3相混合式步进电机内部结构
步进电机
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。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。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
第四讲 步进电动机
1
步进电机的控制
(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则
电机就反转。
(3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一 步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率， 就可以对步进电机进行调速。
目 录
1
2
步距角和静态步距误差 最大静转矩 矩频特性 起动频率和连续运行频率
11
3 4
1
步距角和静态步距误差
步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步 距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。
2
最大静转矩
步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电 状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静 态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。
步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM） 和混合式步进电机（简称HB）。
1
步进电机的控制
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原 理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方
式， 其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制
混合式步进电机（简称HB）。
1
打印机中步进电机的常见故障排查
打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不进纸。判断该类电机 是否损坏，可采用以下方法： 1. 根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。 2. 测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的为一组)，再用测电阻 的方法找出每一组的中心抽头端，中心端应对其他两端等电阻且与标注电阻值相 符。 3. 用步进电机上所标注的电源电压(或电路中电机的工作电压)进行试验。 4. 有的步进电机具有两个相同的绕组，但无中心抽头端。
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。
步进电机结构及工作原理
小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
13.7 步进电动机
转子的齿距等于360/ 40=9 ，齿宽、齿槽各4.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
由单片机实现脉冲发生器+脉冲分配器的功能
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。
13.7.2 工作原理
三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
（3）工作过程
步进电机结 构及工作原
理
步进电动机的种类
通常按励磁方式分为三大类：
1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。
2）永磁式： 转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，
步距角较大，力矩较大 3）永磁感应(混合式)：
转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。
齿宽和齿槽和转子相同。
13.7 步进电动机
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个齿。 所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3，B 相、 C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿 （3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
三相混合式步进电机简易画法
三相混合式步进电机简易画法一、引言在现代科技发展迅猛的时代，电机作为自动化领域中的重要元器件，越来越受到人们的关注和重视。
其中，三相混合式步进电机作为一种具有良好性能和可靠性的电机类型，受到了广泛的应用和推崇。
本文将对三相混合式步进电机进行详细探讨，重点介绍其简易画法以及原理性知识，希望能够为读者提供一些有价值的信息和启发。
二、三相混合式步进电机简介三相混合式步进电机是一种采用混合式槽极并具有三相绕组的步进电机，其工作原理是通过改变相绕组的电流脉冲来控制电机的转动角度。
与传统的直流电机相比，三相混合式步进电机具有转动精度高、噪音低、速度范围广等特点，因此在许多精密控制和定位领域得到了广泛应用。
三、三相混合式步进电机简易画法1. 圆心法则在进行三相混合式步进电机的简易画法时，需运用圆心法则。
即在画图过程中，以电机转轴为圆心画出各相绕组的磁场方向，从而能够清晰地呈现出电机的结构和工作原理。
