HB型混合式步进电机的结构和工作原理详解_机械/仪表_工程科技_专业资料。HB 型混合式步进电机的结构和工作原理详解 混合式步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。 反应式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 1.5 度；永

　　HB 型混合式步进电机的结构和工作原理详解 混合式步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。 反应式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 1.5 度；永磁式步进一 般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发 达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。 混合式（即 HB 型）步进电机有两相、三相、五相式，转子因与相数无关，而采用相同转 子，本文以两相 HB 型混合式步进电机为例加以说明。HB 型的名称由其转子结构得来， 其转子是 PM 型永磁步进电机与 VR 型变磁阻反应式步进电机转子的复合体，故而也称此 类电机为为混合式步进电机。 本文主要介绍 HB 型混合式步进电机的结构和工作原理，具体的跟随小编来了解一下。 HB 型混合式步进电机的结构 HB 型混合式步进电机结构为两个导磁圆盘中间夹着一个永 磁圆柱体轴向串在一起，两个导磁圆盘的外圆齿节距相同，与前述的 VR 型可变磁阻反应 式步进电机转子结构相同，其两个圆盘的齿错开 1/2 齿距安装，转子圆柱永磁体轴向充磁 一端为 N 极，另一端为 S 极。 此种电机转子与前面叙述的 PM 型永磁步进电机转子从结构来看，PM 型转子 N 极与 S 极 分布于转子外表面，要提高分辨率，就要提高极对数，通常 20mm 的直径，转子可配置 24 极，如再增加极数，会增大漏磁通，降低电磁转矩；而 HB 型转子 N 极与 S 极分布在 两个不同的软磁圆盘上，因此可以增加转子极数，从而提高分辨率，20mm 的直径可配置 100 个极，并且磁极磁化为轴向，N 极与 S 极在装配后两极磁化，所以充磁简单。 与转子齿对应的定子极，主极内径有与转子齿节距相同的小齿，与转子齿的磁通在气隙处 相互作用，能产生电磁转矩。此种转子的步进电机在近期被广泛应用。 此种结构源自于 1992 年美国 GE 通用电气的 Karl Feiertag，取得美国专利的发电机。 与现在的两相 HB 型步进电机结构相同，当初是作为低速同步电机使用，其后，美国的 Superior Electric 和 Sigma Instruments 开发出步距角为 1.8，转子齿数为 50 的两 相 HB 型步进电机。 如下图所示为定子为两相绕组，转子齿数 50，1.8 的 HB 型混合式步进电机的剖视图。为 加大输出转矩，尽量加长了转子软磁磁极的轴向长度。 下图为 HB 型步进电机各结构示意图： 定子为 8 个磁极（放置绕组的主磁极）均匀分布，此 8 个磁极的内圆分布有与转子齿距相 同的齿，与转子齿分布在气隙两边。转子齿多于定子齿。 线圈用绕线机直接绕制在树脂注塑成型的槽绝缘骨架上，线圈绕好后安装在磁极上。前、 后端盖采用铸铝材料，采用机械加工方法保证轴承座与安装止口的同心度。通常 HB 型混 合式步进电机的气隙为 0.05~0.1mm，由于气隙小，所以控制各组件的加工精度相当重要。 转子装入定子和前后端盖，确保气隙均匀，永磁体的磁化方向为轴向，N、S 极在两端磁 化，产生的磁力线方向如箭头所示，为容易理解，混合式步进电机简化实际磁路为定子为 4 个主极与 5 个 转子齿（如下图所示），此处省略了定子绕组。 由于转子的磁铁的磁通在定子中变成交链磁通，当定子线圈流过电流时，根据弗莱明 左手定则（I 为电流，B 为磁通密度，L 为线圈轴向有效长度）产生电磁转矩。2 个导磁体 夹着 1 个永磁体，转子的齿位置互相相差 1/2 齿节距。转子的磁通从 N 极出发，经过气隙 小处（定转子齿相对的地方）到定子磁路，再返回转子的 S 极，磁路如箭头所示。 上图左侧的转子上部，右侧的转子下部产生吸引力，轴两侧产生力矩（此力是不平衡电磁 力），转子的旋转受定子激磁线圈切换产生旋转力。轴承的间隙会很容易产生振动。实际 上定子主极为 8 个极，转子齿数为偶数，目的是消除此不平衡电磁力。实际上与 2 个转子 齿部相对的定子，在轴向上并非是分开成两个，而是采用硅钢片叠压而成一体。 HB 型混合式步进电机工作原理下图描述了两相 HB 型步进电机的工作原理。磁铁使 转子产生 N 极和 S 极，由吸引力和排斥力产生电磁转矩，两相绕组假设为 A 相、B 相、 杠 A 相、杠 B 相。例如，A 相和杠 A 相接通电源，根据右手螺旋法则产生相反的磁场。 同样，B 相与杠 B 相也是如此。图中，实线箭头表示转子磁通，虚线表示为其磁路磁通Ф m。从转子磁铁的轴向图看，转子 N 极通过气隙向下进入定子，通过定子磁极轴向穿过铁 心到达上面的定子磁极后，穿过气隙回到转子 S 极。下图充分说明了 HB 型混合式步进电 机的结构和工作原理。 转子磁路中间为磁铁，下侧为 N 极，上侧为 S 极。磁铁的厚度方向磁通由上向下。 开始状态（a）为 A 相激磁，则杠 A 相极性相反，因此停在图示位置，转子与 A 相和杠 A 相的各一半对应，混合式步进电机形成交链磁通Ф m，如图中虚线所示。 下一步，激磁相转换到状态（b），混合式步进电机断开 A 相激磁电流，接通 B 相激磁电流，则转子向右 移动 1/4 转子齿距，运行到图（b）的位置。 再一步，激磁相转换到状态（c），断开 B 相激磁，接通杠 A 相激磁，则转子从状态（b） 向右移动一步（1/4 齿距）运行到状态（c）的位置。同样，激磁相换到状态（d），断开杠 A 相激磁，接通杠 B 相激磁，则转子从状态（c）向右移动一步（1/4 齿距）运行到状态（d） 的位置。再一步，就返回状态（a），依次不断循环。
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