什么是混合式步進電機?混合式步進電機工作原理圖解

    與磁阻式一樣，混合式電機也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見的定子有8個極或4個極，極面上均布一定數(shù)量的小齒，極上線圈能以兩個方向通電，形成a相和a相，b相和b相。它的轉(zhuǎn)子也由圓周上均布一定數(shù)量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯開半個齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼。很明顯，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反。圖1是電機里兩種磁場通路的示意圖。

    圖1(a)是由轉(zhuǎn)子上的永久磁鋼磁場產(chǎn)生的磁通回路；圖1（b)是在電機x、y兩處剖開的剖面圖。每相繞組繞在8個定子磁極中的4個極上，如：繞組a繞在1、3、5、7磁極上，則繞組b繞在2、4、6、8磁極上；而且，每相相鄰的磁極以相反方向繞，即，如果繞組a以正向電流激勵，則3和7磁極的磁場徑向向外，而l和5磁極的磁場徑向向內(nèi)。b相與a相的情況類似。因此，整個電機的通電情況與磁場方向可用表1概括。其電機里的轉(zhuǎn)矩，由氣隙中的兩種磁場共同作用產(chǎn)生。

   圖1 混合式步進電機的剖面圖

    (a)平行軸的剖面 (b)垂直軸的剖面

    表1 電機的通電情況與磁場方向表

    圖2為四相混合式步進電機以圓周展開的剖面模型。上圖是轉(zhuǎn)子s極所處的剖面，下圖是n極所處剖面。圖中，定子齒距和轉(zhuǎn)子齒距相同。先考慮磁極ⅰ和磁極ⅲ下面的磁場。定子線圈通電后，磁極ⅰ產(chǎn)生n極，磁極ⅲ產(chǎn)生s極。它們構(gòu)成的磁場分布情況如實線所示。同一圖中的虛線表示永久磁鋼產(chǎn)生的磁通通路。因為n極這段的轉(zhuǎn)子齒和s極轉(zhuǎn)子齒相互錯開

     圖2四相混合式步進電機工作原理剖面圖

     半個齒距，所以，僅靠定子電流磁場并不能像磁阻式電機那樣產(chǎn)生有意義的轉(zhuǎn)矩。但是，把永久磁鋼產(chǎn)生的磁場疊加上去，情況完全變了。因為磁極ⅰ下面的兩個磁場相互增強，因此，將產(chǎn)生朝左的驅(qū)動力；而磁極ⅲ下而的兩個分量相互抵銷，向右的力大大削弱。同理下圖中，磁極ⅲ下面的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場方向相同，磁極ⅰ下面的磁場方向相反，所以，也產(chǎn)生同樣方向的力，最終得到向左的合力。轉(zhuǎn)子在驅(qū)動力的作用下，將轉(zhuǎn)過1／4齒距，驅(qū)動力降為零，達到平衡位置。

     如果切斷磁極ⅰ、ⅲ的激磁，同時向磁極ⅱ、ⅳ的線圈通入電流，分別產(chǎn)生s極和n極。轉(zhuǎn)子將向左再走一步。按照特定的時序激磁，如：a—b—a—b—a一…，電機就能沿逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變激磁時序，以a—b—a—b—a一…激磁，電機將沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

     典型的混合式步進電機是四相200步的電機，步距角為1.8°；當然，也有象3.6°、2°或5°步距角的混合式電機。混合式電機的一個完整激磁周期常由四個狀態(tài)組成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動四步。這時，步距角θb為：θb＝360／(mz ) (°)

可將混合式電機與磁阻式電機作一比較。系統(tǒng)設(shè)計者選用哪種電機全由應(yīng)用決定。說某種型式絕對好，這是不妥當?shù)摹＃╤ttp://www.edxr.cn/版權(quán)所有）通常，對給定的電機體積，混合式電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比磁阻式電機大；加上混合式電機的步距角常做得較小，因此，在工作空間受到限制而需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中，常常可選用混合式電機。混合式電機的繞組未受激磁時，永久磁鋼所產(chǎn)生的磁通能產(chǎn)生自定位轉(zhuǎn)矩。雖然這比一組或多組繞組激磁時的轉(zhuǎn)距小很多，但它確實是一種很有用的特性：供電切斷時，仍然能保持轉(zhuǎn)子的原來位置。磁阻式步進電機，因為它的轉(zhuǎn)子上沒有永久磁鋼，所以，轉(zhuǎn)子的機械慣量比混合式電機的轉(zhuǎn)子慣量低。因為轉(zhuǎn)子慣量常常是電機總慣量的主要部分，因此，轉(zhuǎn)子慣量小，可以更快加速。此外，當負載需要移動相當大距離時，如電機轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)，則使用大步距角的磁阻式電機可以減少步數(shù)。