五相混合式步進電機概述

混合式步進電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見的定子有8個極或4個極，極面上均勻分布一定數(shù)量的小齒;極上線圈能以兩個方向通電，形成A相和萬相，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。顯然，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?；旌鲜讲竭M電機的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1.圖3-2是四相混合式步進電機以圓周展開的剖面模型。圖3-2上圖是轉(zhuǎn)子S極所出的剖面圖，圖3-2下圖是N極剖面圖。圖3-2中，定子齒距和轉(zhuǎn)子齒距相同。先考慮磁極I和磁極IB下面的磁場。定子線圈通電后，磁極I產(chǎn)生N極，磁極m產(chǎn)生S極 。

因為N極這段的轉(zhuǎn)子齒和S極轉(zhuǎn)子齒相互錯開半個齒距，所以，僅靠定子電流磁場并不能向磁阻式電機那樣產(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，情況就不一樣了。因為磁極I下面的兩冷磁場相互增強，因此產(chǎn)生向左的驅(qū)動力;而磁極m下面的兩個分量相互抵消，向右的力大大削弱。再看圖3-2下圖，磁極m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，最終得到向左的合力。轉(zhuǎn)子在驅(qū)動力的作用下將轉(zhuǎn)過工齒距，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上的線圈通入電流，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-"'，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-…激磁，電機將沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

混合式步進電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊，是一類高度非線性的機電裝置。 1986年Hanselman采用磁場的“磁網(wǎng)絡(luò)單元法”來計算反應(yīng)式步進電機的磁場。1988年，G Heine提出了精確的混合式步進電機的等值磁網(wǎng)絡(luò)模型，首次在模型中考慮了定子極間漏磁通，每極邊緣轉(zhuǎn)矩對電機矩角特性及步距誤差的影響，分析了四相混合式步進電機諧波轉(zhuǎn)矩對電機矩角特性及步距誤差的影響，但是這種模型耗費的機時量仍然很大 。

為簡化數(shù)學(xué)分析， 沿用G.Heine提出的混合式步進電機等值磁網(wǎng)絡(luò)模型，以典型的二相八極混合式步進電動機，忽略鐵心飽和和高次諧波對電機磁系統(tǒng)的影響 (鐵心飽和和高次諧波往往是步進電機極限運行時的狀況，正常運行時，不會對定性分析的結(jié)論有原則性的影響)，建立了分析細分驅(qū)動的簡化基本數(shù)學(xué)模型?；旌鲜讲竭M電動機繞組電感參數(shù)的特點與普通電機有區(qū)別，具有軸向和徑向混合的磁系統(tǒng)，定轉(zhuǎn)子雙凸結(jié)構(gòu)。在二相混合式步進電機磁網(wǎng)絡(luò)模型簡化磁路圖中，定子八個極中在直徑上相對的兩個極的電磁狀態(tài)完全相同，可以合并。這樣電機的每一端只有4條支路。

步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自戴化設(shè)備中。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。當步進驅(qū)私器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進申機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(即步進角)。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。

工業(yè)控制中采用的定子磁極上帶有小齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多的結(jié)構(gòu)，其步距角可以做得很小。圖2混合式步進電機繞組接線圖中A,B兩相繞組沿徑向分相，沿著定子圓周有8個凸出的磁極，1,3,5,7磁極屬于A相繞組，2, 4, 6, 8磁極屬于B相繞組，定子侮個極面上有5個齒，極身上有控制繞組。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子中部，軸向充磁，兩段鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，使得轉(zhuǎn)子軸向分為兩個磁極。轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻分布50個齒，兩段鐵芯上的小齒相互錯開半個齒距，定轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同 。