场相互作用来实现转动。
通过控制电流的脉冲序列,可以精确地控制电机的转动角度和速度。
这使得混合式步进电机在许多应用领域中得到广泛应用,例如打印机、数控机床等。
混合式直线步进电机技术详解
步进电机由旋转运动变为线性运动可用几种机械方法完成,包括齿条和齿轮传动及皮带轮传动以及其他机械联动机械。
所有这些设计都需要各种机械零件。
而完成这种转变的最有效方法是在电机自身内部实现。
说明
基本的步进电机是由有磁性的转子铁芯通过与由定子产生的脉动的定子电磁场相互作
用而产生转动。
直线电机把旋转运动变为线性运动,完成这个转变的精密性取决于转子的步进角度和所选方法。
线性步进电机,或者称为直线步进电机,首先出现在1968年的第3,402,308号专利上,是颁发给WillianHenschke的。
从此以后,直线步进电机被应用于包
括制造、精密调准和精密流体测量在内的诸多高要求领域。
使用螺纹的直线电机的精密度,取决于它的螺距。
在直线电机的转子中心安装一个螺母,相应地采用一根螺杆与此螺母啮合,为使螺杆轴向移动,必须用某种方法来防止螺杆与转子组件一同转动。
由于螺杆转动受到制约,当转子旋转时,螺杆实现了线性运动。
无论是在电机内部用固定螺纹轴组件还是在外部的螺纹轴上使用不能旋转但轴向可自由移动的螺母,都是实现转动约束的典型方法。
为简化设计,在电机内部实现线性变换是有意义的。
该方法极大的简化了设计,使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线电机进行精密的线
性移动。
最初的直线电机采用了一个滚珠螺母和丝杆的结合体。
滚珠丝杆提高达90%以上的效率,而根据螺纹条件,梯形螺纹提供的效率仅有20%-70%。
尽管对于转换旋转运动为线性运动而言滚珠丝杆是一种高效的方法,但是滚珠螺母对校准要求很高,而且体积较大,费用昂贵。
因此,在大多数应用领域中,滚珠丝杆并非是一个较实用的解决方法。
步进电机由旋转运动变为线性运动可用几种机械方法完成,包括齿条和齿轮传动及皮带轮传动以及其他机械联动机械。
所有这些设计都需要各种机械零件。
而完成这种转变的最有效方法是在电机自身内部实现。
说明
基本的步进电机是由有磁性的转子铁芯通过与由定子产生的脉动的定子电磁场相互作
用而产生转动。
直线电机把旋转运动变为线性运动,完成这个转变的精密性取决于转子的步进角度和所选方法。
线性步进电机,或者称为直线步进电机,首先出现在1968年的第3,402,308号专利上,是颁发给WillianHenschke的。
从此以后,直线步进电机被应用于包
括制造、精密调准和精密流体测量在内的诸多高要求领域。
使用螺纹的直线电机的精密度,取决于它的螺距。
在直线电机的转子中心安装一个螺母,相应地采用一根螺杆与此螺母啮合,为使螺杆轴向移动,必须用某种方法来防止螺杆与转子
组件一同转动。
由于螺杆转动受到制约,当转子旋转时,螺杆实现了线性运动。
无论是在电机内部用固定螺纹轴组件还是在外部的螺纹轴上使用不能旋转但轴向可自由移动的螺母,都是实现转动约束的典型方法。
为简化设计,在电机内部实现线性变换是有意义的。
该方法极大的简化了设计,使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线电机进行精密的线
性移动。
最初的直线电机采用了一个滚珠螺母和丝杆的结合体。
滚珠丝杆提高达90%以上的效率,而根据螺纹条件,梯形螺纹提供的效率仅有20%-70%。
尽管对于转换旋转运动为线性运动而言滚珠丝杆是一种高效的方法,但是滚珠螺母对校准要求很高,而且体积较大,费用昂贵。
