HB混合式步进电机转子齿数、相数、定子主极数的结构关系

到现在已经学习了步进电机的工作原理、结构，读者一定关心步进电机的相数、转子齿数与主极数之间有什么关系。设计步进电机时肯定要了解这些关系。对于使用步进电机的客户，更重要的是详细了解步进电机的结构和性能。本课将介绍其一般的关系式。

步进电机相数、转子齿数和主极数的表达式

如HB型步进电机为P相，转子齿数则依据式θs=180°/PNr可知其步距角久为θs=180°/PNr。此时，定子1相主极数（A“杠A”相的总和）为m个，均匀配置，其内径配置的多个细齿齿数相同。转子永久磁铁产生磁通的磁路如下图中的虚线所示，在A“杠A”间形成闭合磁路。与后面叙述的三相HB和五相HB型等奇数相不完全相同，在A“杠A”间不能形成闭合磁路，需要跨接到B相、C相等其他相形成闭合磁路。前者被称为相内磁路式，后者称为相间磁路式。

两相HB型步进电机皆为相内磁路，而三相HB型步进电机存在相内磁路和相间磁路两种形式。下图为三相HB型步进电机，有6个磁极，极上并没有小齿，转子齿数也少，此图描述了定子和转子的磁通路径，其中（a）为相内磁路，（b）为相间磁路。

例如图（a）相内磁路的情况，定子主极A1与相邻B相的B1或C相的C2，向下一相激磁时，会对与A1同极性的转子齿产生吸引力。在永久磁铁后侧的五个转子齿用剖面线表示，其与前侧的转子齿极性相反。同样图（b）为相间磁路，定子主极A1与相邻B相的B1或C相的C2，向下一相激磁时，会对与A1异性的转子齿产生吸引力。永久磁铁后侧的四个转子齿用剖面线表示，与前侧转子齿极性相反，与（a）磁路相同。

相内磁路的一般形式

如下图(a)为相内磁路，主磁极共有mP个，由于节距相等，相邻相的A相和B相之间的节距①为360°/mP。当A相通激磁电流时，其磁极与转子极性相反的齿相对应，当再给B相通电，并在B磁极上产生与A相相同的极性时，转子齿转动到B相上。为简化起见，图中A、B相定子齿由多齿简化为单齿。

此时，与A相相对的转子齿与B相其次要相对的转子齿的节距②如图所示为360°n/Nr(n为整数），则步距角为①与②之差：

将式θs=180°/PNr代入上式中：

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：

将θs=180°/PNr代入上式得：

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，最简单的三相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。