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面存在限制。

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

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于轉子的齒。

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后互為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并已通過永磁體被磁化為N極，則藍色轉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(參見上面的“初始狀態”圖)，通電后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。

下面對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，前面的白色齒(N)與左磁極(S)相吸并轉動，背面的藍色齒(S)與右磁極(N)相吸并轉動。

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)相吸并轉動，背面的藍色齒(S)與下磁極(N)相吸并轉動。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，并且轉子相對于初始狀態(參見上面的“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，并且相對于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，通過重復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)的產品化

審核編輯：湯梓紅