二相混合式直线步进电机的三维场分析 

    摘要：二相混合式直线步进电动机作为一种理想的高科技直线驱动器，在高分辨率直
接驱动的直线伺服系统中得到了广泛应用。本文以日本神钢电机株式会社生产的 SLPMU-
025A 为研究样机，利用 Ansoft 公司的 Maxwell 3D 软件建立了 SLPMU-025A 的三维模型，
通过有限元方法计算了电机的静态磁场，重点分析了电机齿层区域的磁场，使计算精度

——

 

大为提高。并得到了电机的静推力

位移特性。

    1. SLPMU-025A

 

的简介

    SLPMU 系列直线步进电动机是日本神钢电机株式会社开发生产的二相直线步进电动机。
SLPMU-025A

 

是作为微型计算机末端的薄型打印机的早期产品而开发设计的。

    SLPMU-025A 的结构是由动子和定子两部分组成的。按一定方式通电时，动子在定子
的上方作步进的直线运动。背铁、永久磁铁、铁心和绕组组合成为电机的动子，动子的铁心
是由硅钢片叠制而成的。由线圈围绕的铁心柱构成电机的磁极，磁极分前后两排布置。每

 

个磁极上均匀排列着三个齿。

    电机的定子是由矽铁片刻成两排栅网状贴于软铁上加工而成的。磁极上的齿宽和槽宽
与定子上的齿宽和槽宽相等，齿距相等。
 
    单相 4 拍运行时，也就是按顺序通电时，电机的动子就以 τ/4 的步距向右行进。定子的
前后两排齿相差 τ/2（τ 为一个齿距），这样可使电机的动子运行更加平稳。定子后排齿沿
y

 

轴方向对应的磁极依次为。

    2. SLPMU-025A

 

的三维磁场分析

    2.1. 

 

建立三维仿真模型

    利用 Maxwell 3D 对 SLPMU-025A 进行三维磁场分析，首先要建立它的三维仿真模型。

    因为要做的是静态特性分析，动子在定子上移动的范围有限，所以定子只取了相应的
一小段，这样可以大大减少剖分计算量，缩短计算时间。建立了三维模型之后，对各材料
定义属性，然后定义边界条件和源电流，最后求力。先求 SLPMU-025A 在固定的某一点
动子所受的电磁力，然后再通过后处理可以看到对应的剖分图和磁场分析情况。这里首先
以 A 极下动子齿和定子齿对齐时的这一点为例，做它的电磁力计算及磁场分析。得到的结
果是动子 y 方向所受的电磁力大小为 19.121[N]

 

，三棱柱剖分单元达到 165061 

 

个。

    2.2. 

 

背铁中的磁场分布

    与动子对应的背铁部分的磁场分布的计算结果，沿 x 轴，磁场分布是不均匀的，而在

 

二维磁场分析时则认为是相同的。

    

 

背铁的最大磁密为 1.7949[T]，不存在过饱和现象。对于二相混合式直线步进电动机的