以步進步距角為1.8°的混合式步進電機為例。轉(zhuǎn)子50齒；定子8極，每極6齒，一共48齒。

首先我們看靜態(tài)下，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子是50個齒均勻排布。定子48齒分為8極，每極6齒，各極上的齒距和轉(zhuǎn)子是一致的，可以一一對應(yīng)。定子齒的排布可以這樣理解：將原本與轉(zhuǎn)子一一對應(yīng)的50個齒截去2個完整的齒（即2個齒頂和2個齒槽），再均分為8個極，依次均勻排布在圓周上。

圖1 步進電機定子結(jié)構(gòu)示意圖

將定子8個極逆時針依次標(biāo)記為1-8#。將第1極的第一個齒記為1號定子齒，逆時針依次標(biāo)記。與1號定子齒對應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒記為1號轉(zhuǎn)子齒，逆時針依次標(biāo)記。讓第1極與轉(zhuǎn)子齒恰好對齊，如圖2所示。

第1極定子和轉(zhuǎn)子一一對齊。

由于極間隙的存在，第2極定子齒“超前”轉(zhuǎn)子齒1/4個齒，稱為“半對齊”。（參考定子/轉(zhuǎn)子第7齒的位置關(guān)系） 同樣的第3極“領(lǐng)先”轉(zhuǎn)子又多了1/4齒，也就是1/2個齒，也就是完全錯開了，可以參考第13個定/轉(zhuǎn)子齒的位置關(guān)系。第4極的齒“領(lǐng)先”轉(zhuǎn)子3/4齒，半對齊；第5極“領(lǐng)先”了完整的一個齒，因此定子和轉(zhuǎn)子齒又完全對齊了。

接下來的第6、7、8又重復(fù)以上過程，最后回到第1極，整個過程中定子和轉(zhuǎn)子差了2個齒位。

圖2 靜態(tài)下步進電機轉(zhuǎn)子和定子齒的結(jié)構(gòu)對應(yīng)關(guān)系

接下來我們看步進電機是如何轉(zhuǎn)動起來的。

8個極爪上會繞上兩組線圈，分別稱為A相和B相。繞線的方式參考圖2。其中1、3、5、7極是一相(A相），對應(yīng)一條線，2、4、6、8是另一相（B相），對應(yīng)另一條線，一共引出四個線頭。圖3顯示了各繞組的繞線方向，箭頭代表紙平面靠外的線束的繞線方向。

圖3 繞組的繞線方向

若按照AB兩相輪流通電產(chǎn)生的磁極方向如圖4所示。

圖4 不同相電流方向以及磁極方向

用表格標(biāo)識為為：

接下來我們分析轉(zhuǎn)子如何轉(zhuǎn)動。

假設(shè)初始時定轉(zhuǎn)子在圖1展示的位置，按照A>B>A->B->A順序通電。

那么第一步，A相通電時，1、5定子N極齒與轉(zhuǎn)子S極齒對齊，3、7定子S極齒與轉(zhuǎn)子槽（也就是紙面內(nèi)部轉(zhuǎn)子的N極齒對齊），恰好處于平衡位置。參考圖5。

圖5 初始時A相通正向電流（A）時轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)

第二步B相通電，如圖6所示，第2、6定子極對轉(zhuǎn)子(紙面外側(cè))產(chǎn)生逆時針方向的吸引力，第4、8定子極對轉(zhuǎn)子（紙面外側(cè)）產(chǎn)生逆時針方向的排斥力，從而讓轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動。以上針對紙面外側(cè)轉(zhuǎn)子的受力分析，其實對紙面內(nèi)測的轉(zhuǎn)子受力分析的結(jié)果是一樣的，由于內(nèi)外側(cè)轉(zhuǎn)子的齒完全錯開，磁極相反，外側(cè)齒槽的位置就是內(nèi)側(cè)齒頂位置，這時，第2、6定子極對紙面內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的是逆時針方向的排斥力，而第4、8定子極對內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的是逆時針方向的吸引力?？偟膩碚f在這個步驟中，四個定子極對內(nèi)外側(cè)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的力矩方向都是逆時針的。

圖6 B相正向通電后轉(zhuǎn)子的受力分析

顯然旋轉(zhuǎn)一步的步長是1/4個齒，一個圓周360°分為50個齒，1/4齒每個步長意味著旋轉(zhuǎn)一圈總共需要200步，每步1.8°。這就是為什么8極兩相50齒步進電機的整步步長為1.8°。經(jīng)過第二步的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動到如圖7所示的新的平衡位置。

圖7 B相正向通電后的平衡位置

第三步，A相通反向電流（A-)，此時轉(zhuǎn)子受力情況如圖8所示。第1、5定子極對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時針方向排斥力（外）和吸引力（內(nèi)），第3、7定子極對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時針方向的吸引力（外）和排斥力（內(nèi)），總之轉(zhuǎn)子受到的力矩方向仍然是逆時針方向，這讓轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)1.8°到下一個位置（圖9 )

圖8 A相反向通電后轉(zhuǎn)子的受力情況

圖9 B相反向通電的平衡位置

第四步B相通反向電流（B-），仍然對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時針方向的力矩，這樣一直持續(xù)下去，轉(zhuǎn)子就一步步轉(zhuǎn)動起來了。

在第一步不變的情況下，第二步B相應(yīng)如果通相反的電流（B-),那么轉(zhuǎn)子受到的初始力矩就變成了順時針方向，在按照A>B->A->B>A的順序通電，那么轉(zhuǎn)子就持續(xù)順時針轉(zhuǎn)動啦。

上面這種轉(zhuǎn)動模式下A、B相輪流通電，這種驅(qū)動模式就是所謂的“單相勵磁全步驅(qū)動”，調(diào)整通電的順序和節(jié)奏，可以改變步長和轉(zhuǎn)矩，比如“兩相勵磁全步驅(qū)動”、“混合勵磁半步驅(qū)動”等。

以上我們將步進電機的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動方式拆解的非常細，也建立了很直觀的模型，后續(xù)在這個模型的基礎(chǔ)上我們再繼續(xù)解釋步進電機的其他重要概念。

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