混合式步进电机的理论和设计特点
三相混合式步进电机原理
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSPR空间矢量算法SVPW陈实现三相混合式步进电机控制。
2.细分原理步进电机的细分控制从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化，从而实现步进电机步距角的细分。
最佳的细分方式是恒转矩等步距角的细分。
一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小决定了步距角的大小。
在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场，各相绕组的合成磁场矢量，即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅值恒定的旋转运动，这就需要在各相绕相中通以正弦电流。
三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步伺服电机。
具转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。
在结构上，它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。
由于输入是三相正弦电流，因此产生的空间磁场呈圆形分布，而且可以用永磁式同步电机的结构模型（图1）分析三相混合式步进电机的转矩特性。
二相混合式步进电机
两相混合式步进电机的工作过程
当两相控制绕组按AA BB或BB AA的次序轮流通电，侮拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环。当控制绕组 有电流通过时，便产生磁动势，它与永久磁钢产生的磁动势相互作用，产生电磁转知，使转子产生步进运动。
当A相绕组通电时，在转子N极端磁极1上的绕组产生的S磁极吸引转子N极，使得磁极1下是齿对齿，磁力线由 转子N极指向磁极1的齿面，磁极5下也是齿对齿，磁极3和7是齿对槽。由于两段转子铁芯上的小齿相互错开半个 齿距，在转子S极端，磁极1'和5’产生的S极磁场，排斥转子S极，与转子正好是齿对槽，磁极3’和7’齿面产生 N极磁场，吸引转子S极，使得齿对齿。
谢谢观看
混合式步进电机系统的性能很大程度取决于控制器的优劣，从前述可以看到步进电机主要有开环、闭环、矢 量和智能控制等控制方式。开环控制使用方便，系统构成简单且成本低，在精度要求不太高的场合有着广泛的应 用，至今也没有合适的替代产品。但如前所说，这种方式存在一个振荡的区域，尤其是低速运行时接近电机的共 振区，此时振动和噪声都比较大。但是对开环控制的改进也是不断地在进行中，自1975年美国学者erickson首次 在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法后[ysl，随着微电子和电力电子技 术的发展，当前世界上混合式步进电机新技术正处在高速的发展之中，智能控制的V}想进入了步进电机的驱动控 制领域，还出现了具有实时可变的细分一功能驱动控制电路。通过这些年的发展，步进电机控制方式逐渐形成了 升频升压控制，恒流斩波控制，细分控制，矢量控制，位置、速度反馈控制等控制方式，但是新型控制方式的运 用还不成熟，也没有出现相关产品，而国内虽然研究上取得很大进步但不管是控制器还是控制软件上看，和国外 还有一定的差距。
二相混合式
二相混合式
二相混合式步进电机是一种特殊的步进电机，其绕组连接方式为两相混合式。
这种步进电机通常由两相定子绕组组成，其中一相为A相，另一相为B相。
在步进电机的运行过程中，A相和B相轮流通电，以产生旋转磁场，驱动转子旋转。
在二相混合式步进电机中，绕组以固定的模式进行环绕，让一相中的2个磁极，工作状态下拥有一样的吸引力或者排斥力。
例如，对于线圈1和线圈5，当开关k2和k4闭合时，各个线圈中电流反向，产生的感应磁场反向，即磁极3与磁极7呈N极、磁极1与磁极5呈S极。
此时，二相混合式步进电机步中，步进电机的S极转子，与定子的S 极磁极反映的磁力是呈现斥力的状态，而它与定子的N极却是呈现吸力的状态；这些力的合力，推动了转子的转动。
因此，只要单次供电，转子便会完成一个旋转动作，同时转过1／4个齿距角。
总的来说，二相混合式步进电机具有较高的控制精度和运行稳定性，且体积小、重量轻、噪音低、耗能低等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。
混合式步进电机的结构及工作原理
混合式步进电机的结构及工作原理混合式步进电机是兼具VR型和PM型电机优点的步进电机。
VR（Variable Reluctance）型电机使用齿轮状的铁芯作为转子。
其优点是可以通过机械加工减小步距角，缺点是转矩稍低，难以同时实现小型化和大转矩。
而PM （Permanent Magnet）型电机则可以通过强力永磁体实现小型化的同时获得转矩，但是在减小步距角方面存在限制。
