我們知道兩相混合步進(jìn)電機(jī)的一般驅(qū)動(dòng)模式有：?jiǎn)蜗鄤?lì)磁全步驅(qū)動(dòng)、雙相勵(lì)磁全步驅(qū)動(dòng)、半步驅(qū)動(dòng)以及更加細(xì)分的微步驅(qū)動(dòng)。這些模式都是需要兩相按節(jié)奏通電來(lái)驅(qū)動(dòng)的，但在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)只給電機(jī)的單獨(dú)某一相通電，步進(jìn)電機(jī)也能轉(zhuǎn)起來(lái)。

將一臺(tái)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)（金的電機(jī)HD42系列，步距角1.8°）與驅(qū)動(dòng)接線，只接上4個(gè)線頭中的A和A-兩個(gè)端子，可以發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)仍然可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但有以下特點(diǎn)：

（1）低頻無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)（低于400Hz）；

（2）多次開(kāi)關(guān)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向隨機(jī)；

（3）轉(zhuǎn)矩小，施加相反外力后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

下面我們分析一下這個(gè)現(xiàn)象。

正常接線單相勵(lì)磁全步驅(qū)動(dòng)下：

AB相通電順序?yàn)椋篈>B>A->B->A

當(dāng)B相不通電，那么電機(jī)的通電順序?yàn)椋篈>斷>A->斷>A

畫(huà)一個(gè)定子示意圖，將8個(gè)極逆時(shí)針依次編號(hào)（如圖1），A相繞組為第1、3、5、7極，僅A相通電時(shí)，相當(dāng)于僅有A相繞組。

圖1 2相8極步進(jìn)電機(jī)的定子繞組

假設(shè)通電前，轉(zhuǎn)子齒恰好與第一極齒完全對(duì)齊，根據(jù)1.8°步進(jìn)角步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，第5極轉(zhuǎn)子和第1極一樣，定子和轉(zhuǎn)子齒完全對(duì)應(yīng)，第3極和第7極一樣，定子和轉(zhuǎn)子齒剛好完全錯(cuò)開(kāi)，如圖2所示。

圖2 第1（5）極和第3（7）極定子和轉(zhuǎn)子齒位置示意圖

這個(gè)位置是完全平衡的，轉(zhuǎn)子不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

但實(shí)際上，上述完全對(duì)齊的狀態(tài)是不存在的，總有細(xì)微的偏差，于是便可能存在轉(zhuǎn)子微偏左微偏右兩種情況。假設(shè)通電的第一拍，第1極和第3極分別是N和S極，那么：

當(dāng)轉(zhuǎn)子微偏左時(shí)，通電時(shí)（A)立即產(chǎn)生一個(gè)初始力矩使得轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖3（1）），經(jīng)過(guò)一拍的斷電，轉(zhuǎn)子在慣性作用下繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖3（2））并突破了平衡位置，下一拍電流轉(zhuǎn)向（A-)，第1極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向左的排斥力，第3極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上的吸引力，轉(zhuǎn)子又獲得了力矩推動(dòng)繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如此循環(huán)往復(fù)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來(lái)了。

圖3 啟動(dòng)轉(zhuǎn)子微偏左時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程

同樣的原理，轉(zhuǎn)子微偏右時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子便逆時(shí)針轉(zhuǎn)了起來(lái)，過(guò)程如圖4所示。

圖4 啟動(dòng)轉(zhuǎn)子微偏右時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程

好了，以上解釋了單相通電步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)理。其實(shí)這就是一個(gè)4極的單相電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)理和單相步進(jìn)電機(jī)一致。只不過(guò)現(xiàn)實(shí)的單相電機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)成不均勻的氣隙，使得斷電時(shí)轉(zhuǎn)子天然和定子極產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)固定方向的初始力矩，讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，而且方向是固定的。但是由于混合式步進(jìn)電機(jī)氣隙是均勻的，所以轉(zhuǎn)子偏移方向是隨機(jī)的，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)方向也是隨機(jī)的。這也就解釋了多次通電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向隨機(jī)的現(xiàn)象。

那么我們繼續(xù)解釋其他的現(xiàn)象：

首先，電機(jī)低頻無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。我們發(fā)現(xiàn)將信號(hào)頻率降低至400Hz以下后，電機(jī)便只能原地振動(dòng)。回顧上文中電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，初始力矩將帶動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生初速度并在慣性作用下突破平衡位置，而接下來(lái)一拍，定子極將斷電，在這一拍的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子將受到與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力矩（因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁路傾向于向磁阻最小的位置調(diào)整），如果這個(gè)時(shí)間很短（信號(hào)頻率高），第三拍轉(zhuǎn)子將繼續(xù)受到與轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的力矩，因此轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)繼續(xù)；相反，若信號(hào)評(píng)率低，第二拍時(shí)間長(zhǎng)，那么在轉(zhuǎn)換到第三拍之前，轉(zhuǎn)子就被這個(gè)反向力矩拉回平衡位置了，從而無(wú)法連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是在平衡位置處來(lái)回振動(dòng)。

另外，在施加反向力后電機(jī)反轉(zhuǎn)。這個(gè)現(xiàn)象就很好理解了，在施加反向力使得電機(jī)轉(zhuǎn)速下降至0并產(chǎn)生反向初速度后，電機(jī)就自然按照反向轉(zhuǎn)動(dòng)的模式運(yùn)動(dòng)了，參考圖3和圖4兩種運(yùn)動(dòng)模式。

實(shí)操過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，本質(zhì)是單相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理，中間還混雜這一系列混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，因吹思婷。

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