Parametric study of a permanent-magnet stepper motor's stepping accuracy potential/Parametricna analiza natancnosti korakanja koracnega motorja s krempljastimi poli in trajnim magnetom

This paper deals with a large-scale parametric study of geometrical influences on the stepping accuracy of a small, claw-poled, permanentmagnet stepper motor. Even though the main focus is on the claw-poles, other parameters, such as the permanent-magnet height and the stack air gap, are varied in order to obtain a complete insight into the importance of the individual details. Compactly presented results can help engineers considerably lower the times needed to find the optimum design for the developed motor. Keywords: stepper motors, permanent-magnet motors, finite-element methods, magnetostatics, torque, movement simulation Pri koracnih motorjih s krempljastimi poli in trajnim magnetom, katerih glavna lastnost je natancno kotno pozicioniranje rotorja, v procesu razvoja hitro naletimo na tezave pri zagotavljanju natancne pozicije tako pri polno-koracnem rezimu, kot tudi pri mikro-koracnem rezimu krmiljenja. Ceprav napaka pozicije ni akumulativna, je taksno delovanje v vecini primerov nesprejemljivo in hkrati izkazuje slabso kvaliteto izdelka. V tem prispevku je obravnavan pristop modeliranja gibanja rotorja ter parametricna analiza vplivnosti obseznega stevila parametrov geometrije motorja za pridobitev sirokega zornega kota razumevanja obnasanja obravnavanega motorja. Modificiran pristop modeliranja gibanja rotorja, tako v rotacijski kot tudi aksialni smeri, je sestavljen iz treh temeljnih segmentov. Za izracun poteka sil in navorov na rotor motorja v odvisnosti od kota zasuka se uporabi celoten 3D MKE model motorja brez predpostavljenih simetrij. Pri tem se trajen magnet modelira s pristopom spremenjene geometrije, ki omogoca realno sinusno porazdelitev gostote magnetnega polja in direkten vnos magnetnih lastnosti uporabljenega magnetnega prahu. Preracunavanje obseznega modela za vse kombinacije tokov v tuljavah je casovno potratno, zato metoda v drugem segmentu omogoca enostavno rekonstrukcijo zeljenih navornih krivulj iz osnovnih primarnih stirih krivulj. V zadnjem segmentu s pomocjo novega sistema diferencialnih enacb za popis rotacijskega in aksialnega gibanja izracunamo korakanje motorja. Simulacija gibanja poteka loceno od MKE modela (uporablja le matriko motornih navorov in sil, pridobljenih v drugem segmentu metode) in je zato zelo hitra, kar omogoca prakticno neomejene moznosti simuliranja premikov rotorja. Aksialno gibanje rotorja ima zelo majhen vpliv na rotacijsko gibanje in je zato praviloma zanemarjeno. Pomembnejso vlogo aksialni premiki