混合式步進(jìn)電機有三種類(lèi)型：永磁(PM)、電抗(VR)和混合式(HB)。反應式步進(jìn)一般為兩相，扭矩和體積較小，步進(jìn)角度一般為7.5度或1.5度；永磁步進(jìn)一般為三相，可以實(shí)現大轉矩輸出。步進(jìn)角度一般為1.5度，但噪音和振動(dòng)都很大。80年代在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)淘汰；混合式步進(jìn)是指永磁型和電抗型優(yōu)點(diǎn)的結合。

混合(HB型)步進(jìn)電機有兩相、三相、五相三種，轉子是一樣的，因為與相數無(wú)關(guān)。本文以?xún)上郒B型混合式步進(jìn)電機為例進(jìn)行說(shuō)明。HB型的名稱(chēng)來(lái)源于它的轉子結構，它的轉子是PM型永磁步進(jìn)電機和VR型變磁阻無(wú)功步進(jìn)電機的組合體，故又稱(chēng)混合式步進(jìn)電機。

本文主要介紹HB混合式步進(jìn)電機的結構和工作原理，具體跟隨邊肖來(lái)了解。

　　HB型混合式步進(jìn)電機的結構

HB混合式步進(jìn)電機的結構是在兩個(gè)導磁圓盤(pán)之間軸向串入一個(gè)永磁圓柱體，兩個(gè)導磁圓盤(pán)的外圓齒距相同，與VR變磁阻無(wú)功步進(jìn)電機的轉子結構相同。兩個(gè)圓盤(pán)的齒交錯1/2節距，轉子圓柱形永磁體一端軸向充磁N極，另一端為S極。

從結構上看，永磁轉子的N極和S極分布在轉子的外表面。為了提高分辨率，需要增加極數，通常直徑為20毫米，轉子可以配備24極。極數增加，漏磁通增加，電磁轉矩減??；而HB轉子的N、S極分布在兩個(gè)不同的軟磁盤(pán)上，可以增加轉子極數，提高分辨率。直徑20mm可配置100極，磁極軸向磁化。N極和S極組裝后在兩極磁化，磁化簡(jiǎn)單。

與轉子齒對應的定子極有與轉子齒同節距的小齒，與轉子齒在氣隙處的磁通相互作用，產(chǎn)生電磁轉矩。這種帶轉子的步進(jìn)電機近年來(lái)得到了廣泛的應用。

這種結構起源于1992年美國GE通用電氣公司的Karl Feiertag，獲得了美國專(zhuān)利發(fā)電機。與目前的兩相HB步進(jìn)電機結構相同，初是作為低速同步電機使用的。后來(lái)美國Superior Electric Company和Sigma Instruments Company開(kāi)發(fā)了一種步進(jìn)角為1.8，轉子齒數為50的兩相HB步進(jìn)電機。

下圖為HB混合式步進(jìn)電機的截面圖，定子繞組為兩相，轉子齒數分別為50和1.8。為了增加輸出轉矩，轉子軟磁極的軸向長(cháng)度盡可能加長(cháng)。

下圖是HB步進(jìn)電機各結構示意圖：

定子有八個(gè)均勻分布的磁極(放置繞組的主磁極)。這八個(gè)磁極的內圓分布著(zhù)與轉子齒節距相同的齒，分布在氣隙的兩側。轉子齒比定子齒多。

線(xiàn)圈直接用繞線(xiàn)機纏繞在樹(shù)脂注射成型的槽絕緣骨架上，線(xiàn)圈纏繞安裝在磁極上。前后端蓋由鑄鋁制成，并經(jīng)過(guò)機械加工，以確保軸承座和安裝接頭之間的同心度。通常HB混合式步進(jìn)電機的氣隙為0.05~0.1mm，因此控制各部件的加工精度非常重要。

轉子安裝在定子和前后端蓋中，以確保均勻的氣隙。永磁體磁化方向為軸向，N、S極兩端磁化。產(chǎn)生的磁力線(xiàn)方向用箭頭表示。為了便于理解，實(shí)際磁路被簡(jiǎn)化為定子有四個(gè)主磁極和五個(gè)轉子齒(如下圖所示

，B為磁通密度，L為線(xiàn)圈軸向有效長(cháng)度）產(chǎn)生電磁轉矩。2個(gè)導磁體夾著(zhù)1個(gè)永磁體，轉子的齒位置互相相差1/2齒節距。轉子的磁通從N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)氣隙小處（定轉子齒相對的地方）到定子磁路，再返回轉子的S極，磁路如箭頭所示。

　　上圖左側的轉子上部，右側的轉子下部產(chǎn)生吸引力，軸兩側產(chǎn)生力矩（此力是不平衡電磁力），轉子的旋轉受定子激磁線(xiàn)圈切換產(chǎn)生旋轉力。軸承的間隙會(huì )很容易產(chǎn)生振動(dòng)。實(shí)際上定子主極為8個(gè)極，轉子齒數為偶數，目的是消除此不平衡電磁力。實(shí)際上與2個(gè)轉子齒部相對的定子，在軸向上并非是分開(kāi)成兩個(gè)，而是采用硅鋼片疊壓而成一體。

　　HB型混合式步進(jìn)電機工作原理

　　下圖描述了兩相HB型步進(jìn)電機的工作原理。永久磁鐵使轉子產(chǎn)生N極和S極，由吸引力和排斥力產(chǎn)生電磁轉矩，兩相繞組假設為A相、B相、“杠A”相、“杠B”相。例如，A相和“杠A”相接通電源，根據右手螺旋法則產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)。同樣，B相與“杠B”相也是如此。圖中，實(shí)線(xiàn)箭頭表示轉子磁通，虛線(xiàn)表示為其磁路磁通Фm。從轉子磁鐵的軸向圖看，轉子N極通過(guò)氣隙向下進(jìn)入定子，通過(guò)定子磁極軸向穿過(guò)鐵心到達上面的定子磁極后，穿過(guò)氣隙回到轉子S極。下圖充分說(shuō)明了HB型混合式步進(jìn)電機的結構和工作原理。

　　轉子磁路中間為永久磁鐵，下側為N極，上側為S極。磁鐵的厚度方向磁通由上向下。開(kāi)始狀態(tài)（a）為A相激磁，則“杠A”相極性相反，因此停在圖示位置，轉子與A相和“杠A”相的各一半對應，形成交鏈磁通Фm，如圖中虛線(xiàn)所示。

　　下一步，激磁相轉換到狀態(tài)（b），斷開(kāi)A相激磁電流，接通B相激磁電流，則轉子向右移動(dòng)1/4轉子齒距，運行到圖（b）的位置。

　　再一步，激磁相轉換到狀態(tài)（c），斷開(kāi)B相激磁，接通“杠A”相激磁，則轉子從狀態(tài)（b）向右移動(dòng)一步（1/4齒距）運行到狀態(tài)（c）的位置。同樣，激磁相換到狀態(tài)（d），斷開(kāi)“杠A”相激磁，接通“杠B”相激磁，則轉子從狀態(tài)（c）向右移動(dòng)一步（1/4齒距）運行到狀態(tài)（d）的位置。再一步，就返回狀態(tài)（a），依次不斷循環(huán)。