因此,在大多数应用领域中,滚珠丝杆并非是一个较实用的解决方法。
大多数设备设计人员对以混合式步进电机为基础的直线电机十分熟悉。
该产品已有多年历史,与其它设备一样有其自身的长处和局限性。
设计简便、紧凑、无电刷(因此无火花)、惊人的机械优点、设计的实用性以及可靠性是它与生俱来的优点,然而在某些情况下,此直线电机不能用于某些设备,因为在没有日常维护的条件下它是不能保证其耐久性的。
不过,目前有几种方法可以克服这样的障碍,使直线电机具有更高的耐久性且不用维护,由于步进电机的无电刷设计,产生磨损的唯一部件是转子轴承以及由导螺杆/螺母组成的螺纹接合。
滚珠轴承近年来的改进已经提供了适应直线运动的长寿命产品。
最近导螺杆和螺母组合的寿命和耐用性也都有了改进。
提高耐久性
首先有必要了解电机的基本结构。
一个较好的研究实例Size 17电机,它属于混全式步进电机家庭中尺寸较小的。
习惯上,直线电机使用由一轴承级金属材料(如青铜)加工成的空心轴,该空心轴具有内螺纹然后与螺纹导杆连接。
空心轴沿转子轴线安装。
导杆材料通常为不锈钢,它具有相当的防腐蚀性能。
大多数零件所用的螺纹的型式是加工螺纹(如#10-32),此螺纹有单头或多头,这取决于电机所需的精度和速度。
加工螺纹一般选择“V”形螺纹,这是由于其易加工并可轧制成形。
尽管这对加工来说是较为适用,但对动力的传输而言却是不利。
相比之下Acme螺纹更为合适,主要理由如下:
Acme螺纹的设计更加高效。
而从使用角度来看,低损耗(包括磨擦),就意味着磨损
少和使用寿命长。
从螺纹的基本几何原理看就很容易理解其中的原因。
“V”形螺纹的相对面之间的角度为60度,而Acme螺纹的仅为29度。
假定磨擦、扭矩和螺纹角相同,“V”形螺纹能传送的力约为梯形螺纹的85%。
用式(1)和(2)可以求出效率,因为使用的螺纹是V形的,取决于负载方向。
60度螺纹的效率除以29度螺纹效率就能计算出比率。
这里的效率计算还未考虑由于“V”形螺纹表面的高压力而产生的额外的损耗。
Acme螺纹导杆一般是为传送动力而制作的,所以其表面光洁度、螺距精度及公差得到
严格保证。
“V”形螺纹基本上用于紧固螺纹,所以其表面光洁度和直线性并不受到严格控制。
与此同时,驱动螺杆的螺母甚至显得更重要,该螺母通常是嵌入电机转子中的。
传统的螺母材料采用轴承级的青铜并在其内部加工螺纹,这样做是综合考虑了物理稳定性和润滑性。
当然,说它是综合考虑是因为其在这两方面并非特别优秀。
直线电机中驱动螺母的较好材料是自润滑的热塑性材料。
这是因为用新的工程塑料能使螺杆螺母运动磨擦系数降低。
图3
是不同内螺纹转子材料的磨擦性能的比较。
图3 青铜与工程塑料的摩擦性能
结果很明显,但为何不用塑料的驱动螺母?对螺纹来说塑料是好的,可惜的是对于混合式电机中的转子轴颈来说工程塑料却不稳定。
由于电机的温度在运行时可能升至167°F,在这种情况下塑料的膨胀量可能达到0.004英寸,但黄铜在同样热条件下仅膨胀0.001英寸。
见图4
图4 热膨胀系数比较
轴承轴颈在混合式电机结构中是非常重要的,为了达到最佳性能,混合式电机在设计时必须保持千分之几英寸的转子铁芯外径和定子内径之间的空隙。
如果转子装配不同心则将与定子内壁磨擦。
设计人员希望通过选择合适的材料在螺纹寿命和轴承轴颈的稳定性上都取得较好的效果,而注塑有内螺纹的金属转子结构正好是理想的选择。
(图5)
图5 专利结构
该结构极大地提高了电机运行寿命和效率,并降低了运行噪音。
电机寿命比在其它电机中使用的常规青铜螺母结构高,且不需维护。
(图6)
图6 实验表明HLM混合式直线电机的超长寿命。