混合式电机使用VR型结构来实现精细的步距角，并且可以通过与永磁体相结合来增加转矩，这种电机已被用于众多应用。
转子的基本结构是在两个铁转子之间夹着沿轴向着磁的圆柱形磁铁。
转子的圆周上刻有齿。
从轴向看，是将两个转子的齿错开1/2节距进行安装。
定子具有多个带有励磁线圈的磁极，每个磁极也具有类似于转子的齿。
在该图中，定子绕组有四个，它们布置在转子周围，彼此对置的线圈作为一组连接，在该图中，上侧和下侧的线圈为A相，左侧和右侧的线圈为B相。
线圈的连接使两个相对的磁极在通电后互为N极和S极。
图中的转子齿数为15个。
假设白色转子是靠近自己这边的转子并已通过永磁体被磁化为N极，则蓝色转子位于背面并被磁化为S极。
混合式步进电机的工作原理下面使用下图来介绍混合式步进电机的工作原理。
在初始状态（参见上面的“初始状态”图），通电后A相（上下）的上磁极变为S极，下磁极变为N极。
白色的齿为N极，因此与A相的S极相吸；而蓝色的齿为S极，因此与A相的N极相吸。
从该状态开始，使线圈的通电状态按照①～⑤的顺序变化。
下面对①～⑤的工作进行说明。
①B相（左右）通电，使右侧为S极，左侧为N极。
位于前面的白色齿（N）与右磁极（S）相吸，位于背面的蓝色齿（S）与左磁极（N）相吸。
②当通电使A相（上下）的上磁极为N、下磁极为S时，前面的白色齿（N）与下磁极（S）相吸，背面的蓝色齿（S）与上磁极（N）相吸，转子进一步沿逆时针方向转动。
③当使B相（左右）与①反向通电时，前面的白色齿（N）与左磁极（S）相吸并转动，背面的蓝色齿（S）与右磁极（N）相吸并转动。
HB型混合式步进电机的结构和工作原理详解
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通用电气公司的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公司和Sigma Instruments 公司开发出步距角为1.8，转子齿数为50的两。
反应式永磁式混合式步进电机优缺点对比
反应式永磁式混合式步进电机优缺点对比
步进电机按照结构分类可以分为反应式步进电机、永磁式步进电机以及混合式步进电机，那么这三类电机有什么优缺点呢？汉德保小编就为大家解答一下。
反应式步进电机：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证
永磁式步进电机：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
对比一下这三种结构分类的步进电机优缺点
反应式步进电机
优点：结构简单、成本低、步距角小，可达1.2⁰，
缺点：动态性能差、效率低、发热大、可靠性难保证。
永磁式步进电机
优点：动态性能好、输出力距大
缺点：精度差、步矩角大，一般为7.5⁰或15⁰
混合式步进电机
优点：输出力矩大、动态性能好、步矩角小，一般达到1.8⁰，配上半步驱动器，减小为0.9⁰，配上细分驱动器后，可细分到256倍。
缺点：结构复杂、成本相对较高
另外混合式步进电机也叫感应式步进电机，叫法因人而异，下次汉德保为大家讲解一下步进电机按照绕组的分法可以叫做哪几种。
混合式步进电动机原理
N
B相
- A相
- B相
N
B相
- A相
- B相
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。
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
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
Hale Waihona Puke 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
混合型步进电机优点
混合型步进电机优点
混合型步进电机是一种结合了永磁式步进电机和可变磁阻式步进电机的特点而发展起来的一种新型步进电机。
相比于传统的步进电机，混合型步进电机在性能和应用方面有着诸多优点。
首先，混合型步进电机具有较高的精度和稳定性。
由于其采用了多级变结构和高精度磁性材料，混合型步进电机在工作过程中具有较高的定位精度和稳定性，能够满足对精密控制要求较高的应用场景。
其次，混合型步进电机具有较大的输出扭矩。
相比于传统步进电机，混合型步进电机在相同体积下，输出扭矩更大，能够提供更强的驱动力，适用于需要承受一定负载的工业自动化设备。
另外，混合型步进电机具有较低的噪音和振动。
采用了先进的减振和降噪技术，混合型步进电机在运行过程中噪音和振动较小，有利于提高设备的工作环境和操作舒适性。
此外，混合型步进电机还具有较高的效率和节能性。
通过优化设计和先进的控制算法，混合型步进电机在工作时能够实现较高的能量转换效率，减少能源损耗，符合绿色环保的要求。
最后，混合型步进电机还具有较大的适应性和灵活性。
由于其结构设计灵活多样，可以根据不同的应用需求进行定制和调整，适用于各种工业自动化设备和精密仪器的驱动系统。
综上所述，混合型步进电机在精度、扭矩、噪音、效率等方面具有明显的优点，是一种性能优越、应用广泛的先进步进电机，将在工业自动化领域发挥重要作用。
