混合式步进电动机原理
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不导磁后端盖，11、螺钉
第四页，共14页。
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、第一段转子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。 第一段转子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 (qiánhòu)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(qiánhòu)端轴承与 前后(qiánhòu)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。
- 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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b. 状态2：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 1.8 度
N
S
N极转子
(zhuàn zǐ)
S
N
N
S
S极转子 (zhuàn zǐ)
S
N
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c. 状态3：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 3.6 度
混合式步进电动机结构(jiégòu)及 原理
一、步进电动机背景介绍(jièshào)
1、步进电动机分类
步进电动机分类 (fēn lèi)
反应式步进电动机（VR） 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
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 → 第一段转子铁心→ 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。
第五页，共14页。
12
13
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4页。
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(jiǎodù)）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(jiǎodù)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 ( z h óu c h én g ) 的寿命。
No 用，因而步距角经过细分后变得更小，控制精度更高。电机(diànjī)旋转的速度正比于输入脉冲
信号的频率。由于没有电刷，可靠性高，电机(diànjī)的寿命仅仅。第一段转子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。- B相
Image
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12、A相绕组(ràozǔ)，
13、B相绕组(ràozǔ)，
18
14 14、-A相绕组(ràozǔ)，
15、-B相绕组(ràozǔ)，
16、A相绕组(ràozǔ)，
17、B相绕组(ràozǔ)， 15 18、-A相绕组(ràozǔ)，
19、-B相绕组(ràozǔ)
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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 (tōng diàn)时，磁通Φ1经永磁体 → 第一段转子铁心→ 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。
第二页，共14页。
二、混合式步进电动机（HSM）结构(jiégòu)及特点
定、转子 (zhuàn zǐ)铁 心
第三页，共14页。
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、第一段转子，5、永 磁体，6、第二段转子，7、后端轴承，8、定子励磁(lìcí)绕组，9、定子，10、
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(cíchǎng)方向
第八页，共14页。
四、混合式步进电动机（HSM）工作(gōngzuò)原理
a. 状态1：转子位置角为 0 度（一个(yī ɡè)周期开始）
- B相
A相 S
- A相
N
N极转子 (zhuàn zǐ)
B相 S A相
- B相 A相 S
S
N极转子 (zhuàn zǐ)
N
N
S
S
S极转子 (zhuàn zǐ)
N
N
S
第十一页，共14页。
d. 状态4：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 5.4 度
S
N
N极转子
(zhuàn zǐ)
N
S
S
N
S极转子
(zhuàn zǐ)
N
S
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e. 状态5：转子位置角为 7.2 度（一个(yī ɡè)周期结束）
- B相
A相 S
- A相 N
N极转子 (zhuàn zǐ)
B相 S A相
- B相
A相 S
- A相
B相
N
S极转子 (zhuàn zǐ)
S A相
N
B相
- A相
- B相
N
B相
- A相
- B相
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内容(nèiróng)总结
混合式步进电动机结构及原理。控制方式极为简单，非常容易实现，成本很低。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
第六页，共14页。
三、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型(móxíng)（不考虑实际 定转子铁心硅钢片的情况）
第七页，共14页。
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(hòudù)： 0.50mm
叠压系数：0.95
气隙：0.02mm
定、转子(zhuàn zǐ) 硅钢片
第四页，共14页。
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、第一段转子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。 第一段转子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 (qiánhòu)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(qiánhòu)端轴承与 前后(qiánhòu)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。
- 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
第九页，共14页。
b. 状态2：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 1.8 度
N
S
N极转子
(zhuàn zǐ)
S
N
N
S
S极转子 (zhuàn zǐ)
S
N
第十页，共14页。
c. 状态3：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 3.6 度
混合式步进电动机结构(jiégòu)及 原理
一、步进电动机背景介绍(jièshào)
1、步进电动机分类
步进电动机分类 (fēn lèi)
反应式步进电动机（VR） 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
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 → 第一段转子铁心→ 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。
第五页，共14页。
12
13
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4页。
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(jiǎodù)）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(jiǎodù)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 ( z h óu c h én g ) 的寿命。
No 用，因而步距角经过细分后变得更小，控制精度更高。电机(diànjī)旋转的速度正比于输入脉冲
信号的频率。由于没有电刷，可靠性高，电机(diànjī)的寿命仅仅。第一段转子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。- B相
Image
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12、A相绕组(ràozǔ)，
13、B相绕组(ràozǔ)，
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14 14、-A相绕组(ràozǔ)，
15、-B相绕组(ràozǔ)，
16、A相绕组(ràozǔ)，
17、B相绕组(ràozǔ)， 15 18、-A相绕组(ràozǔ)，
19、-B相绕组(ràozǔ)
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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 (tōng diàn)时，磁通Φ1经永磁体 → 第一段转子铁心→ 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。
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二、混合式步进电动机（HSM）结构(jiégòu)及特点
定、转子 (zhuàn zǐ)铁 心
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10 11
1、不导磁前端盖，2、前端轴承，3、不导磁转轴，4、第一段转子，5、永 磁体，6、第二段转子，7、后端轴承，8、定子励磁(lìcí)绕组，9、定子，10、
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(cíchǎng)方向
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四、混合式步进电动机（HSM）工作(gōngzuò)原理
a. 状态1：转子位置角为 0 度（一个(yī ɡè)周期开始）
- B相
A相 S
- A相
N
N极转子 (zhuàn zǐ)
B相 S A相
- B相 A相 S
S
N极转子 (zhuàn zǐ)
N
N
S
S
S极转子 (zhuàn zǐ)
N
N
S
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d. 状态4：转子(zhuàn zǐ)位置角 为 5.4 度
S
N
N极转子
(zhuàn zǐ)
N
S
S
N
S极转子
(zhuàn zǐ)
N
S
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e. 状态5：转子位置角为 7.2 度（一个(yī ɡè)周期结束）
- B相
A相 S
- A相 N
N极转子 (zhuàn zǐ)
B相 S A相
- B相
A相 S
- A相
B相
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S极转子 (zhuàn zǐ)
S A相
N
B相
- A相
- B相
N
B相
- A相
- B相
第十三页，共14页。
内容(nèiróng)总结
混合式步进电动机结构及原理。控制方式极为简单，非常容易实现，成本很低。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
第六页，共14页。
三、混合式步进电动机（HSM）3D仿真模型(móxíng)（不考虑实际 定转子铁心硅钢片的情况）
第七页，共14页。
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(hòudù)： 0.50mm
叠压系数：0.95
气隙：0.02mm
定、转子(zhuàn zǐ) 硅钢片