两相混合式步进电机机和反应式步进电机的区别

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混合式步进电机_百度百科
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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。[1]
混合式步进电机产品介绍
步进电机的原始模型起源于1830年至1860年间世纪年代后期，随着永磁材料和半导体技术的发展，步进电机很快的发展并成熟起来。20世纪60年代后期我国开始研究和制造步进电机。从那时到60年代末，主要是高校和科研院所为研究一些装置而开发的少量产品。70年代初开始，生产和研究才有所突破。70年代中期至80年代中期进入发展阶段，各种高性能产品不断被开发出来。80年代中期以后，由于对混合式步进电机的开发和研制，我国混合式步进电机的技术，包括本体技术和驱动技术在内，都逐渐接近国外产业的水平，各种混合式步进电机及其驱动器的产品应用逐渐多起来。
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。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。
B相与A相的情况类似。转子的两段齿槽相互错开半个齿距(见图5．1．5)，中间用环形永久磁钢连接，两段转子的齿的磁极相反。根据反应式电机同样的原理，电机只要按照A—B—A—B—A或A—B—A—B—A的顺序通电，步进电机就能逆时针或顺时针连续旋转。
显然，同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，而两块不同段的转子片的极性相反。混合式步进电机与反应式步进电机的最大区别在于当磁化的永久磁性材料退磁后，则会有振荡点和失步区。
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要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。
混合式步进电机结构和驱动
国内生产步进电机的厂 家很多，其工作原理是是一样的，下面以国产某两相混合式步进电机42B Y G2 50C 及其驱动器SH20403为例介绍混合式步进电机的结构和驱动方法。[2]
两相混合步进电机结构
工业控制中采用如图1所示的定子磁极上带有小齿，转子齿数很多的结构，其步距角可以做得很小。如图1两
相混合式步进电动机的结构图，和图2步进电机绕组接线图，A、B两相绕组沿径向分相，沿着定子圆周有8个凸出的磁极，1、3、5、7磁极属于A相绕组，2、4、6、8磁极属于B相绕组，定子每个极面上有5个齿，极身上有控制绕组。转子由环形磁钢和两段铁芯组成,环形磁钢在转子中部，轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两端，使得转子轴向分为两个磁极。转子铁芯上均匀分布50个齿，两段铁芯上的小齿相互错开半个齿距，定转子的齿距和齿宽相同。
两相混合式步进电机的工作过程
当两相控制绕组按
的次序 轮流通电，每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，产生电磁转矩，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，如图 4所示 　　A相通电转子 N极端定转子平衡图。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。A相绕组通电时转子N极端、S极端转子平衡图如图3。
因转子上共有50个齿，其齿距角为360° /50=7.2°，定子每个极距所占的齿数为不是整数，因此当定子的A相通电，在转子N极，磁极1的5个齿与转子齿对齿，旁边的B相绕组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位，即 1.8°，如图4所示 A相通电时定转子齿展开图画圆圈的地方，A相磁极3的齿和转子就会错位 3.6°，实现齿对槽了。
磁力线是沿转子N端→A(1)S磁极→导磁环→A(3’)N磁极→转子S端→转子N端，成一闭合曲线 。当A相断电B相通电时，磁极2产生N极性，吸合离它最近的S极转子7齿，使得转子沿顺时针方向转过1.8°，实现磁极2和转子齿对齿，B相绕组通电定转子齿展开图如图5所示，此时磁极3和转子齿有1/4齿距的错位。
依次类推若继续按四拍的顺序通电，转子就按顺时针方向一步一步地转动，每通电一次即每来一个脉冲转子转过1.8°，即称步距角为1.8°，转子转过一圈需要360°/1.8°=200个脉冲(见图4、5)。
在转子S极端也是同样道理，当绕组齿对齿时，其旁边一相磁极错位1.8°。3 步进电机驱动器步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电,控制电机转动。步进电机 42BYG250C的驱动器为SH20403。为10V～40V直流供电， A+、A-、B+、B-端 子要连接步进电机的四条引线，DC+、DC-端子接驱动器工作直流电源，输入接口电路包括公共端(接输入端子电源正极)、脉冲信号输入端(输入一系列脉冲，内部分配以驱动步进电机A、B相)、方向信号输入端(可实现步进电机的正、反转)、脱机信号输入端。
混合式步进电机优点
混合式步进电机分为两相、和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，混合式步进电机随着相数（通电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这种步进电机的应用最为广泛。混合式步进电机综合了反应式和永磁式步进电机两者的优点：极对数等于转子齿数，可以根据需要在很大范围内变化；绕组电感随　　转子位置变化较小，易于实现最佳运行控制；轴向充磁磁路，使用高磁能积的新型永磁材料，有利于电机性能的提高；转子磁钢提供励磁；在整个运行区域没有明显的振荡。[3]
龚仲华，杨红霞编著,机电一体化技术与系统,人民邮电出版社,2011.10,第127页
侯艳霞. 混合式步进电机工作原理及其PLC控制[J]. 科技创新导报,-97.
刘霜. 混合式步进电机的神经网络控制方法研究[D].浙江大学,2013.
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[日期: 10:02]&&&
混合式步进电机的转子是永磁式步进电机与反应式步进电机转子的复合体，其转子是由中间的永磁体和两端的导磁圆盘轴向串联构成的，导磁圆盘外圆均勾分布着小齿，两个圆盘完全一样并将它们错开齿距安装，而圆盘中间的永磁圆柱体给圆盘轴向充磁，一个圆盘为N极，另一个圆盘为8极。
如图1所示为两相混合式步进电机的结构图，其转子有50个齿，步距角为1.8&，其定子有八个磁极，这八个磁极内圆均匀分布着与转子齿距相同的的小齿，定子齿与转子齿分布在气隙的两边，这两类齿的磁通在气隙处相互作用将会产生电磁转矩，进而使转子旋转。转子齿多于定子齿。
图1：混合式步进电机的结构图
线圈用绕线机直接绕制在树脂注塑成型的槽绝缘骨架上，线圈绕好后安装在磁极上，前后盖采用铸铝材料，采用机械加工方法保证轴承座与安装止口的同心度，转子装入定子和前后盖间，确保气隙均匀。
为容易理，解简化磁路如图2所示，其中定子为4个主极，转子为5个转子齿，永磁体的磁化方向为轴向，N、S极在两端磁化，产生的磁力线方向如箭头所示。两个导磁体夹着1个永磁体，东莞环球电机转子的齿位置互相相差1/2齿节距。转子的磁通从N极出发，经过气隙最小处也就是定转子齿相对的地方到定子磁路，再返回转子的S极，磁路如箭头所示。由于转子永久磁铁的磁通为定子铰链磁通，当定子线圈流过电流时，根据弗莱明左手定则产生电磁转矩。
如图2左侧的转子上部，右侧的转子下部产生吸引力，轴两侧产生力矩（该力是不平衡电磁力），转子的旋转受定子激磁线圈切换产生旋转力。轴承的间隙很容易产生振动。为消除此不平衡电磁力，实际定子主极为8个极，转子齿数为偶数，两个转子齿部先对的定子在轴向上不是分开的，而是采用硅钢片叠压为一体的。
关键字：环球电机　　分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或1.5度；反应式步进一般为三相，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。它又分为两相、三相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，混合式步进电机随着相数（通电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这种步进电机的应用最为广泛。
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