混合式步进电动机结构及原理 一、步进电动机背景介绍 1、步进电动机分类 反应式步进电动机（VR） 步进电动机分类 永磁式步进电动机（PM） 混合式步进电动机（HSM） 混合式步进电机（HSM）具有 体积小、性价比高、可靠性好、运 行平稳、定位准确、易于控制的优 点，自上世纪60年代问世以来，取 得了工业自动化领域的青睐，并逐 步取代VR和PM而成为步进电动机 的主流发展趋势。 2、步进电动机特点及优势： ? 开环控制。控制方式极为简单，非常容易实现，成本很低。 ? 控制精度高。步进电动机结构本身步距角（转动1步前进的角度）已经非常小， 实际运行时通常与细分驱动器配合使用，因而步距角经过细分后变得更小，控 制精度更高。 ? 电机旋转的角度正比于输入脉冲信号的数量。因此，电机具有优良的起停和反 转响应，且无积累误差，即不会将1步的误差积累到下1步，同时可以通过控制 脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 ? 电机旋转的速度正比于输入脉冲信号的频率。因此，电机具有拥有较宽的转速 范围，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到 调速的目的。 ? 由于没有电刷，可靠性高，电机的寿命仅仅 取决于轴承的寿命。 二、混合式步进电动机（HSM）结构及特点 定、转子铁心 1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 1、不导磁前端盖，2、前端轴承，3、不导磁转轴，4、段转子，5、 永磁体，6、第二段转子，7、后端轴承，8、定子励磁绕组，9、定子， 10、不导磁后端盖，11、螺钉 混合式步进电动机结构：由不导磁前端盖1、前端轴承2、不导磁转轴 3、段转子4、永磁体5、第二段转子6、后端轴承7、定子励磁绕组8、 定子9、不导磁后端盖10、螺钉11组成。段转子4和第二段转子6均 由硅钢片叠压而成，转子上均匀分布50个小齿，两段转子上的小齿互错 1/2齿距。定子9由硅钢片叠压而成，均匀分布有八个定子磁极，每个定 子磁极上均匀分布一定数量的定子小齿，定子齿距与转子齿距相同。定 子磁极之间的槽内设置定子励磁绕组8，任意选定一个绕组为起始绕组， 八个定子励磁绕组按顺时针方向依次为：A相绕组12、B相绕组13、-A相 绕组14、-B相绕组15、A相绕组16、B相绕组17、-A相绕组18、-B相绕 组19，A相绕组与-A相绕组反向串联，B相绕组与-B相绕组反向串联。永 磁体5放置于两段转子中间，永磁体表面与两段转子表面紧贴在一起，永 磁体沿与转轴轴线平行的方向充磁。定子通过螺钉与前后端盖固定在一 起。两段转子、永磁体和转轴固定在一起，通过前后端轴承与前后端盖 安装在一起，从而转子及转轴可相对于定子及端盖转动。 混合式步进电动机工作原理：当定子的两相绕组按A—B—（-A）— （-B）的顺序通电时，磁通Φ1经永磁体 → 段转子铁心→ 气隙 → 定子铁心 → 气隙 → 第二段转子铁心 → 永磁体形成闭合回路，电机工作 于混合励磁状态，转子及转轴相对于定子及端盖转动，实现电机转动。 12 13 19 12、A相绕组，13、 B相绕组，14、-A相绕组， 18 14 15 、 -B 相 绕 组 ， 16 、 A 相绕组，17、B相绕组， 18 、 -A 相 绕 组 ， 19 、 -B 相绕组 15 17 16 混合式步进电动机工作原理：当定子的两相绕组按A—B—（-A）—（-B） 的顺序通电时，磁通Φ1经永磁体 → 段转子铁心→ 气隙 → 定子铁心 → 气隙 → 第二段转子铁心 → 永磁体形成闭合回路，电机工作于混合励磁状态， 转子及转轴相对于定子及端盖转动，实现电机转动。 三、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型（不考虑实际定转子铁 心硅钢片的情况） 四、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型（考虑到定转子铁心实际 是由硅钢片叠压而成） 硅钢片厚度：0.50mm 叠压系数：0.95 气隙：0.02mm 定、转子硅钢片 径向 转子1 定子 轴 向 转子2 混合式步进电动机（HSM） 永磁体磁场方向 四、混合式步进电动机（HSM）工作原理 a. 状态1：转子位置角为 0 度（一个周期开始） - B相 A相 S - A相 N N极转子 B相 S A相 - B相 A相 S - A相 N S极转子 B相 S A相 N B相 - A相 - B相 N B相 - A相 - B相 b. 状态2：转子位置角为 1.8 度 N S N极转子 S N N S S极转子 S N c. 状态3：转子位置角为 3.6 度 S N极转子 N N S S S极转子 N N S d. 状态4：转子位置角为 5.4 度 S N N极转子 N S S N S极转子 N S e. 状态5：转子位置角为 7.2 度（一个周期结束） - B相 A相 S - A相 N N极转子 B相 S A相 - B相 A相 S - A相 N S极转子 B相 S A相 N B相 - A相 - B相 N B相 - A相 - B相
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