hb型混合式步進電機結(jié)構(gòu)為兩個導磁圓盤中間夾著一個永磁圓柱體軸向串在一起,兩個導磁圓盤的外圓齒節(jié)距相同,與前述的vr型可變磁阻反應(yīng)式步進電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同,其兩個圓盤的齒錯開1/2齒距安裝,轉(zhuǎn)子圓柱永磁體軸向充磁一端為n極,另一端為s極。
此種電機轉(zhuǎn)子與前面敘述的pm型永磁步進電機轉(zhuǎn)子從結(jié)構(gòu)來看,pm型轉(zhuǎn)子n極與s極分布于轉(zhuǎn)子外表面,要提高分辨率,就要提高極對數(shù),通常20mm的直徑,轉(zhuǎn)子可配置24極,如再增加極數(shù),會增大漏磁通,降低電磁轉(zhuǎn)矩;而hb型轉(zhuǎn)子n極與s極分布在兩個不同的軟磁圓盤上,因此可以增加轉(zhuǎn)子極數(shù),從而提高分辨率,20mm的直徑可配置100個極,并且磁極磁化為軸向,n極與s極在裝配后兩極磁化,所以充磁簡單。
與轉(zhuǎn)子齒對應(yīng)的定子極,主極內(nèi)徑有與轉(zhuǎn)子齒節(jié)距相同的小齒,與轉(zhuǎn)子齒的磁通在氣隙處相互作用,能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。此種轉(zhuǎn)子的步進電機在近期被廣泛應(yīng)用。
此種結(jié)構(gòu)源自于1992年美國ge通用電氣公司的karl feiertag,取得美國專利的發(fā)電機。與現(xiàn)在的兩相hb型步進電機結(jié)構(gòu)相同,當初是作為低速同步電機使用,其后,美國的superior electric公司和sigma instruments 公司開發(fā)出步距角為1.8°,轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50的兩相hb型步進電機。
如下圖所示為定子為兩相繞組,轉(zhuǎn)子齒數(shù)50,1.8°的hb型混合式步進電機的剖視圖。為加大輸出轉(zhuǎn)矩,盡量加長了轉(zhuǎn)子軟磁磁極的軸向長度。
下圖為hb型步進電機各結(jié)構(gòu)示意圖:
定子為8個磁極(放置繞組的主磁極)均勻分布,此8個磁極的內(nèi)圓分布有與轉(zhuǎn)子齒距相同的齒,與轉(zhuǎn)子齒分布在氣隙兩邊。轉(zhuǎn)子齒多于定子齒。
線圈用繞線機直接繞制在樹脂注塑成型的槽絕緣骨架上,線圈繞好后安裝在磁極上。前、后端蓋采用鑄鋁材料,采用機械加工方法保證軸承座與安裝止口的同心度。通常hb型混合式步進電機的氣隙為0.05~0.1mm,由于氣隙小,所以控制各組件的加工精度相當重要。
轉(zhuǎn)子裝入定子和前后端蓋,確保氣隙均勻,永磁體的磁化方向為軸向,n、s極在兩端磁化,產(chǎn)生的磁力線方向如箭頭所示,為容易理解,簡化實際磁路為定子為4個主極與5個轉(zhuǎn)子齒(如下圖所示),此處省略了定子繞組。
由于轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的磁通在定子中變成交鏈磁通,當定子線圈流過電流時,根據(jù)弗萊明左手定則(i為電流,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)過氣隙最小處(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。