一文看懂HB混合式步進(jìn)電機(jī)與相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、主極數(shù)的關(guān)系

　　混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

　　在《HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理詳解》我們已經(jīng)詳細(xì)的了解到了它的結(jié)構(gòu)及工作原理，接下來小編將帶領(lǐng)大家來詳細(xì)了解一下HB型混合式步進(jìn)電機(jī)與相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、主極數(shù)的關(guān)系。本文首先介紹的是步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和主極數(shù)的表達(dá)式，其次介紹了相內(nèi)及相間磁路的一般形式。

　　如HB型步進(jìn)電機(jī)為P相，轉(zhuǎn)子齒數(shù)則依據(jù)式θs=180°/PNr可知其步距角久為θs=180°/PNr。此時(shí)，定子1相主極數(shù)（A“杠A”相的總和）為m個(gè)，均勻配置，其內(nèi)徑配置的多個(gè)細(xì)齒齒數(shù)相同。轉(zhuǎn)子永久磁鐵產(chǎn)生磁通的磁路如下圖中的虛線所示，在A“杠A”間形成閉合磁路。與后面敘述的三相HB和五相HB型等奇數(shù)相不完全相同，在A“杠A”間不能形成閉合磁路，需要跨接到B相、C相等其他相形成閉合磁路。前者被稱為相內(nèi)磁路式，后者稱為相間磁路式。

　　兩相HB型步進(jìn)電機(jī)皆為相內(nèi)磁路，而三相HB型步進(jìn)電機(jī)存在相內(nèi)磁路和相間磁路兩種形式。下圖為三相HB型步進(jìn)電機(jī)，有6個(gè)磁極，極上并沒有小齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也少，此圖描述了定子和轉(zhuǎn)子的磁通路徑，其中（a）為相內(nèi)磁路，（b）為相間磁路。

　　例如圖（a）相內(nèi)磁路的情況，定子主極A1與相鄰B相的B1或C相的C2，向下一相激磁時(shí)，會(huì)對與A1同極性的轉(zhuǎn)子齒產(chǎn)生吸引力。在永久磁鐵后側(cè)的五個(gè)轉(zhuǎn)子齒用剖面線表示，其與前側(cè)的轉(zhuǎn)子齒極性相反。同樣圖（b）為相間磁路，定子主極A1與相鄰B相的B1或C相的C2，向下一相激磁時(shí)，會(huì)對與A1異性的轉(zhuǎn)子齒產(chǎn)生吸引力。永久磁鐵后側(cè)的四個(gè)轉(zhuǎn)子齒用剖面線表示，與前側(cè)轉(zhuǎn)子齒極性相反，與（a）磁路相同。

　　如下圖（a）為相內(nèi)磁路，主磁極共有mP個(gè)，由于節(jié)距相等，相鄰相的A相和B相之間的節(jié)距①為360°/mP。當(dāng)A相通激磁電流時(shí)，其磁極與轉(zhuǎn)子極性相反的齒相對應(yīng)，當(dāng)再給B相通電，并在B磁極上產(chǎn)生與A相相同的極性時(shí)，轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)到B相上。為簡化起見，圖中A、B相定子齒由多齒簡化為單齒。

　　此時(shí)，與A相相對的轉(zhuǎn)子齒與B相其次要相對的轉(zhuǎn)子齒的節(jié)距②如圖所示為360°n/Nr（n為整數(shù)），則步距角為①與②之差：

　　將式θs=180°/PNr代入上式中：

　　Nr=m（nP±1/2）

　　此為相內(nèi)磁路時(shí)，轉(zhuǎn)子齒Nr與相數(shù)P、主極數(shù)m的表達(dá)式。上式中Nr必為整數(shù)，否則沒有意義。此時(shí)要注意m必須為偶數(shù)。

　　兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)P=2時(shí)，主極為8（m=4）代入上式，得：Nr=8n±2

　　此為兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的關(guān)系式。兩相HB型步進(jìn)電機(jī)的步距角為通常的1. 8°，將n=6代入上式，得Nr=50。

　　兩相HB型混合式步進(jìn)電機(jī)定子主極為8，轉(zhuǎn)子齒為50個(gè)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

　　兩相HB型步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°，定子主極為16，m=8，n=6，得轉(zhuǎn)子齒為100個(gè)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

　　兩相3.6°步進(jìn)電機(jī)定子主極為4（在定轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生不平衡電磁力，所以不鼓勵(lì)使用此結(jié)構(gòu)）時(shí)，依式Nr=m（nP±1/2），當(dāng)P = 2，m=2，n=6時(shí)，得Nr=25。 小圖為兩相，定子4主極，3.6°的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，其外形為42mm步進(jìn)電機(jī)， 用于5寸48TPI的FDD（軟盤驅(qū)動(dòng)器）上。當(dāng)為三相時(shí)，由式Nr=m（nP±1/2），m=4，n=4，P=3，得Nr=50。定子主極數(shù)為mP=12，步距角θs為1.2°。

　　上圖：不同磁路與步距之間的關(guān)系中圖（b）為相間磁路，定子節(jié)距相等，主極數(shù)合計(jì)為mP個(gè)，相鄰 A相和B相之間的節(jié)距①與相內(nèi)磁路節(jié)距相同，為360°/mP。A相激磁，與其極性相反的轉(zhuǎn)子齒相對吸引。其次給B相激磁產(chǎn)生與A相相同的極性，吸引相應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒。為便于理解，將多齒結(jié)構(gòu)簡化為單齒結(jié)構(gòu)。

　　此時(shí)，與A相所對轉(zhuǎn)子齒和B相將相對的轉(zhuǎn)子齒之間的節(jié)距②為360°（n±1/2）/Nr（n整數(shù)），如圖所示。故步距角為①和②之差：

　　如相間磁路為三相，令P=3，則：

　　Nr=m（3n±1）

　　三相時(shí)，主磁極為3的倍數(shù)，最簡單的三相3主極時(shí)，m=1變成下式：

　　Nr=3n±1

　　下圖為n=3，Nr=8的結(jié)構(gòu)圖，用上式Nr=3n±1和θs=180°/PNr，可計(jì)算求得Nr和θs，如下表所示。

　　設(shè)計(jì)時(shí)要注意，三主極的HB型步進(jìn)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生不平衡電磁力。由于只用三個(gè)線圈，所以對用于低價(jià)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場合很有吸引力。

　　三相，定子6主極時(shí)，m=2，得下式：Nr=2（3n±1）。n=3，Nr=16，步距角3.75°的電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

　　三相，定子9主極時(shí)，m=3，則Nr=3（3n±1）。n=7，Nr=60，步距角1°的電機(jī)，軸向剖視如下圖所示。

　　三相，定子12主極時(shí)，m=4，則Nr=4（3n±1）。n=8，Nr=100，步距角0.6°的步進(jìn)電機(jī)軸向剖視圖如下圖所示：

　　上述簡要介紹了相內(nèi)磁路和相間磁路，以及定子主極等節(jié)距對稱情況下HB型混合式步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、主極數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式。不僅設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)要了解這些基本原理，而且使用電機(jī)時(shí)也要系統(tǒng)了解電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能、外形尺寸，并能夠依據(jù)相數(shù)和步距角推出電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及解決問題的方法。