1。
混合式步进电机BYG系列说明
混合式步进电机（BYG系列）步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行元件，可在宽广的范围内调速。
在负载能力范围内，其输出转角定位精度无积累误差，特别适合于开环数控系统。
混合式步进电机是一种兼有反应式和永磁式两种步进电机优点的新型电机，国外主流品种，国内也已大面积取代反应式步进电机成为市场热点。
五相及三相混合式步进电机因其分辨率小，精度高，低频无振荡，高频力矩大，而成为混合式步进电机中的佼佼者。
一、特点本公司自行研制的BYG系列混合式步进电机，结合国内外先进技术而设计，采用优质材料和精良工艺制造，实行严格的质量管理，在国内处于领先水平，可与国外同类电机媲美。
其显著特点是：1、采用优质冷轧高矽片，无机壳铆压，大大改善了磁性能；电机体积小，驱动电流和功耗小，力矩大，运行频率高，动态特性好，温升低。
本公司产品的静态及动态力矩较国内同类产品高出一档次。
2、有良好的内部阻尼特性，运行平稳，无明显低频振荡区。
3、造型美观，结构牢固，噪音低，可靠性高，使用寿命长。
4、品种齐全，系列完整，可满足各种使用场合。
正广泛应用于各类机床，切割机，轻工、印刷、包装、纺织、环保、医疗机械，航空航海设备，汽车，机器人，舞台灯光控制、广告设备，电脑绣花机等自动控制领域。
二、型号含义110 BYG 5 5 0 1 WB特殊型或派生号，以字母表示，无此项时为基本型（Z为增强型，WB为五边型，D为双轴伸，其它为派生型）规格号：1号转子齿数：50齿相数：5相混合式步进电机(FHB为方形混合式步进电机)机座号：外径φ110mm三、产品系列及性能参数1.方形电机系列2.圆形电机系列注:1、打 * 者为正在开发的新产品，可供期货；型号后有“Z”者为增强型。
2、二相电机为四引出线，四相电机为八引出线，除出线方式不同外，其余参数性能完全一样，配本公司驱动电源时用二相电机。
四相电机可改接成二相电机，有串联、并联及单极性三种接法，按并联接法时，相电流应加倍，四相电机用并联接法时，高速性能要优于其它接法。
两相混合步进电机
两相混合步进电机步进电机是一种电动机，它的特点是能够按照电脉冲信号进行定量控制旋转角度或者转速。
步进电机具有运动平稳、精度高、噪音低等优点，在电子设备领域被广泛应用。
在步进电机中，两相混合步进电机是一种常见的类型。
两相混合步进电机由于其结构简单、制造成本低等特点被广泛使用，尤其在微型化电子设备中得到了广泛应用。
它由步进电机驱动器、步进电机控制器和两相混合步进电机本体等组成。
本文将详细介绍两相混合步进电机的结构、原理、控制方法和应用等。
一、结构两相混合步进电机主要由定子、转子和绕组三个部分组成。
1. 定子两相混合步进电机的定子是由两个磁极和两个齿构成，其中每个齿上都有一个线圈。
定子上线圈的两端经过连接电源后会形成一个有规律的磁场。
当极对应的两个线圈分别接通时，就会形成两个北极和两个南极的交替磁场，从而形成有规律的磁场变化。
2. 转子两相混合步进电机的转子是由两个部分组成：一个是磁极，另一个是齿。
磁极分为南、北两极，随着定子上线圈发生变化而转动。
而齿则是由数个齿齿缝组成。
3. 绕组两相混合步进电机的绕组是由两个线圈组成，每个线圈绕制在定子两个相邻齿上，线圈之间隔一个齿缝。
两个线圈相位差90度左右，当电源连接时，两个线圈将会产生90度的相位差异，从而驱动转子转动。
二、工作原理两相混合步进电机的工作原理是将电信号转换成机械运动。
当控制器向步进电机驱动器发送电脉冲信号后，驱动器的电路就会根据电脉冲信号控制电源的开关，使得电机绕组产生磁场的变化。
这时磁场将会影响到转子的位置，使得转子的角度发生改变。
如此重复，电机就会按照电脉冲信号控制的角度或转速旋转。
三、控制方法1. 开环控制开环控制是指不考虑电机实际位置的控制方法，仅通过发送电脉冲信号的方式控制电机的角度或转速，缺点是容易因为负载或摩擦力而出现角度偏差。
闭环控制是指通过检测电机实际位置来进行控制。
通常采用编码器等设备来检测电机的转动位置及速度信息，将检测结果反馈给控制器进行调整控制。
两相混合式步进电机及其驱动技术
▪ 一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式； 单、双八拍工作方式为半步距方式。
▪ 步进电机中定子磁场和转子磁场旳相互作用产生 转矩：
▪ 定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝 数。
▪ 转子磁势是由转子磁钢产生旳，它是一种常数。 ▪ 所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、
ia
AB
BA AB BA
t
ib
t 图6-8
▪ 整步运营时，绕组电流每90°电角度转过一种整步距。
▪ 四细分时电流电角度为 90/4=22.5 °。 以22.5°旳角
度递增从0°到360°共有16个电角度；所相应旳cos和
sin值求出并整量化后作成数据表放在存储器中。
31
32
