【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)是當(dāng)今最具挑戰(zhàn)性電機(jī)之一，它們具有高精度的步進(jìn)，高分辨率和平滑的運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)一般需要定制，在特定應(yīng)用中才能實(shí)現(xiàn)最佳性能。通常自定義的設(shè)計(jì)屬性有定子的纏繞模式、軸配置、自定義外殼和專用軸承，這使得步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造極具挑戰(zhàn)性。
電機(jī)可以設(shè)計(jì)適合應(yīng)用，而不是強(qiáng)迫應(yīng)用適合電機(jī)，靈活的電機(jī)設(shè)計(jì)可以占用最小的空間。微型步進(jìn)電機(jī)很難設(shè)計(jì)和制造，常常無法與大型電機(jī)競爭，微型步進(jìn)電機(jī)提供一種獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法，隨著混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，微型電機(jī)開始應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是需要高精度的應(yīng)用，如微型泵、流體計(jì)量和控制、夾管閥和光學(xué)傳感器控制。微型步進(jìn)電機(jī)甚至可以融入電動(dòng)手動(dòng)工具，如電子移液管，其中混合步進(jìn)電機(jī)以前是不可能集成。
小型化是許多行業(yè)持續(xù)關(guān)注的問題，也是近年來的主要趨勢之一，用于生產(chǎn)、測試還是日常實(shí)驗(yàn)室使用，運(yùn)動(dòng)和定位系統(tǒng)都需要更小、更強(qiáng)大的電機(jī)。電機(jī)行業(yè)設(shè)計(jì)和制造小型步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)有很長一段時(shí)間了，足夠小的電機(jī)在許多應(yīng)用中仍然不存在。在電機(jī)足夠小的情況下，它們?nèi)狈?yīng)用所需的規(guī)格，例如提供市場上具有競爭力所需的足夠大扭矩或速度?？杀倪x擇是使用一個(gè)大框架步進(jìn)電機(jī)和收縮周圍的所有其他組件，往往通過特殊的支架和安裝額外的硬件。在這個(gè)小范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制極具挑戰(zhàn)性，迫使工程師們在設(shè)備的空間結(jié)構(gòu)上做出妥協(xié)。
標(biāo)準(zhǔn)無刷直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)和機(jī)械上都是自支撐的，轉(zhuǎn)子通過兩端的端蓋懸掛在定子內(nèi)部，任何需要連接的外設(shè)，通常都用螺栓固定在端蓋上，端蓋很容易地占到電機(jī)總長度的50%。無框架電機(jī)通過不需要額外的安裝支架、板或支架來減少浪費(fèi)和冗余，設(shè)計(jì)所需的所有結(jié)構(gòu)和機(jī)械支撐都可以直接集成到電機(jī)內(nèi)部。這樣做的好處是，定子和轉(zhuǎn)子可以無縫地集成到系統(tǒng)中，在不犧牲性能的情況下減小了尺寸。
步進(jìn)電機(jī)的小型化具有挑戰(zhàn)性，電機(jī)的性能與其尺寸直接相關(guān)，隨著機(jī)架尺寸的減小，轉(zhuǎn)子磁鐵和繞組的空間也隨之減小，這不僅會影響可用的最大扭矩輸出，還會影響電機(jī)的運(yùn)行速度。過去試圖制造一個(gè)NEMA6尺寸混合步進(jìn)電機(jī)，大多數(shù)都失敗了，因此表明NEMA6的框架尺寸太小，無法提供任何有用的性能。通過應(yīng)用在定制設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)和幾個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識，電機(jī)行業(yè)能夠成功地創(chuàng)造出一種在其他領(lǐng)域失敗的混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，NEMA 6型步進(jìn)電機(jī)不僅能在高速下提供大量可用的動(dòng)態(tài)扭矩，而且還提供高水平的精度。
典型的永磁電機(jī)每轉(zhuǎn)20步，即18度的步距角，與3.46度電機(jī)，它能夠提供5.7倍的分辨率，這種更高的分辨率直接轉(zhuǎn)化為更高的精度，提供了一個(gè)混合步進(jìn)電機(jī)。加上這種步進(jìn)角的變化，低慣量的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，電機(jī)能夠在接近8000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下獲得超過28克的動(dòng)態(tài)扭矩，提供與標(biāo)準(zhǔn)無刷直流電機(jī)相似的速度性能。將步進(jìn)角從典型的1.8度增加到3.46度，這使得它們獲得的保持扭矩幾乎是最接近的競爭設(shè)計(jì)的兩倍，在高達(dá)56克/英寸的情況下，保持扭矩幾乎是相同尺寸（最高14克/英寸）的傳統(tǒng)永磁步進(jìn)電機(jī)的四倍。
結(jié)論
微型步進(jìn)電機(jī)可用于各種工業(yè)，要求緊湊的結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持高精度水平，尤其是醫(yī)療行業(yè)，從急診室到病人的床邊，再到實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，微型步進(jìn)電機(jī)的成本效益更高。目前，人們對手持式移液管非常感興趣，微型步進(jìn)電機(jī)提供精確分配化學(xué)品所需的高分辨率，與市場上其他同類產(chǎn)品相比，這些電機(jī)提供了更高的扭矩和更高的質(zhì)量。對于實(shí)驗(yàn)室來說，微型步進(jìn)電機(jī)成為質(zhì)量的基準(zhǔn)。緊湊的尺寸使微型步進(jìn)電機(jī)成為完美的解決方案，無論是機(jī)械臂還是簡單的XYZ級，步進(jìn)電機(jī)都易于接口，可以提供開環(huán)或閉環(huán)功能。
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