永磁步进电机的基本概念、结构组成及工作原理

永磁步进电机是一种兼容且高效的设备，具有多种应用。由于转子由永磁体制成，不需要任何外部励磁，这使其在玩具、小型电机等应用中非常有用。

在设计方面，每次旋转的步距角可以轻松设计，这使得永磁步进电机在医疗仪器和航空结构等精密应用中非常有用。另外，由于体积小，它具有很高的移动性和易于使用等优势特点。

基本概念

永磁步进电机是一种机电能量转换装置，也就是将电能转换为机械能。在步进电机中，转子和定子磁场都被激发，因此转子磁场和定子磁场的相互作用产生扭矩。而在永磁步进电机中，转子线圈没有励磁，而是使用永磁体。

在传统的步进电机中，使用电磁铁，需要外部激励才能产生转子磁场。但在永磁步进电机当中，使用了永磁体，这减少了转子励磁系统并使电机更适合运行。由于没有转子励磁，损耗也减少了。

结构组成

永磁步进电机由两个基本部分组成，固定部件也称为定子。在定子中，定子磁极的放置方式是，当如下图所示用绕组激励时，每个定子磁极形成一个磁极。如果是双极电机，那么则相反的极由串联的公共绕组激励，这样，南北极各有相反的磁极。

类似地，其它两对磁极在一个周期内通过串联绕组被激励，从而它们也形成一对磁极。转子由永久磁铁制成，目前有许多材料可用，如陶瓷，可以用作永久磁铁。转子磁体连接到外部轴，从而在旋转时提供机械输出。

工作原理

永磁步进电机的工作原理与普通电机相似，也是基于洛伦兹力定律。据此，只要将载流导体置于磁场中，由于通量的相互作用，它就会受到力。

相互作用的磁通量是定子磁通量和转子磁通量。定子磁通量因外部激励而产生，转子磁通量因永磁体而产生。需要注意的是，电机的方向是由弗莱明左手定则决定的。

工作中的永磁步进电机可以用以下几种方式来解释

模式1– 在这种模式下，定子磁极的A相与串联绕组一起励磁，形成两对磁极。可以注意到，在这种模式下，B相根本没有被激发。A相激发时，形成南北两极。此时，转子磁极被吸引到定子磁极。

模式2– 在这种模式下，定子磁极的B相与串联绕组一起被励磁，形成两对磁极。可以注意到，在这种模式下，A相根本没有被激发。B相激发时，形成南北两极。此时，转子磁极被吸引到定子磁极。这使得转子从模式1开始沿顺时针方向旋转。

模式3– 再次在此模式下，定子磁极的A相与串联绕组一起励磁，形成两对磁极。可以注意到，在这种模式下，B相根本没有被激发。A相激发时，形成南北两极。此时，转子磁极被吸引到定子磁极。它使转子从模式2开始沿顺时针方向旋转。

模式4– 再次在此模式下，定子磁极的B相与串联绕组一起励磁，形成两对磁极。可以注意到，在这种模式下，A相根本没有被激发。B相激发时，形成南北两极。此时，转子磁极被吸引到定子磁极。这使得转子从模式3沿顺时针方向旋转。

通过上述这种方式，转子从模式1到模式4旋转一整圈，从而持续的进行工作。

主要优缺点

永磁步进电机的主要优点包括：

结构紧凑，体积小，适用于许多应用。

由于没有任何外部激励，损耗较小。

由于没有任何外部激励，因此维护较少。

可外接电路，控制电机转速。

传感器可用于定位转子绕组。

可在广泛的速度和扭矩范围内运行。

能够做到精确控制。

永磁步进电机的主要缺点包括：

由于永磁体的限制，它不能用于大功率应用。

产生的扭矩有限。

永磁体的寿命有限。

主要应用

永磁步进电机的主要典型应用包括：

航空工业

机器人技术

儿童玩具

制造和控制业

工厂和印刷

总结

以上就是关于永磁步进电机的工作原理、结构和应用内容的相关介绍，可用看出，永磁步进电机就是利用线圈电流方向产生磁场与转子磁场相互排斥，从而使电机正转/反转工作。需要注意的是，应该选择合适材料来提高这些电机的性能以及正确控制机器的步距角。