D/A转换器
T1
T2
D1 D2
A0
u D0
B
A1
u D1
A
A2 A3
u D2
B
u D3
A
A4
A4接地时，可选通00H~0FH之 间旳十六个地址。该 地址空间存
储了循环旳单、双八拍运动方式 旳数据表 A4接5V时，可选通10H~1FH 之间旳十六个地址。该地址空间 存储了循环旳双四拍运营方式2旳3 数据表。
3）功率放大—单电压驱动方式
T1
Us
T2
D1
D2
电流放大
ia A BAB
t
uA
T3
A
A
T4
uA
ib
D3
D4
t
Vi －
Vg
＋
单稳
图6-6
a
b
c
i
d
混合式步进电机的理论和设计特点
混合式步进电机的理论和设计特点2010年7月18日混合式步进电机的理论和设计特点杨永良（西安微电机研究所）【摘要】本文以对比方式叙述了混合式步进电机与反应式、永磁式步进电机的差异。
在论述混合式步进电机的理论基础上，提出径向气隙磁场等于轴向气隙磁场的设计原则，导出混合式步进电动机的实用静态转矩计算式，并以四相混合式步进电动机为例，给出最佳转子铁心长和静转矩的设计值和试验值。
【主题词】混合式步进电机，理论，分析，设计，转子，铁心，长度，静转矩计算式1 引言步进电机是近年研制开发并已普遍应用的新型电动机，从工作上区分，有反应式步进电机、永磁式步进电动机和混合式步进电动机。
这三类步进电动机产品发展历程是反应式、永磁式在先，混合式在后。
对于反应式、永磁式步进电机，从现有论著来看，工作的理论基础论述清晰，设计计算与试验数据吻合一致，生产制造已基本定型。
混合式步进电动机发展相对迟缓，这与永磁材料发展息息相关。
近年来，各种高矫顽力稀土磁体涌现，促进了混合式步进电动机的发展。
本文结合生产实际·将混合式步进电动机与反应式、永磁式步进电动机在基理方面进行比较说明的基础上，详绌论述混合式步进电动机的理论基础，并提出相应的设计原则和设计特点。
2理论分析反应式步进电动机的工作基础是基于定子磁场产生的反应转矩，静转矩简化表达式为式(1)表示反应式步进电动机是基于反应力矩（磁阻力矩）工作的，因此气隙两侧的定、转子表面有意设计成齿槽结构，使鲁变化率最佳。
由式(1)可得出，当定转子齿层尺寸确定之后，’反应式步进电动机的静转矩正比于定子磁场在气隙中的磁压降和电机铁心长度的乘积。
永磁式步进电动机的工作原理是基于定子磁场和转子永磁磁场的互相作用，静转矩的简化表达式为由式(2)可见，永磁式步进电动机的静转矩是由定子电枢磁场和转子永磁磁场互相作用产生的同步转矩。
当磁钢材质和几何尺寸确定之后，其静转矩正比于定子磁场和磁钢磁场及铁心长度的乘积。
二相混合式步进电动机通电方式的新设计
二相混合式步进电动机通电方式的新设计本文旨在探索新型二相混合式步进电动机的通电方式，并针对它的特性、构造、工作原理及其具备的主要优势作进一步的阐述。
首先，从概念上了解新型二相混合式步进电动机的概念，新型二相混合式步进电动机是由传统的两相步进电动机和新型的混合式步进电动机的特点结合而成的。
它把传统的步进电动机的两个相位的电流合并为一个，并添加新型混合式步进电动机的构造和工作原理，从而在操作灵活性方面实现一定的改善。
其次，新型二相混合式步进电动机的构造特点，它具有自身的独特特性，它可以通过简单地重新接线来编程，以实现需要的步进电机性能。
它采用了双重分相技术，具有电流峰值较小的优势，可以更好地把电能转换成动能，更有效的实现功率的传输，减少电能的损失。
再次，新型二相混合式步进电动机的工作原理及其所具备的主要优势，它的电动机可以采用独特的工作原理来实现动力传输，只需通过控制芯片实现算法计算和微处理器控制，就可以实现高效的步进电动机动作，满足客户的不同要求，而且可以通过对线圈的电流控制技术，来实现高精度的控制。
此外，新型二相混合式步进电动机还具备体积小、结构紧凑、高效没有震动的特点，可以更好的节省空间。
最后，新型二相混合式步进电动机的通电方式，它采用完全绝缘的结构，使电动机更加安全可靠，可以保护电机免受外界潮湿空气所带来的损坏。
在实际应用中，新型二相混合式步进电动机的电动机要求维护时间短，操作更简单，运行效率更高，这就是它的一大优势。
综上所述，新型二相混合式步进电动机在结构更小、安全可靠、操作简便、维护时间短、实现精度高等方面都拥有一定的优势，可以在装配、制造、机械加工、水利、航空、家用电器等领域有广泛的应用，可以满足各类复杂的需求。
总之，新型二相混合式步进电动机已经是未来发展趋势，它可以在电动机性能上以实际可行、成本低廉的方式获得明显改善，同时能够有效提高电机的效率和耐久性，对电机的应用和制造有重要的意义。
1.8°两相混合式步进电机工作原理
1. 8°两相混合式步进电机工作原理步进电机是一种特殊的电机，它们可以通过施加电流的方式从而使转子轴按照一定的步进角度旋转。
8°两相混合式步进电机是其中一种常见的步进电机，本文将详细介绍其工作原理。
1.1 步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转换为机械转动的装置。
它们通常由多个定子绕组和一个或多个旋转转子组成。
步进电机的转子会按照电流的脉冲信号以一定的步进角度旋转。
