以步進(jìn)步距角為1.8°的混合式步進(jìn)電機(jī)為例。轉(zhuǎn)子50齒；定子8極，每極6齒，一共48齒。

首先我們看靜態(tài)下，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子是50個(gè)齒均勻排布。定子48齒分為8極，每極6齒，各極上的齒距和轉(zhuǎn)子是一致的，可以一一對(duì)應(yīng)。定子齒的排布可以這樣理解：將原本與轉(zhuǎn)子一一對(duì)應(yīng)的50個(gè)齒截去2個(gè)完整的齒（即2個(gè)齒頂和2個(gè)齒槽），再均分為8個(gè)極，依次均勻排布在圓周上。

圖1 步進(jìn)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖

將定子8個(gè)極逆時(shí)針依次標(biāo)記為1-8#。將第1極的第一個(gè)齒記為1號(hào)定子齒，逆時(shí)針依次標(biāo)記。與1號(hào)定子齒對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒記為1號(hào)轉(zhuǎn)子齒，逆時(shí)針依次標(biāo)記。讓第1極與轉(zhuǎn)子齒恰好對(duì)齊，如圖2所示。

第1極定子和轉(zhuǎn)子一一對(duì)齊。

由于極間隙的存在，第2極定子齒“超前”轉(zhuǎn)子齒1/4個(gè)齒，稱(chēng)為“半對(duì)齊”。（參考定子/轉(zhuǎn)子第7齒的位置關(guān)系） 同樣的第3極“領(lǐng)先”轉(zhuǎn)子又多了1/4齒，也就是1/2個(gè)齒，也就是完全錯(cuò)開(kāi)了，可以參考第13個(gè)定/轉(zhuǎn)子齒的位置關(guān)系。第4極的齒“領(lǐng)先”轉(zhuǎn)子3/4齒，半對(duì)齊；第5極“領(lǐng)先”了完整的一個(gè)齒，因此定子和轉(zhuǎn)子齒又完全對(duì)齊了。

接下來(lái)的第6、7、8又重復(fù)以上過(guò)程，最后回到第1極，整個(gè)過(guò)程中定子和轉(zhuǎn)子差了2個(gè)齒位。

圖2 靜態(tài)下步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子齒的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系

接下來(lái)我們看步進(jìn)電機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的。

8個(gè)極爪上會(huì)繞上兩組線(xiàn)圈，分別稱(chēng)為A相和B相。繞線(xiàn)的方式參考圖2。其中1、3、5、7極是一相(A相），對(duì)應(yīng)一條線(xiàn)，2、4、6、8是另一相（B相），對(duì)應(yīng)另一條線(xiàn)，一共引出四個(gè)線(xiàn)頭。圖3顯示了各繞組的繞線(xiàn)方向，箭頭代表紙平面靠外的線(xiàn)束的繞線(xiàn)方向。

圖3 繞組的繞線(xiàn)方向

若按照AB兩相輪流通電產(chǎn)生的磁極方向如圖4所示。

圖4 不同相電流方向以及磁極方向

用表格標(biāo)識(shí)為為：

接下來(lái)我們分析轉(zhuǎn)子如何轉(zhuǎn)動(dòng)。

假設(shè)初始時(shí)定轉(zhuǎn)子在圖1展示的位置，按照A>B>A->B->A順序通電。

那么第一步，A相通電時(shí)，1、5定子N極齒與轉(zhuǎn)子S極齒對(duì)齊，3、7定子S極齒與轉(zhuǎn)子槽（也就是紙面內(nèi)部轉(zhuǎn)子的N極齒對(duì)齊），恰好處于平衡位置。參考圖5。

圖5 初始時(shí)A相通正向電流（A）時(shí)轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)

第二步B相通電，如圖6所示，第2、6定子極對(duì)轉(zhuǎn)子(紙面外側(cè))產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻奈?，?、8定子極對(duì)轉(zhuǎn)子（紙面外側(cè)）產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻呐懦饬?，從而讓轉(zhuǎn)子開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。以上針對(duì)紙面外側(cè)轉(zhuǎn)子的受力分析，其實(shí)對(duì)紙面內(nèi)測(cè)的轉(zhuǎn)子受力分析的結(jié)果是一樣的，由于內(nèi)外側(cè)轉(zhuǎn)子的齒完全錯(cuò)開(kāi)，磁極相反，外側(cè)齒槽的位置就是內(nèi)側(cè)齒頂位置，這時(shí)，第2、6定子極對(duì)紙面內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的是逆時(shí)針?lè)较虻呐懦饬Γ?、8定子極對(duì)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的是逆時(shí)針?lè)较虻奈Α？偟膩?lái)說(shuō)在這個(gè)步驟中，四個(gè)定子極對(duì)內(nèi)外側(cè)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的力矩方向都是逆時(shí)針的。

圖6 B相正向通電后轉(zhuǎn)子的受力分析

顯然旋轉(zhuǎn)一步的步長(zhǎng)是1/4個(gè)齒，一個(gè)圓周360°分為50個(gè)齒，1/4齒每個(gè)步長(zhǎng)意味著旋轉(zhuǎn)一圈總共需要200步，每步1.8°。這就是為什么8極兩相50齒步進(jìn)電機(jī)的整步步長(zhǎng)為1.8°。經(jīng)過(guò)第二步的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)到如圖7所示的新的平衡位置。

圖7 B相正向通電后的平衡位置

第三步，A相通反向電流（A-)，此時(shí)轉(zhuǎn)子受力情況如圖8所示。第1、5定子極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较蚺懦饬Γㄍ猓┖臀Γ▋?nèi)），第3、7定子極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻奈Γㄍ猓┖团懦饬Γ▋?nèi)），總之轉(zhuǎn)子受到的力矩方向仍然是逆時(shí)針?lè)较?，這讓轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)1.8°到下一個(gè)位置（圖9 )

圖8 A相反向通電后轉(zhuǎn)子的受力情況

圖9 B相反向通電的平衡位置

第四步B相通反向電流（B-），仍然對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻牧兀@樣一直持續(xù)下去，轉(zhuǎn)子就一步步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。

在第一步不變的情況下，第二步B相應(yīng)如果通相反的電流（B-),那么轉(zhuǎn)子受到的初始力矩就變成了順時(shí)針?lè)较?，在按照A>B->A->B>A的順序通電，那么轉(zhuǎn)子就持續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)啦。

上面這種轉(zhuǎn)動(dòng)模式下A、B相輪流通電，這種驅(qū)動(dòng)模式就是所謂的“單相勵(lì)磁全步驅(qū)動(dòng)”，調(diào)整通電的順序和節(jié)奏，可以改變步長(zhǎng)和轉(zhuǎn)矩，比如“兩相勵(lì)磁全步驅(qū)動(dòng)”、“混合勵(lì)磁半步驅(qū)動(dòng)”等。

以上我們將步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)方式拆解的非常細(xì)，也建立了很直觀的模型，后續(xù)在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上我們?cè)倮^續(xù)解釋步進(jìn)電機(jī)的其他重要概念。

金的電機(jī)在步進(jìn)電機(jī)領(lǐng)域深耕十余年，基于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理的深刻理解，金的為客戶(hù)持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)并不斷創(chuàng)新。接下來(lái)的系列文章里，金的將帶您繼續(xù)搞懂步進(jìn)電機(jī)。

東莞金的電機(jī)有限公司

金的電機(jī)金的品質(zhì)Golden Motor Golden Quality

http://m.anjianxitong.com