了解HB混合式步进电机与相数、转子齿数、主极数的关系

混合式步进是指永磁型和电抗型优点的结合，分为两相和五相。两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角一般为0.72度。这种步进电机应用广泛。

在《HB型混合式步进电机的结构和工作原理详解》中，我们已经详细了解了它的结构和工作原理。接下来，边肖将带领大家详细了解HB混合式步进电机与相数、转子齿数、主极数的关系。本文首先介绍了步进电机的相数、转子齿数和主极数的表达式，然后介绍了同相和相间磁路的一般形式。

　　步进电机相数、转子齿数和主极数的表达式

如果HB步进电机为P相，则从公式 s=180/pnr可知其步距角为 s=180/pnr。此时，定子1相(a“bar a”相之和)的主极数为m，均匀排列，其内径上排列的多个细齿的齿数相同。产生磁通量的转子永磁体的磁路由下图中的虚线示出，并且在条A之间形成闭合磁路.不同于后面描述的三相HB、五相HB等奇数相，在“A条”之间无法形成闭合磁路，需要桥接到B相、C相等其他相，形成闭合磁路。前者称为同相磁路，后者称为相间磁路。

两相HB步进电机都是同相磁路，三相HB步进电机存在同相磁路和相间磁路。下图是一台三相六磁极HB步进电机，磁极上没有小齿，转子上很少齿。该图描述了定子和转子的磁通路径，其中(a)是同相磁路，(b)是相间磁路。

例如，在图(a)的同相磁路的情况下，当定子主磁极A1和相邻的B相B1或C相C2被激励到下一相时，它们将吸引与A1极性相同的转子齿。永磁体后侧的五个转子齿由横截面线表示，其极性与前侧的转子齿相反。同样，图(b)显示了交替磁路。当定子主极A1和相邻的B相B1或C相C2被激励到下一相时，它们将吸引不同于A1的转子齿。永磁体背面的四个转子齿由剖面线表示，与正面的转子齿极性相反，与(a)中的磁路相同。

　　相内磁路的一般形式

下图(a)显示了同相磁路，总共有mP个主磁极。因为节距相等，所以相邻相的A相和B相之间的节距为360 /mP。当A被励磁电流激励时，它的磁极与转子极性相反的齿相对应。当B相再次通电，B磁极上产生与A相相同极性时，转子齿旋转到B相。为了简化，图中A相和B相定子齿由多齿简化为单齿。

此时，与A相相对的转子齿和与B相相对的转子齿的节距为360 N/NR (n为整数)，所以步距角为和之差：

代入公式s=180/pnr

入上式中：

　　Nr=m（nP±1/2）

　　此为相内磁路时，转子齿Nr与相数P、主极数m的表达式。上式中Nr必为整数，否则没有意义。此时要注意m必须为偶数。

　　两相HB型混合式步进电机，当P=2时，主极为8（m=4）代入上式，得：Nr=8n±2

　　此为两相HB型混合式步进电机的关系式。两相HB型步进电机的步距角为通常的1. 8°，将n=6代入上式，得Nr=50。

　　两相HB型混合式步进电机定子主极为8，转子齿为50个的结构如下图所示。

　　两相HB型步进电机的步距角为0.9°，定子主极为16，m=8，n=6，得转子齿为100个的结构如下图所示。

　　两相3.6°步进电机定子主极为4（在定转子间会产生不平衡电磁力，所以不鼓励使用此结构）时，依式Nr=m（nP±1/2），当P = 2，m=2，n=6时，得Nr=25。 小图为两相，定子4主极，3.6°的步进电机结构，其外形为42mm步进电机， 用于5寸48TPI的FDD（软盘驱动器）上。当为三相时，由式Nr=m（nP±1/2），m=4，n=4，P=3，得Nr=50。定子主极数为mP=12，步距角θs为1.2°。

　　相间磁路的一般形式

　　上图：不同磁路与步距之间的关系中图（b）为相间磁路，定子节距相等，主极数合计为mP个，相邻 A相和B相之间的节距①与相内磁路节距相同，为360°/mP。A相激磁，与其极性相反的转子齿相对吸引。其次给B相激磁产生与A相相同的极性，吸引相应的转子齿。为便于理解，将多齿结构简化为单齿结构。

　　此时，与A相所对转子齿和B相将相对的转子齿之间的节距②为360°（n±1/2）/Nr（n整数），如图所示。故步距角为①和②之差：

　　如相间磁路为三相，令P=3，则：

　　Nr=m（3n±1）

　　三相时，主磁极为3的倍数，简单的三相3主极时，m=1变成下式：

　　Nr=3n±1

　　下图为n=3，Nr=8的结构图，用上式Nr=3n±1和θs=180°/PNr，可计算求得Nr和θs，如下表所示。

　　设计时要注意，三主极的HB型步进电机会产生不平衡电磁力。由于只用三个线圈，所以对用于低价电动机的应用场合很有吸引力。

　　三相，定子6主极时，m=2，得下式：Nr=2（3n±1）。n=3，Nr=16，步距角3.75°的电机结构如下图所示。

　　三相，定子9主极时，m=3，则Nr=3（3n±1）。n=7，Nr=60，步距角1°的电机，轴向剖视如下图所示。

　　三相，定子12主极时，m=4，则Nr=4（3n±1）。n=8，Nr=100，步距角0.6°的步进电机轴向剖视图如下图所示：

　　上述简要介绍了相内磁路和相间磁路，以及定子主极等节距对称情况下HB型混合式步进电机的相数、主极数和转子齿数之间的关系表达式。不仅设计电机时要了解这些基本原理，而且使用电机时也要系统了解电机的结构、性能、外形尺寸，并能够依据相数和步距角推出电机内部结构及解决问题的方法。