步进电机的优点是寿命长、速度稳定、工作精度高等，因此在很多领域都有广泛的应用。
1.2 8°两相混合式步进电机结构8°两相混合式步进电机是一种常用的步进电机之一。
它的结构由两相的定子绕组和旋转的转子组成，定子绕组一般由单层绕组和双层绕组组成。
而转子则由永磁转子或铁芯转子构成。
1.3 8°两相混合式步进电机工作原理8°两相混合式步进电机的工作原理是利用定子绕组产生的磁场与转子磁铁之间的相互作用。
当给定子绕组通电时，产生的磁场会使得转子旋转一定的角度。
而当电流断开时，转子则保持在原来的位置。
1.4 8°两相混合式步进电机的驱动方式8°两相混合式步进电机的驱动方式一般采用的是双向脉冲信号。
通过给定子绕组施加不同极性的电流，并控制脉冲信号的频率和脉宽来控制步进电机的旋转角度和速度。
1.5 8°两相混合式步进电机在自动化领域的应用8°两相混合式步进电机由于其结构简单、速度稳定、精度高等特点，在自动化领域有着广泛的应用。
它们常常用于驱动工业机械设备、印刷设备、数控设备、纺织设备、雕刻机床等领域。
1.6 8°两相混合式步进电机的优缺点8°两相混合式步进电机的优点是速度稳定、精度高、结构简单、响应速度快等，但是也存在着发热量大、低速扭矩小等缺点。
1.7 结语8°两相混合式步进电机是一种常见且广泛应用的步进电机类型。
它具有丰富的结构形式和优点，适用于自动化领域中许多需要精密控制和高速稳定旋转的应用场景。
混合式步进电机是什么意思？混合式步进电机有什么优缺点？混合式步进电机厂家,维科特机电
混合式步进电机是什么意思？混合式步进电机有什么优缺点？混合式步进电机厂家，维科特机电步进电机根据转子的结构，分为永磁式、反应式、混合式三种。
永磁式步进电机的转子是在电机出轴上套上永磁铁，反应式步进电机是在电机出轴上套上硅钢片。
永磁式步进电机噪声低，但步距角大，也就是分辨率低，反应式步进电机步距角小，但振动噪声大，而混合式就是综合了永磁式的低噪声和反应式的高分辨率的优点，是在电机转子上既有永磁铁，也有硅钢片，为了提高步进电机的扭矩，混合式的永磁铁往往使用高磁密度的钕铁硼的永磁铁。
永磁式步进电机现在多用在打印走纸、相机调焦、空调挡风板位置调节等用途，反应式步进电机现在很少使用了，混合式步进电机则应用面越来越广，是步进电机的主流产品。
综上所述，混合式有噪声低、步距角小、扭矩大等优点，但也有缺点，让混合式步进电机不能够完全取代永磁式步进电机的应用。
首先是混合式步进电机成本高。
混合式步进电机一般使用铸铝端盖，滚珠轴承，含稀土的钕铁硼磁石，铸铝端盖还需要机加工，而永磁式步进电机一般是五金冲压端盖配含油轴承，很少使用比较贵的钕铁硼磁石，所以混合式步进电机成本相对比较高。
其次是混合式步进电机比较难做到小尺寸，法兰尺寸小的产品单价很贵。
对于信浓公司来讲，单价最便宜的就是42步进电机，尺寸越小单价越贵。
现在市面上比较常见的最小尺寸混合式步进电机就是20步进电机，虽然也有厂家开发了16和12步进电机，但市面上难见踪影，单价奇贵。
而现在在手机调焦上大量使用直径4mm的这样小尺寸的永磁式步进电机，单价也不贵。
另外就是永磁式的噪声往往更低一些。
由于永磁式转子结构是圆形，并且步距角大，永磁式步进电机的噪声通常情况下会略低一些，但现在驱动器的性能越来越好，让混合式步进电机的噪声可以控制到容易让客户接受的水平。
在混合式步进电机厂家里面，产销量最大的两家是日本信浓和日本美蓓亚，其中信浓公司只生产混合式步进电机，混合式步进电机的产销量也最大，在中国有工厂，对应国内客户会更方便，有经销商提供服务，可以照顾到用量少的客户需求。
混合式步进电机原理
混合式步进电机原理
混合式步进电机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于磁场相互作用和电磁吸引力。
它由永磁体和电磁线圈组成，因此结合了永磁步进电机和变磁阻步进电机的特点。
混合式步进电机中的永磁体通常由多极磁铁组成，使得磁极的极性在环形磁回路上交替出现。
电磁线圈由绕组和软磁材料组成，可以产生磁场。
当电磁线圈通过电流时，线圈附近的软磁材料会被磁化，产生吸引力，从而使得电机转动。
混合式步进电机使用开环控制，通过控制电流的脉冲序列来实现转动。
当给定一个脉冲信号时，电流会在线圈中产生磁场，吸引永磁体。
然后，脉冲信号停止，电流断开，吸引力消失。
接着，给定下一个脉冲信号，磁场又重新产生，重复上述步骤实现转动。
通过改变脉冲信号的频率和顺序，可以控制电机转动的角度和速度。
具体而言，改变脉冲信号的频率可以改变转动的速度，而改变脉冲信号的顺序可以改变转动的角度。
总之，混合式步进电机通过电磁吸引力以及磁场相互作用来实现转动。
通过控制电流的脉冲序列，可以精确地控制电机的转动角度和速度。
这使得混合式步进电机在许多应用领域中得到广泛应用，例如打印机、数控机床等。
混合式步进电动机工作原理
混合式步进电动机工作原理混合式步进电动机是一种应用广泛的电动机类型，它结合了永磁步进电动机和可变磁阻步进电动机的特点，具有精密定位、高效能转换和低噪音等优点。
其工作原理如下所述。
