HB型混合式步进电机的结构
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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的两相HB型步进电机。 如下图所示为定子为两相绕组，转子齿数50，1.8°的HB型混合式步进电机的剖视图。为加大输出转矩，尽量加长了转子软磁磁极的轴向长度。
下图为HB型步进电机各结构示意图：
定子为8个磁极（放置绕组的主磁极）均匀分布，此8个磁极的内圆分布有与转子齿距相同的齿，与转子齿分布在气隙两边。转子齿多于定子齿。 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、后端盖采用铸铝材料，采用机械加工方法保证轴承座与安装止口的同心度。通常HB型混合式步进电机的气隙为0.05~0.1mm，由于气隙小，所以控制各组件的加工精度相当重要。 转子装入定子和前后端盖，确保气隙均匀，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，为容易理解，简化实际磁路为定子为4个主极与5个转子齿（如下图所示)，此处省略了定子绕组。
由于转子的永久磁铁的磁通在定子中变成交链磁通，当定子线圈流过电流时，根据弗莱明左手定则（I为电流，B为磁通密度，L为线圈轴向有效长度）产生电磁转矩。2个导磁体夹着1个永磁体，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（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。 上图左侧的转子上部，右侧的转子下部产生吸引力，轴两侧产生力矩（此力是不平衡电磁力），转子的旋转受定子激磁线圈切换产生旋转力。轴承的间隙会很容易产生振动。实际上定子主极为8个极，转子齿数为偶数，目的是消除此不平衡电磁力。实际上与2个转子齿部相对的定子,在轴向上并非是分开成两个，而是采用硅钢片叠压而成一体。 |
