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混合式步進電機的結構和工作原理

發布時間：2021-07-04 責任編輯：wenwei

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

此前已經以PM型步進電機為例介紹了步進電機的工作。本文將介紹當今應用廣泛的混合式步進電機的結構和工作原理。

混合式步進電機的結構

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

混合式電機使用VR型結構來實現精細的步距角，並且可以通過與永磁體相結合來增加轉矩，這種電機已被用於眾多應用。

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

混合式步進電機的結構和工作原理

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

圖中的轉子齒數為15個。假設白色轉子是靠近自己這邊的轉子並已通過永磁體被磁化為N極，則藍色轉子位於背麵並被磁化為S極。

混合式步進電機的工作原理

下麵使用下圖來介紹混合式步進電機的工作原理。在初始狀態（參見上麵的“初始狀態”圖），通電後A相（上下）的上磁極變為S極，下磁極變為N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。從該狀態開始，使線圈的通電狀態按照①～⑤的順序變化。

混合式步進電機的結構和工作原理

下麵對①～⑤的工作進行說明。

①B相（左右）通電，使右側為S極，左側為N極。位於前麵的白色齒（N）與右磁極（S）相吸，位於背麵的藍色齒（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，前麵的白色齒（N）與下磁極（S）相吸，背麵的藍色齒（S）與上磁極（N）相吸，轉子進一步沿逆時針方向轉動。

③當使B相（左右）與①反向通電時，前麵的白色齒（N）與左磁極（S）相吸並轉動，背麵的藍色齒（S）與右磁極（N）相吸並轉動。

④當使A相（上下）與②反向通電時，前麵的白色齒（N）與上磁極（S）相吸並轉動，背麵的藍色齒（S）與下磁極（N）相吸並轉動。當通電使上磁極為S、下磁極為N時，轉子以相同的方式轉動，並且轉子相對於初始狀態（參見上麵的“初始狀態”圖）旋轉一個齒距。

⑤當通電使B相（左右）右磁極為S、左磁極為N（與①相同）時，轉子以相同的方式轉動，並且相對於①旋轉一個齒距。

綜上所述，轉子按照①～⑤中的四個步驟沿逆時針方向轉動一個齒距，通過重複這些步驟的動作來使電機連續旋轉。要沿相反的順時針方向旋轉時，請按⑤～①的順序控製通電。

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）的產品化

關鍵要點:

・混合式步進電機是兼具VR型和PM型電機優點的步進電機。

・混合式步進電機使用VR型結構來實現精細的步距角，並且可以通過與永磁體相結合來增加轉矩。

・步進電機通過切換兩對線圈的通電狀態（4步），可以使轉子旋轉一個齒距。

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