混合式步进电动机是一种将永磁和可变磁阻两种类型的步进电机结合起来的设计，其 stator 部分采用永磁体，而 rotor 部分包含具有交变磁阻的铁芯。
当电流通过电机的winding 时，会在 stator 和 rotor 之间产生磁场。
在混合式步进电动机中，当电流逐渐增大时，磁场会引导 rotor 按照一定的步数进行旋转。
这是因为当电流施加在 winding 上时，会产生磁力将 rotor 从一个磁极吸引到另一个磁极，从而实现转动。
该电机的步进角取决于 winding 的数目以及电流的极性变化。
每次变化一个步进角，电机就会转动一定的角度。
通过调整电流的极性和大小，可以使电机转动到指定位置，从而实现精准的定位。
在工作过程中，混合式步进电动机会根据控制信号来改变电流的方向和大小，从而实现旋转。
这种控制通常采用脉冲信号，根据脉冲的频率和顺序来控制电机的步进运动，以达到需要的位移和角度。
混合式步进电动机的工作原理基于磁场的相互作用和电流的控制，通过精确的改变电流来驱动电机按照特定步进角度进行旋转，从而实现精准的定位和控制。
其结合了永磁和可变磁阻步进电动机的优点，广泛应用于需要高精度定位和控制的领域，如数控机床、印刷设备和医疗器械等。
总的来说，混合式步进电动机借助磁场和电流的相互作用实现精密的步进运动，为各种应用提供了可靠的驱动解决方案。
其工作原理简单清晰，性能稳定可靠，因此在现代自动化领域得到了广泛的应用和推广。
1。
二相混合式步进电机工作原理
二相混合式步进电机工作原理
二相混合式步进电机是一种常见的电机类型，其工作原理基于电磁学和电机技术的原理。
它通过交替激活不同相的线圈，从而实现精确的步进运动。
下面将详细介绍二相混合式步进电机的工作原理。
结构组成
二相混合式步进电机通常由两个相位组成，每个相位上分布了若干个定子线圈和一个旋转子。
当线圈中通入电流时，会产生磁场，从而与旋转子上的磁极相互作用，驱动电机转动。
工作原理
二相混合式步进电机的工作原理主要分为双极性和单极性两种情况。
双极性工作原理
在双极性工作原理下，当其中一个相位的线圈通电时，会产生一个磁场，旋转子会受到磁场的作用而转动一定角度。
当该相位线圈断电后，另一个相位的线圈通电，再次产生磁场，旋转子继续转动。
通过不断交替激活两个相位，电机就可以实现步进运动。
单极性工作原理
在单极性工作原理下，每个相位的线圈上有两个继电器，一个用于通电，一个用于断电。
在通电继电器工作时，电机按照上述双极性原理动作；而在断电继电器工作时，旋转子会定在原位。
通过这种方式，可以实现更高精度的步进运动。
特点及应用
二相混合式步进电机具有精度高、噪音低、响应速度快等特点，广泛应用于打印机、数码相机、自动化设备等领域。
其步进运动的精确性使得它成为许多精密设备中不可或缺的元件。
总的来说，二相混合式步进电机通过交替激活不同相的线圈来实现步进运动，具有精度高、噪音低等特点，被广泛应用于各种自动化设备中，是现代工业中一种重要的驱动装置。
什么是混合式步进电机_混合式步进电机和反应式步进电机的区别
什么是混合式步进电机_混合式步进电机和反应式步进电机的区别步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化设备中。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。
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。
那么什么是混合式步进电机，混合式步进电机和反应式步进电机有什么区别吗？接下来跟随小编详细的来了解一下混合式步进电机。
什么是混合式步进电机混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。
它又分为两相、三相和五相，两相步进角一般为 1.8度，三相步进角一般为 1.2度，而五相步进角一般为0.72度。
混合式步进电机的转子本身具有磁性，因此在同样的定子电流下产生的转矩要大于反应式步进电机，且其步距角通常也较小，因此，经济型数控机床一般需用混合式步进电机驱动。
但混合转子的结构较复杂、转子惯量大，其快速性要低于反应式步进电机。
混合式步进电机特性1、输出转矩大，高转速。
2、电机发热小，噪音低，效率高。
3、高速停止平稳快速，无零速振荡运行平稳，振动噪声小。
4、响应速度快，适合频繁启停的场合。
混合式步进电机工作原理混合式步进电机的结构与反应式步进电机不同，反应式步进电机的定子与转子均为一体结构，而混合式电机的定子与转子都被分为下图所示的两段，极面上同样都分布有小齿。
定子的两段齿槽不错位，上面布置有绕组。
上所示为两相4对极电机，其中的l、3、5、7为A相绕组磁极，2、4、6、8为B相绕组磁极。
每相的相邻磁极绕组绕向相反，以产生上图中x、y向视图中所示的闭合磁路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
混合式步进电机的理论和设计特点2010年7月18日混合式步进电机的理论和设计特点杨永良（西安微电机研究所）【摘要】本文以对比方式叙述了混合式步进电机与反应式、永磁式步进电机的差异。
