磁力矩方向_磁力矩_磁力矩和磁矩(2)

当电动机转到弹簧处于凸轮最高点时，弹簧力矩方向开始改变，开始变为正值，帮助电磁力矩推动负载继续向前转动。

当电动机转到定转子齿极对正时，电磁力矩变为零。由于初始启动角的存在，为了保证步距角的精度，设计时需要利用弹簧力矩继续推动电动机转子运行，使其完成所需的步矩角。而此时电磁力矩方向开始变为负，所以要求弹簧力矩这时既要克服负载力矩又要克服电磁力矩，直到达到所需的步矩角位置时，通过设计使弹簧力矩与电磁力矩在此点平衡，等待下一个控制信号到来(脉冲的断电)，至此电动机完成一个步进运动。

当脉冲断电后，前一步矩角位置的机电平衡状态被打破，电动机依靠弹簧储存的能量带动负载转完又一个步矩角，并使电动机定位于下一个起始位置，等待下一个脉冲的到来。

弹簧拨杆机构有两个主要功能，一是使电动机静态时获得一个启动角，二是当电动机断电时，由弹簧驱动电机轴使电动机再走一步，并为第三步准备好加电可启动位置。

本实用新型的机电式单相步进电动机不是利用弹簧将转子拉回初始位置，而是利用弹簧继续推动转子前进又一个步矩角，直接使机电式单相步进电机的输出为连续的旋转运动，从而避免使用棘轮棘爪机构再转换。磁力矩也就是说，当电机加电运行时，用一部分能量来驱动负载，把另一部分能量储存在弹簧中，当脉冲断电时，不是将转子拉回到初始位置，而是利用弹簧储存的能量，继续推动电机转子带动负载前进又一个步矩角，并停在下一个可启动位置，这样电机不仅具有连续启动的能力而且输出的是一个单向的旋转运动，不需再转换。

电动机的步矩角可以根据设计需要来确定，其公式为

其中Z，为转子齿数，分母2的意义是指一个电脉冲对应两个步矩角，从另外一个意义讲，也可以说是两拍运行，一拍为电脉冲，一拍为弹簧力矩。

电动机通电以后，电动机中存在磁场能量与弹簧因变形而吸收的弹性势能，磁场能量可用如下的表达式表达Wm=∫01ψdi]]>式中Ψ为定转子间的磁链，i为绕组电流，Ψ即为绕组电流的函数，也是定转子间相对转角的函数。

凸轮弹簧机构具有的弹性势能为Wp=∫00Tpdθ]]>式中Tp为弹簧力矩曲线，它是转角θ的函数。

系统所具有的总能量为

W＝Wm+Wp按虚位移原理，系统对外输出的机械功等于系统的能量的增量TΔθ＝ΔW考虑上述各式，最后得到输出力矩为T=1∂θ[∫01ψdi+∫00Tpdθ]]]>上式中第一项为电磁力矩，第二项为弹簧力矩，二者的曲线必需寻求一个最佳配合，才能使电动机能够可靠启动并可靠运转，同时获得一个精确的步距精度。

经实验室验证，本实用新型的机电式单相步进电动机结构简单，效率高，体积小，输出力矩大、步距精度高，控制简单可靠，动态及磨损问题较少，不采用永磁材料，环境适应力强，在仅表控制、负载驱动以及数字控制系统等领域均有较好的应用前景。

实施例1如图1、图2所示，本实用新型的机电式单相步进电动机包括定子、转子和凸轮、弹簧拨杆机构，其中定子铁芯3与转子铁芯4都为凸极结构，定子、转子齿数相等，均为4。定子采用通孔式结构，包括定子铁芯3、前端盖1、后端盖6、机壳2及定子绕组5，定子铁芯3上绕有定子绕组5，磁极依N-S-N-S相间绕制。其中转子4由电机轴16、转子铁芯4组成，并在电机轴16上固定有一个凸轮9，凸轮9与弹簧拨杆机构的滚子端滑动连接，弹簧拨杆机构含有弹簧11、拨杆10、滚子12及滚子轴13，弹簧拨杆机构的另一端由尾部销钉7固定在定子3上，销钉7的尾部带有螺纹盖，便于弹簧拆卸。凸轮9上有键槽17和固定螺孔18。