兩相步進(jìn)電機(jī)最簡單的構(gòu)成為nr=1的情況,電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。一般兩相電機(jī)定子磁極數(shù)為4的倍數(shù),至少是4。轉(zhuǎn)子為n極與s 極各一個的兩極轉(zhuǎn)子。
定子一般用硅鋼片疊壓制作,定子磁極數(shù)為4極,相當(dāng)于一相繞組占兩個極,a相兩個極在空間相差180°,b相兩個極在空間也相差180°。電流在一相繞組內(nèi)正負(fù)流動(此種驅(qū)動方式稱為雙極性驅(qū)動),a相與b相電流的相位相差90°,兩相繞組中矩形波電流交替流過。
即兩相電機(jī)的定子,在nr=1時,空間相差90°,時間上電流相差90°相位差,電流與普通的同步電機(jī)相似,在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場吸引,隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。
上圖表示兩相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)(pm型)及其運(yùn)行原理,從圖(a)到圖(b)順時針旋轉(zhuǎn)90°,依次圖(c)、(d)均旋轉(zhuǎn)90°,依次不斷運(yùn)轉(zhuǎn)成為連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
以上圖為例,假如a相有兩個線圈,單向電流交替流過兩個線圈,也可產(chǎn)生相反的磁通方向,此方式稱為單極(uni-plar)型線圈。
如下圖所示線圈內(nèi)部只流過單方向電流,此線圈稱為單極型線圈;另一種,線圈內(nèi)流過正、反方向電流的線圈稱為雙極型線圈,兩種線圈的優(yōu)缺點(diǎn)將在后面的課程中詳細(xì)介紹。單極型線圈可以取代上圖所示雙極型線圈,運(yùn)行時具有相同的步距角。
上圖中的兩相單極型線圈在有些文獻(xiàn)中也被稱為四相步進(jìn)電機(jī),此時其轉(zhuǎn)子極對數(shù)、齒數(shù)nr,以及步距角θs均與雙極型線圈相同。本課程兩相電機(jī)的定義符合式θs=180°/pnr,即將轉(zhuǎn)子齒數(shù)和步距角θs代入式θs=180°/pnr,如p=2,則為兩相電機(jī),如nr相同,p=4,步距角θs只有1/2,則電機(jī)為四相電機(jī),在此特別提請注意。
兩相步進(jìn)電機(jī)現(xiàn)在應(yīng)用廣泛,實(shí)際電機(jī)的構(gòu)造比圖(pm雙極型兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理)復(fù)雜,定子除采用疊片外,還有爪極結(jié)構(gòu),但基本原理可參考圖(pm雙極型兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理),圖中所示的轉(zhuǎn)子被稱為pm型(永久磁鐵或永磁式)轉(zhuǎn)子,磁性圓柱的外表面形成轉(zhuǎn)子磁極。