在论述混合式步进电机的理论基础上，提出径向气隙磁场等于轴向气隙磁场的设计原则，导出混合式步进电动机的实用静态转矩计算式，并以四相混合式步进电动机为例，给出最佳转子铁心长和静转矩的设计值和试验值。
【主题词】混合式步进电机，理论，分析，设计，转子，铁心，长度，静转矩计算式1 引言步进电机是近年研制开发并已普遍应用的新型电动机，从工作上区分，有反应式步进电机、永磁式步进电动机和混合式步进电动机。
这三类步进电动机产品发展历程是反应式、永磁式在先，混合式在后。
对于反应式、永磁式步进电机，从现有论著来看，工作的理论基础论述清晰，设计计算与试验数据吻合一致，生产制造已基本定型。
混合式步进电动机发展相对迟缓，这与永磁材料发展息息相关。
近年来，各种高矫顽力稀土磁体涌现，促进了混合式步进电动机的发展。
本文结合生产实际·将混合式步进电动机与反应式、永磁式步进电动机在基理方面进行比较说明的基础上，详绌论述混合式步进电动机的理论基础，并提出相应的设计原则和设计特点。
2理论分析反应式步进电动机的工作基础是基于定子磁场产生的反应转矩，静转矩简化表达式为式(1)表示反应式步进电动机是基于反应力矩（磁阻力矩）工作的，因此气隙两侧的定、转子表面有意设计成齿槽结构，使鲁变化率最佳。
由式(1)可得出，当定转子齿层尺寸确定之后，’反应式步进电动机的静转矩正比于定子磁场在气隙中的磁压降和电机铁心长度的乘积。
永磁式步进电动机的工作原理是基于定子磁场和转子永磁磁场的互相作用，静转矩的简化表达式为由式(2)可见，永磁式步进电动机的静转矩是由定子电枢磁场和转子永磁磁场互相作用产生的同步转矩。
当磁钢材质和几何尺寸确定之后，其静转矩正比于定子磁场和磁钢磁场及铁心长度的乘积。
综上所述，在工作原理、磁路状态、转矩计算等方面，反应式步进电动机类同反应式同步电机；永磁式步进电动机类同永磁式同步电动机，共同特点都是转矩与定子铁心长度成正比，其差别只是同步电动机的定子磁场是随电源频率同步的旋转磁场，而步进电动机定子磁场是随通电脉冲频率的阶跃旋转磁场。
混合式步进电动机的作用原理不同于反应式步进电动机，也不同于永磁式步进电动机，更不能简单理解为永磁式和反应式步进电动机的混合，由于基理不同．磁路计算、转矩计算都不能套用永磁式和反应式步进电动机的相关公式，它在磁路状态、磁场作用、磁场之间关系等方面有它自身的特点。
混合式步进电动机通常有四相、五相，其结构如图所示。
图为典型四相混合式步进电动机的结构。
齿并嵌套线圈。
转子由二段铗心中间夹一块由图可见，定子结构与反应式步进电动机基本相同，定子铁心分成8个极齿，极齿上有小环形磁钢，转子铁心也有小齿，磁钢两端铁心互相错开半个齿距。
磁钢轴向充磁。
为说明方便，将部分剖面展开．如图2所示，图中上面部分为磁钢S极性侧剖面，下面部分为磁N极性侧剖面。
现设定、转子齿处于图2所示位置。
图中虚线表示磁钢产生的磁通，实线表示线圈电流产生的磁通。
先假定定子线图没有通电流，此时只有磁钢产生的磁通，如图中虚线所示。
磁钢两侧极性磁力线走向及转子受力方向如表1所示。
由表1可知，在S极性侧，磁钢产生的磁力在口极齿和D极齿下转子受力互相抵消，A极极齿下转子受力自身抵消．e极齿下只产生径向磁拉力。
在Ⅳ极性侧，B极齿和D极齿下转子受力互相抵消．C极齿下转子受力自身抵消，A极齿下只产生径向磁拉力。
从整个电机看，磁钢产生的磁力为B、D极齿在磁钢左右两侧转子受力互相抵消，S极性侧4极齿和^极性侧e极齿转子受力相互抵消；S极性侧C极齿和-极性侧4极齿转子受到的径向磁拉力互相抵消。
力的分析表明，混合式步进电动机当线圈未通电以前，磁钢产生的磁力在极齿之间处于平衡状态，不会产生转矩。
一台装配好的电机，手触转动时有力矩存在．这个力矩通常称之自馈力矩，其值很小，它是由5站次谐波转矩产生的。
顺便指出，当手感此力矩较大时，说明电动机加工等存在质量问题。
当转予磁钢没有充磁，B相线圈和D相线圈通以如图方向的电流，并设定、转子相对位置不变，此时定子线圈产生的磁通路径如图中实线所示。
磁钢两侧线圈电流产生的磁力方向如表2所示。
由表2可知，线圈电流产生的磁力，在未充磁的S极性侧，D极齿下转子受力互相抵消，在N极性侧结果相同，4极齿无磁力作用。
分析结果表明，即使定、转子表面开有象反应式步进电动机一样的齿槽。
当定子绕组轮流通电时，不会产生反应力矩，也就不会显示步进运动。
进一步分析表明，每极齿齿磁导虽然随转子转角变化而变化，或者说，通电绕组轮流变化时．尽管电流值相同、磁势一样，会产生不同大小的磁通，使每极齿的磁力发生变化，但是产生平衡力的对应极齿的力变化是同步的，包括力的大小和方向，因此转子始终处于平衡状态，不显观转距。
可见，单有线圈电流产生的径向磁场，即使磁场位置改变时，也不可能产生转距。
设定、转子相对位置不变，线圈电流产生的磁场和磁钢产生的磁场共同作用下的磁力方向如表3所示。
为了使磁力线的表示与图2、表1、表2相吻合，表中的双线箭头表示磁钢产生的磁通路径和磁力的方向，实线表示线圈电流产生的磁通的路径和磁力的方向。
表3所示结果表明，磁钢极性两侧的口、A极齿，因无线圈电流，磁钢磁场产生的径向磁拉力互相抵消，左右磁力自身抵消，不产生转矩。
