五相混合式步进电动机的特征
杨永良 （西安微电机研究所）
【摘 要】五相混合式步进电动机由于其结构和原理上的特殊性而具有优异的性能。本文从与一般步进电动机的不同点、转矩的产生机理、设计原则等方面论述五相混合式步进电动机的固有特征，提出了不同看法。
【叙 词】五相混合式步进电动机，性能，转矩，设计
五相混合式步迸电动机是近年技术引进仿制开发而成的新型步进电动机。由于它结构和原理上的固有特点，使它具有更加优异的性能，自然引起了本行业科技工作者的兴趣，在电动机的运行基理、工作特性、设计计算、驱动电源及应用研究方面进行了大量的工作。为深化基理、强化概念，本文提出新的构思来描述五相混合式步进电动机的各项特性，更确切地表征它的固有特征，把握它的内在规律。
l 特殊性
这里所指的特殊性是指五相混合式步进电动机与通用步进电动机的差异。一般的步进电动机，当某相极齿下定、转子齿轴线重迭时，相邻相或相邻极下定、转子齿轴线应错开m齿距，m为相数，否则电动机就不能产生步进运动。五相混合式步进电动机则不然，相邻相极齿之间关系如图l所示。
由图l可知，当转子齿均匀分布、a相极齿齿轴线和转子齿齿轴线重迭时，则相邻各相极齿齿轴线错开的齿距角如表l所示。
特殊性之二，一般步进电动机每相绕组产生一对极。五相混合式步进电动机虽然对称位置的极齿属于一相，但每相绕组产生二对极，因此表l中相数m含义也不一样，这里应为实际相数的二倍，即m=10。
特殊性之三，一般混合式步进电动机转子磁钢两端的铁心错开半个齿距，定子按常规规律分布。这种五相混合式步进电动机除了磁钢两侧铁心错开半个齿距外，定子铁心相邻极齿在常规分布的基础上又错开半个齿距，因此为了使线圈槽面积相同，定子铁心极齿上的小齿分布均匀而无规律。
2转矩
许多文献提到混合式步进电机的转矩产生长线圈电流产生的磁场和磁钢产生的磁场互相作用的结果。至于这二个磁场怎样作用产生转矩叙述很少或者很肤浅，因此电磁转矩与电机各项参数之间的关系及其相互之间的影响描述得不够透彻。
混合式步进电动机结构示图2，定子冲片见图1．铁心有十个极齿，极齿上开有小齿并套上线圈，对称位置的线圈连结成一相，通电后产生二对极，磁钢夹在转子两铁心之间，互相错开半个齿距。为说明方便起见，将图2展开一半，如图3所示，图中上面部分为磁钢的s极性侧，下丽部分为磁钢的n极性测。现设定转子齿处于图3展开的所示位置，a相极齿定转子齿轴线对齐，b、c、d、e各相齿轴线错开表l所示关系。先假设定子线圈没有通电流，此时磁钢产生的磁通路径如图3中的虚线所示，这样磁钢磁场产生的磁力如表2所示。从表2可看出，s侧的b、d极齿下转子受到向左运动的力，c、e极齿下转子受到向右运动的力。相反在n侧b、d极齿下转子受到向右运动的力．c.．e极齿受到向左运动的力。由此可见，磁钢磁场产生的磁拉力，a极齿下受径向磁拉力互相抵消，b、c、d、e极齿下产生的磁拉力，在s极性侧和n极性侧方向相反互相抵消，如单纯从n极性侧或s极性侧看，b、d和c、e极齿产生的磁拉力方向相反互为抵消，因此从整个电机看各相极齿产生的磁拉力处于平衡状态，不显现转矩。
设磁钢未充磁，线圈按bcde方式通电，则线圈电流产生的磁通路径如图3中的实线所示，各相极齿在电流磁场作用下的受力方向示表3。
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