此前已經(jīng)以PM型步進電機為例介紹了步進電機的工作。本文將介紹當今應(yīng)用廣泛的混合式步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。

混合式步進電機的結(jié)構(gòu)

混合式步進電機是兼具VR型和PM型電機優(yōu)點的步進電機。VR(Variable Reluctance)型電機使用齒輪狀的鐵芯作為轉(zhuǎn)子。其優(yōu)點是可以通過機械加工減小步距角，缺點是轉(zhuǎn)矩稍低，難以同時實現(xiàn)小型化和大轉(zhuǎn)矩。而PM(Permanent Magnet)型電機則可以通過強力永磁體實現(xiàn)小型化的同時獲得轉(zhuǎn)矩，但是在減小步距角方面存在限制。

混合式電機使用VR型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)精細的步距角，并且可以通過與永磁體相結(jié)合來增加轉(zhuǎn)矩，這種電機已被用于眾多應(yīng)用。

轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)是在兩個鐵轉(zhuǎn)子之間夾著沿軸向著磁的圓柱形磁鐵。轉(zhuǎn)子的圓周上刻有齒。從軸向看，是將兩個轉(zhuǎn)子的齒錯開1/2節(jié)距進行安裝。定子具有多個帶有勵磁線圈的磁極，每個磁極也具有類似于轉(zhuǎn)子的齒。

在該圖中，定子繞組有四個，它們布置在轉(zhuǎn)子周圍，彼此對置的線圈作為一組連接，在該圖中，上側(cè)和下側(cè)的線圈為A相，左側(cè)和右側(cè)的線圈為B相。線圈的連接使兩個相對的磁極在通電后互為N極和S極。

圖中的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為15個。假設(shè)白色轉(zhuǎn)子是靠近自己這邊的轉(zhuǎn)子并已通過永磁體被磁化為N極，則藍色轉(zhuǎn)子位于背面并被磁化為S極。

混合式步進電機的工作原理

下面使用下圖來介紹混合式步進電機的工作原理。在初始狀態(tài)(參見上面的“初始狀態(tài)”圖)，通電后A相(上下)的上磁極變?yōu)镾極，下磁極變?yōu)镹極。白色的齒為N極，因此與A相的S極相吸;而藍色的齒為S極，因此與A相的N極相吸。從該狀態(tài)開始，使線圈的通電狀態(tài)按照①～⑤的順序變化。

下面對①～⑤的工作進行說明。

①B相(左右)通電，使右側(cè)為S極，左側(cè)為N極。位于前面的白色齒(N)與右磁極(S)相吸，位于背面的藍色齒(S)與左磁極(N)相吸。

②當通電使A相(上下)的上磁極為N、下磁極為S時，前面的白色齒(N)與下磁極(S)相吸，背面的藍色齒(S)與上磁極(N)相吸，轉(zhuǎn)子進一步沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。

③當使B相(左右)與①反向通電時，前面的白色齒(N)與左磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動，背面的藍色齒(S)與右磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動。

④當使A相(上下)與②反向通電時，前面的白色齒(N)與上磁極(S)相吸并轉(zhuǎn)動，背面的藍色齒(S)與下磁極(N)相吸并轉(zhuǎn)動。當通電使上磁極為S、下磁極為N時，轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動，并且轉(zhuǎn)子相對于初始狀態(tài)(參見上面的“初始狀態(tài)”圖)旋轉(zhuǎn)一個齒距。

⑤當通電使B相(左右)右磁極為S、左磁極為N(與①相同)時，轉(zhuǎn)子以相同的方式轉(zhuǎn)動，并且相對于①旋轉(zhuǎn)一個齒距。

綜上所述，轉(zhuǎn)子按照①～⑤中的四個步驟沿逆時針方向轉(zhuǎn)動一個齒距，通過重復(fù)這些步驟的動作來使電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。要沿相反的順時針方向旋轉(zhuǎn)時，請按⑤～①的順序控制通電。

圖片來源 Fig_1：http://www.minebea.co.jp/news/小型、高分辨率、高剛性混合式步進電機“25□(見方)1.8°”(外形尺寸25mm見方、步距角1.8度)的產(chǎn)品化

審核編輯：湯梓紅