在S极性侧的B极齿上两两磁场显示助磁作用，D极齿上，两磁场显示去磁作用，管样改变了通电前极齿下磁场的分布，使磁钢磁场产生的大小相等方向相反的平衡力发生了变化，导致口极齿磁力增加，D极齿磁力减弱，结果使转子产生向左的转矩。
Ⅳ极性侧都相反，B极齿上两磁场呈去磁作用，D极齿上助磁作用，致使D极极齿磁力增加，B极齿磁力减弱，结果却仍然使转子产生向左的转矩，这就足为什么磁钢两侧铁心错开半个齿距的缘故。
从以上的分析可看出，磁钢在电机工作中的作用反映了永磁电机的特点，另一方面又象反应式一样，定、转子表面开有齿槽使步距角做得很小。
从这一点着眼，混合式步进电动机可看作是永磁式和反应式步进电动机两者优点的组合。
笔者认为，混合式步进电动机线圈电流产生的异极磁场作用于磁钢产生的单极磁场，改变了每极磁场的分布，使极间产生了磁位差，该磁位差随定子通电相序同步变化，它作用于气隙基波磁导产生转矩，实现电动机的步进运动。
这种以轴向磁场为基础，径向磁场的作用，又基于反应式的工作原理来解释混合式的含意才是它的特征。
由于混合式步进电动机是基于反应力矩工作的，因此可把它看作一台等效的反应式步进电动机，与反应式步进电动机的差别只是极齿下的磁势是异性磁势和单极磁势的合成。
3设计特点混合式步进电动机工作的理论基础是气隙磁场为定子线圈产生的异性径向磁场对磁钢产生的轴向单极磁场的作用，导致极齿下的气隙磁势压降不同，这个差值与定、转子齿层结构引起随转角变化的磁导的作用，产生转矩。
应特别指出，气隙磁场的合成不是如一般电动机那样为两磁场的矢量合成，其值几何相加，而是两个磁场的算术加减，这是宅的特点之一。
需强调指出的是，气隙合成磁场的算术叠加，只有在径向气隙磁场的场强小于或等于轴向磁场时才成立。
当径向磁场的气隙磁场强度超过轴向磁场时，超过部分的场强不产生力矩，这是因为超过部分的磁场在极齿之间的作用，与磁钢未充磁前定子线圈电流产生的径向磁场单独作用时的效果相同。
这是混合式步进电动机设计上区别于其它各类电动机的重要特征。
使极齿下径向气隙磁场小于等于轴向气隙磁场为混合式步进电动机的设计原则，相等时为最佳设计。
通常．任何电机都有一个合适的气隙磁密．这里假定眈为常数，根据上面概念可写出如下式子当选定了磁钢、确定了电机内径、选择了合适的齿层尺寸之后÷由式(3)可见，磁钢产生的轴向磁通可认为与电机铁心长度无关，线圈电流产生的径向磁通随长度增减而增减。
为了使气隙磁场分配合理，使轴向磁场等于径向磁场．对于一定尺寸、某材质磁钢，必然对应着一个最洼铁心长度。
还要指出．混合式步进电动机的磁路如图3所示，它是径向磁路和轴向磁路的混合，气隙两边齿端处磁密最高，然后随径向尺寸的延伸而逐渐减小。
实践表明，齿端磁密取高饱和磁密为最佳。
由图可见，轭、齿部分的磁密径向是正交磁密，轴向既是正交磁密，又是梯形分布磁密，这是混合式步进电动机的又一特点。
只要注意到上述提到的各项特点．混合式步进电动机的设计方法类同一般永磁电机．但设计顺序略有差别。
首先确定电机的径向几何尺寸．选择磁钢材料和尺寸，初选铁心长，计算磁钢轴向磁路的礅导，绘制磁钢工作图，求出磁钢有效磁通，折算到极齿端磁密，如磁密太小，则增长铁心长度，反之亦然。
调整后重新计算，直至得到合适的最佳铁心长度为止。
再以等磁密为基准，计算电机的静力矩，如静力矩太小？可增加并联段数，使静力矩值满足技术要求．然后通过电路和径向磁路的计算，确定产生径向磁场所需的线圈参数。
电机设计是电、磁、力、热的多目标函数，计算过程需多次反复。
根据混合式步进电动机的工作理论基础和磁能理论可推得电机的力矩简化表达式和简单实用的最大静转短工程计算式。
按式(5)计算了三个机座号的最大静转矩理论值，表5为理论值和试验值的比较。
由表5可知，两者比较吻合。
4结论a．混合式步进电动机靠径向异性磁场对轴向单极磁场的作用，导致极齿之间的磁势差，该磁势作用于气隙基波磁导产生反应转矩。
b．混合式步进电动机最佳设计应使轴向磁场和径向磁场相等，以此为基础可以导出某材质磁钢的最佳转子铁心长度。
c．混合式步进电动机静转矩计算公式与反应式步进电动机类同，只是公式中各量的含义要注意混合式步进电动机自身的特点。
高速实验室微型离子器应用英国电感器公司制造的专用无齿无刷DC电机，在8秒钟内能缓慢加速到13300rpm，在10秒钟内就能制动，噪声不会超过60dB。
在一般DC电机中，转子在电枢里寻求与齿相对的最小磁阻位置，这在输出转矩下槽沟会产生波动，给精密定位和速度控制带来困难。
没有咆枢齿能消除齿槽效应，减少漏磁通。
应用已申请了专利的绕线圈工艺和稀土磁铁能制出无齿无刷DC电机，电机尺寸范围从子分数到2hp。
电机转子迭片自动计量系统英国电机主导生产厂家Brook Crom.ptmz是Hawker Siddeleq集团的成员，展近在安装能与专门编程的通用重量计连接的SLS平台。
此系统能将成批的转子迭片按转子磁芯规格计量，准确下料，能节省转子磁芯的安装成本，提高可靠性和效率。
配用的软件具有精确审核重量能力。
根据电机规格把所需磁芯重量简单地输入重量计，计量迭片重量，然后与线圈组合。
从所需总重量中减去每批重量，在计数器减到零时，使用者就能知道制造磁芯用的迭片长度。