2. 绕组绘制根据电机的实际绕组情况，可采用图纸或计算机辅助绘图的方式，将三相绕组的排列结构进行详细绘制。
这样有助于我们清晰地了解电机的线圈布置和相互作用关系，为后续的学习和实践打下良好的基础。
3. 磁场模拟通过简易画法，我们可以模拟出三相混合式步进电机的磁场分布情况，从而更直观地理解其磁场变化规律。
在此基础上，我们可以进一步探讨电机的转子位置和转动方式，为电机的控制和应用提供重要参考。
四、三相混合式步进电机的原理1. 三相绕组三相混合式步进电机包含三个相位的绕组，分别为A相、B相和C相。
当通过相应的电流脉冲激励时，能够产生磁场旋转效应，从而驱动电机实现精确的角度转动。
2. 步进角步进角是指电机每接收一次脉冲信号后转动的角度，通常与电机的结构和控制方式密切相关。
在实际应用中，我们需要根据具体的转动要求和控制精度选择合适的步进角，以确保电机能够稳定、精准地工作。
3. 控制方式三相混合式步进电机的控制方式包括全步进和微步进两种。
步进电机结构
步进电机的控制方式
01
控制方式是指如何控制步进电机的转 动角度和速度。
02
常见的控制方式包括：脉冲控制、方 向控制和速度控制。脉冲控制是指通 过输入不同数量和频率的脉冲信号来 控制电机的转动角度和速度；方向控 制是指通过改变输入脉冲的顺序来控 制电机的转动方向；速度控制则是指 通过改变输入脉冲的频率来控制电机 的转速。
步进电机的步进模式
步进模式是指步进电机在接收到一个脉冲信号时转动的角度或转过的步 数。
步进电机通常有三种步进模式：单拍制、双拍制和混合拍制。单拍制是 指每次只激发一个磁极，双拍制是指每次同时激发两个磁极，而混合拍
制则介于两者之间。
不同的步进模式适用于不同的应用场景，如单拍制适用于高精度定位， 双拍制适用于快速转动，混合拍制则适用于对速度和精度都有要求的场 合。
电机在动态条件下的效率表现，反映了电机 的能量转换效率。
共振频率
电机自身的固有频率，决定了电机对高频激 励的响应特性。
矩频特性
矩频曲线
描述电机输出转矩与转速之间 关系的曲线，反映了电机的输
出特性。
最高转速
电机在一定转矩下的最大转速 ，决定了电机的最高工作速度 。
转速范围
电机能够稳定工作的转速范围 ，反映了电机的适用范围。
步进电机的控制需要配合驱动器使用，相 对于其他电机来说控制复杂度较高。
06
步进电机的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
01
高精度控制
随着工业自动化和智能制造的快速发展，对步进电机的控制精度要求越
来越高。未来，步进电机将采用更先进的控制算法和驱动技术，实现更
精确的位置和速度控制。
02
高效能化
提高步进电机的效率和性能是未来的重要发展方向。通过改进电机材料、
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。
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
步进电机及其工作原理详细图文
B
4 3
A
1
A
2
4
B
3
2
1
B
C
B
C
A
30 °
θb = 30°
A
2
A
2 1 4 3
B
3
C
B
1 4
B
C
C
制作：张津
A
A
单段反应式步进电机的工作原理 ——四转子齿
定子通电顺序： BA→AC→CB→BA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：
1
2 A A 1 2
360 ° θb = m* Z * C
式中：m －定子相数 4 3 Z － 转子齿数 A C －通电方式 C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式 C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相 匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
△ △A △B △C
1
2 3 4 5 6 7 8 9
制作：张津
环行分配器的工作原理
如果用D触发器,则触发器的输入端就是D端，它的信号也 取自触发器本身，不过这中间还要加一定的外接无源电路。触 发器的输出和输入通过一定的外电路连接在一起，构成一个封 闭的整体环形电路，只要有¦¤x这个单序列脉冲它就能连续不断 地输出ΔA、ΔB、ΔC，这就是我们把它称为环行分配器的道 理。即环行就是触发器的输入由其输出连接，分配就是根据步 进电机定子绕组的通电顺序要求对Δx的序列脉冲进行再分配。 所以也常直接称其为脉冲分配器。
制作：张津
60
°
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。
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3相混合式步进电机内部结构
三相混合式步进电机是一种常见的电机类型，其内部结构包括转子、
定子和驱动电路。
下面将分别从这几个方面来介绍它的内部结构。
转子：三相混合式步进电机的转子一般采用镀铜线圈的铁芯构成。
在
转子内部设置永磁吸铁石，能够使转子保持一个稳定的位置。
而在转
子的铁芯中心，还设有一个轴承，用于支持与定子交替旋转的转子。
定子：定子通常采用磁导率高的硅钢片，此外还需要通过一定的工艺
加工成受力平衡的形状。
在定子的铁芯上，设置有三组绕组，每组绕
组都包括若干匝绕组线圈，且每组线圈间的距离相同。
这样，当绕组
被激励时，定子便会产生一个磁场，从而带动转子旋转。
驱动电路：三相混合式步进电机的驱动电路需要与外部的控制系统配
合使用。
驱动电路包括电源模块、控制模块和功率模块等，其中，电
源模块提供电源，控制模块负责接收外部信号进行控制，功率模块则
用于输出驱动电流，驱动电机转动。
总之，三相混合式步进电机内部结构相当重要，它需要从转子、定子
和驱动电路三个方面进行完善设计。
只有在这三个方面进行均衡配合，电机才能够正常工作，并有良好的运行性能。