两相四线步进电机的步距角为什么是1.8度

机缘

在CSDN查了好多文章,发现都是用公式来解释1.8的步距角(Q=360/MZ),因为转子是50齿,4拍一个循环,所以θ=360度/(50x4)=1.8度。估计第一次接触步进电机的什么叫拍都不清楚。然后贴一张类似下面的图说明一下如何加电旋转的,初学者估计立马就晕了,这个步距角不应该90度吗,怎么做到1.8的。
所以大部分CSDN的入门文章是讲给懂的人听的,多此一举。在这里插入图片描述

实物

书本上Q=360/MZ的解释可能更科学,但这里希望入门者能马上看懂。
实际的二项四线电机定子是这样的:
在这里插入图片描述
转子是这样的:转子上的齿,轴向分了两段,并且是相错开的。
在这里插入图片描述

当上面的定子轴向充磁后,转子的磁极状态可以理解为这样的。重复一下,理解成下面这样的磁极状态,实际的磁场比这个复杂,但效果就是下面这样。
在这里插入图片描述
实际上定子的齿上的磁极,从轴向应该这么看:就是从轴向看,转子表面附着了50个沿表面切线方向的小磁铁。
在这里插入图片描述
每一个齿间距(一个齿+一个凹陷)所占角度是360/50=7.2度。每个齿所占角度3.6度。

定子磁极

下面再来看看外层定子有多少个线圈,也就是形成了多少个磁极。字面上二相四线一般认为有两组线圈,分别是A和B。但实际上定子上有很多线圈,只是一半的线圈都连在一起是A,另一半连在一起为B。所以看上面图就能看出来,两相四线的定子上不只有四个磁极。

第一个问题:定子磁极+转子50个齿如何实现一次不用转动90度。

假设四个磁极:
如果有上下左右四个很细的线圈形成磁极,都是S对着中心点。如下图:
在这里插入图片描述
这个时候,当A线圈通电,水平两个磁极有磁性;B组没有通电,上下磁极没有磁性。
下一个信号时,A组断电,B组通电,这时上下磁极有磁性,并且距离左右的转子上的齿很近,由于磁吸力,转子就会左或右转动3.6度,和临近的齿相对应上。
所以,转子的50齿就是实现每次转动很小角度的原因。

第二个问题:为啥定子用8个磁极,是不是这个原因达到1.8度的步距角。

从上面的4磁极定子的解释可以看出来,在转子固定50齿的情况下,隐约可以感觉到定子的磁极数会影响步距角。定子4个磁极的时候步距角时3.6度,是不是8个磁极就是1.8度。
我们做一下计算:
50齿的齿间距所占角度为360/50=7.2度,每个齿占3.6度。
外层定子4个磁极的时候,磁极和定子齿之间关系:90/7.5=12.5,整除之后多出0.5,就是3.6度。
外层定子8个磁极的时候,磁极和定子齿之间关系:45/7.5=6.25,整除之后多出0.25,就是1.8度。
看下图:
在这里插入图片描述

图比较难画,就只画了B线圈正向通电(B+表示)和B线圈反向通电(B-表示)。由于A和B磁极和定子齿对应相差1.8度。所以当A+转到B+通电时,看上图中,B+磁极一定时吸引转子顺时针转,B-正好相斥,推动转子顺时针转。当A+转到B-通电时,正好相反,逆时针转。
对比4磁极的图,就可以看出来,4磁极中A、B通电转换时,其实无法控制顺时针还是逆时针。
所以一般都是50齿,8磁极。

拍数

这个拍数就很好理解。两组线圈,通电次序为A正向、B正向、A反向、B反向(可表示为A+、B+、A-、B-)或者其他次序,反正都要转换4次完成一个周期。
从这里也能看出来,A组的下一个脉冲一定时B组,当你看到脉冲次序A的下一个还是A组,一定不对,除了那种半步转动的涉及,如A+、A+B-、B-……。至于半步、整步后面说。

整步、半步

整步有两种方式:

  1. 一次只对相对的一组线圈的某个方向通电,比如A正向、B正向、A反向、B反向(用A+、B+、A+、A-表示),然后循环。
  2. 一次对两组线圈都通电,但组合有4中方法,不断循环,比如,A+B+、A+B-、A-B+、A-B-。这个时候两个线圈形成的磁力同时作用,所以磁极正好在上一种方法的中间,力量比上一种大一点。
    半步:
    把整步的两种方法结合:A+、A+B+、B+、A-B+、……。这个次序没有研究过,可能有错误,这种方式运行每个脉冲转动1.8/2=0.9度。

实际的磁极

实际的磁极也是有齿的,但原理和上面时一样的。请仔细看A和B及B’的齿的对应差。就是1.8度。
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