【導讀】步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)獨(du)特(te)的(de)開(kai)環(huan)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)，這(zhe)使(shi)它(ta)在(zai)智(zhi)能(neng)時(shi)代(dai)廣(guang)受(shou)歡(huan)迎(ying)。為(wei)確(que)保(bao)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)在(zai)旋(xuan)轉(zhuan)時(shi)輸(shu)出(chu)扭(niu)矩(ju)的(de)平(ping)滑(hua)
，需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)每(mei)個(ge)器(qi)件(jian)獨(du)特(te)的(de)需(xu)求(qiu)。而(er)電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)則(ze)與(yu)其(qi)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)和(he)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)。 

本文將介紹雙極性步進電機及其結構和控製模式。

雙極性步進電機的基本組件

步進電機屬於直無刷(BLDC) 電dian機ji，它ta按an照zhao等deng長chang的de步bu進jin值zhi逐zhu步bu轉zhuan動dong。而er雙shuang極ji性xing步bu進jin電dian機ji則ze是shi每mei相xiang都dou擁yong有you一yi個ge繞rao組zu的de步bu進jin電dian機ji，具ju體ti而er言yan，為wei兩liang相xiang四si線xian步bu進jin電dian機ji。它ta由you定ding子zi和he轉zhuan子zi兩liang個ge主zhu要yao部bu件jian組zu成cheng（見圖 1）。 

圖1: 雙極性步進電機的結構示意圖

定子

定子是電機的靜止部分。繞組繞在8個定子上，每個定子的磁芯上都有5個齒（見圖1）。

A 相的繞組從定子 1 開始
，然後依次繞到定子 3、定子 5 和定子 7（見圖 2）。 注意，定子1和定子5的繞組方向相同，而定子3和定子7的繞組方向相同。這兩組繞組（定子 1 和定子 5
，以及定子 3 和定子 7）的繞線方向相反。B相的繞組原理與之相同
，其中定子4和定子8為一組，定子2和定子6為一組。 

圖2: 雙極性步進電機的繞組原理圖

轉子

通常轉子上貼有軸向充磁的永磁體。 圖 3 所示為轉子的結構。 

圖3: 轉子結構

圖4展示了轉子的側視截麵圖。 

圖4：轉子側視截麵圖

永磁體的磁力線在電機主體中形成閉合。由於磁力線和磁阻效應，步進電機即使在不通電的情況下也有一定的鎖定力矩（見圖4）。

根據齒數和相位結構，轉子共有50個齒與定子齒輪相對，步進角度為1.8度（見圖5）。步進角度定義為當電氣周期完成90度時，步進電機轉子向前移動的機械角度。 

圖5: 1.8°步進角度

步進模式

將雙極性步進電機的結構簡化可以更好地理解其控製方法（見圖6）。 

圖 6：雙極性步進電機的簡化示意圖

步進電機的定子和轉子可以被看作隻有一個齒，這使步進電機的驅動方式不同於其他電機。這種方法稱為雙全橋驅動
，其中 A 相繞組連接到第一個全橋驅動器，而 B 相繞組連接到第二個全橋驅動器（見圖 7）。

圖 7：雙全橋驅動器電路圖

雙極性步進電機具有三種控製模式：單相步進、整步步進和半步步進（見表 1）。

表1: 步進電機的控製模式

單相步進

當電機按單相步進方式依次驅動A相和B相時，定子磁場發生變化
，轉子因極性吸引而轉動。表1中詳細描述了 A 相和 B 相 (AB) 的通電順序和轉子的旋轉位置。

單相步進過程具體包括三個步驟，如下所述：

1. A相被驅動時，驅動電流從Q1流向Q4。在此期間，定子 A 的上端在 N，下端在 S，轉子轉到位置 8（見圖 6）。

2. 接下來，B相被驅動
，驅動電流從Q5流向Q8。定子 B 的一端在 S，另一端在 N

，轉子轉到位置 2（見圖 6）。

3. 在接下來的兩個狀態中
，轉子在循環啟動順序後開始旋轉。

圖 8 顯示了單相步進期間 AB 相的電流波形。

圖 8：AB 相的單相步進電流波形

整步步進

與單相步進不同，A 相和 B 相繞組在整步模式下將被同時驅動。另外還有四種對應的通電模式和轉子電氣位置；其位置空間在電氣空間上不同於單相步進。 轉子可以根據器件的啟動順序旋轉。圖 9 顯示了 AB 相的整步電流波形。 

圖 9：整步（AB 相電流波形）

半步步進

在半步模式下，單相和整步步進共同工作
，可以提供更多的電氣角度位置、更詳細的電流波形和更平滑的旋轉。

圖 10 顯示了單相到兩相操作的非循環半步模式。 這種模式在整步和半步之間交替生成 8 步序列。 

圖 10：非循環半步模式

結語

本文回顧了雙極性步進電機的基本組件（定子和轉子）
，及其三種主要的控製模式：單相步進
、整步步進和半步步進。在下一篇文章中

，我們將討論雙全橋驅動的微步進模式。

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