混合式步進電機有三種類型：永磁(PM)、電抗(VR)和混合式(HB)。反應(yīng)式步進一般為兩相，扭矩和體積較小，步進角度一般為7.5度或1.5度；永磁步進一般為三相，可以實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出。步進角度一般為1.5度，但噪音和振動都很大。80年代在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)淘汰；混合式步進是指永磁型和電抗型優(yōu)點的結(jié)合。

混合(HB型)步進電機有兩相、三相、五相三種，轉(zhuǎn)子是一樣的，因為與相數(shù)無關(guān)。本文以兩相HB型混合式步進電機為例進行說明。HB型的名稱來源于它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)子是PM型永磁步進電機和VR型變磁阻無功步進電機的組合體，故又稱混合式步進電機。

本文主要介紹HB混合式步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，具體跟隨邊肖來了解。

　　HB型混合式步進電機的結(jié)構(gòu)

HB混合式步進電機的結(jié)構(gòu)是在兩個導磁圓盤之間軸向串入一個永磁圓柱體，兩個導磁圓盤的外圓齒距相同，與VR變磁阻無功步進電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同。兩個圓盤的齒交錯1/2節(jié)距，轉(zhuǎn)子圓柱形永磁體一端軸向充磁N極，另一端為S極。

從結(jié)構(gòu)上看，永磁轉(zhuǎn)子的N極和S極分布在轉(zhuǎn)子的外表面。為了提高分辨率，需要增加極數(shù)，通常直徑為20毫米，轉(zhuǎn)子可以配備24極。極數(shù)增加，漏磁通增加，電磁轉(zhuǎn)矩減??；而HB轉(zhuǎn)子的N、S極分布在兩個不同的軟磁盤上，可以增加轉(zhuǎn)子極數(shù)，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，磁化簡單。

與轉(zhuǎn)子齒對應(yīng)的定子極有與轉(zhuǎn)子齒同節(jié)距的小齒，與轉(zhuǎn)子齒在氣隙處的磁通相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。這種帶轉(zhuǎn)子的步進電機近年來得到了廣泛的應(yīng)用。

這種結(jié)構(gòu)起源于1992年美國GE通用電氣公司的Karl Feiertag，獲得了美國專利發(fā)電機。與目前的兩相HB步進電機結(jié)構(gòu)相同，初是作為低速同步電機使用的。后來美國Superior Electric Company和Sigma Instruments Company開發(fā)了一種步進角為1.8，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50的兩相HB步進電機。

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

下圖是HB步進電機各結(jié)構(gòu)示意圖：

定子有八個均勻分布的磁極(放置繞組的主磁極)。這八個磁極的內(nèi)圓分布著與轉(zhuǎn)子齒節(jié)距相同的齒，分布在氣隙的兩側(cè)。轉(zhuǎn)子齒比定子齒多。

線圈直接用繞線機纏繞在樹脂注射成型的槽絕緣骨架上，線圈纏繞安裝在磁極上。前后端蓋由鑄鋁制成，并經(jīng)過機械加工，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(zhuǎn)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)生的磁力線方向用箭頭表示。為了便于理解，實際磁路被簡化為定子有四個主磁極和五個轉(zhuǎn)子齒(如下圖所示

，B為磁通密度，L為線圈軸向有效長度）產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2個導磁體夾著1個永磁體，轉(zhuǎn)子的齒位置互相相差1/2齒節(jié)距。轉(zhuǎn)子的磁通從N極出發(fā)，經(jīng)過氣隙小處（定轉(zhuǎn)子齒相對的地方）到定子磁路，再返回轉(zhuǎn)子的S極，磁路如箭頭所示。

　　上圖左側(cè)的轉(zhuǎn)子上部，右側(cè)的轉(zhuǎn)子下部產(chǎn)生吸引力，軸兩側(cè)產(chǎn)生力矩（此力是不平衡電磁力），轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)受定子激磁線圈切換產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。軸承的間隙會很容易產(chǎn)生振動。實際上定子主極為8個極，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為偶數(shù)，目的是消除此不平衡電磁力。實際上與2個轉(zhuǎn)子齒部相對的定子，在軸向上并非是分開成兩個，而是采用硅鋼片疊壓而成一體。

　　HB型混合式步進電機工作原理

　　下圖描述了兩相HB型步進電機的工作原理。永久磁鐵使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生N極和S極，由吸引力和排斥力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，兩相繞組假設(shè)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(jù)右手螺旋法則產(chǎn)生相反的磁場。同樣，B相與“杠B”相也是如此。圖中，實線箭頭表示轉(zhuǎn)子磁通，虛線表示為其磁路磁通Фm。從轉(zhuǎn)子磁鐵的軸向圖看，轉(zhuǎn)子N極通過氣隙向下進入定子，通過定子磁極軸向穿過鐵心到達上面的定子磁極后，穿過氣隙回到轉(zhuǎn)子S極。下圖充分說明了HB型混合式步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。

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

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

　　再一步，激磁相轉(zhuǎn)換到狀態(tài)（c），斷開B相激磁，接通“杠A”相激磁，則轉(zhuǎn)子從狀態(tài)（b）向右移動一步（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“杠A”相激磁，接通“杠B”相激磁，則轉(zhuǎn)子從狀態(tài)（c）向右移動一步（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)。