28BYJ-48 是4相永磁式減速步進(jìn)電機(jī)，其外觀如圖9-3所示：

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圖9-3 步進(jìn)電機(jī)外觀

我們先來(lái)解釋“4相永磁式”的概念，28BYJ-48 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖9-4所示。先看里圈，它上面有6個(gè)齒，分別標(biāo)注為0～5，這個(gè)叫做轉(zhuǎn)子，顧名思義，它是要轉(zhuǎn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)子的每個(gè)齒上都帶有永久的磁性，是一塊永磁體，這就是“永磁式”的概念。再看外圈，這個(gè)就是定子，它是保持不動(dòng)的，實(shí)際上它是跟電機(jī)的外殼固定在一起的，它上面有8個(gè)齒，而每個(gè)齒上都纏上了一個(gè)線圈繞組，正對(duì)著的2個(gè)齒上的繞組又是串聯(lián)在一起的，也就是說(shuō)正對(duì)著的2個(gè)繞組總是會(huì)同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷的，如此就形成了4相，在圖中分別標(biāo)注為 A-B-C-D，這就是“4相”的概念。

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圖9-4 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在我們分析一下它的工作原理： 假定電機(jī)的起始狀態(tài)就如圖9-4所示，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，起始時(shí)是 B 相繞組的開(kāi)關(guān)閉合，B 相繞組導(dǎo)通，那么導(dǎo)通電流就會(huì)在正上和正下兩個(gè)定子齒上產(chǎn)生磁性，這兩個(gè)定子齒上的磁性就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子上的0和3號(hào)齒產(chǎn)生最強(qiáng)的吸引力，就會(huì)如圖所示的那樣，轉(zhuǎn)子的0號(hào)齒在正上、3號(hào)齒在正下而處于平衡狀態(tài)；此時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子的1號(hào)齒與右上的定子齒也就是 C 相的一個(gè)繞組呈現(xiàn)一個(gè)很小的夾角，2號(hào)齒與右邊的定子齒也就是 D 相繞組呈現(xiàn)一個(gè)稍微大一點(diǎn)的夾角，很明顯這個(gè)夾角是1號(hào)齒和 C 繞組夾角的2倍，同理，左側(cè)的情況也是一樣的。

接下來(lái)，我們把 B 相繞組斷開(kāi)，而使 C 相繞組導(dǎo)通，那么很明顯，右上的定子齒將對(duì)轉(zhuǎn)子1號(hào)齒產(chǎn)生最大的吸引力，而左下的定子齒將對(duì)轉(zhuǎn)子4號(hào)齒，產(chǎn)生最大的吸引力，在這個(gè)吸引力的作用下，轉(zhuǎn)子1、4號(hào)齒將對(duì)齊到右上和左下的定子齒上而保持平衡，如此，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)了起始狀態(tài)時(shí)1號(hào)齒和 C 相繞組那個(gè)夾角的角度。

再接下來(lái)，斷開(kāi) C 相繞組，導(dǎo)通 D 相繞組，過(guò)程與上述的情況完全相同，最終將使轉(zhuǎn)子2、5號(hào)齒與定子 D 相繞組對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)了上述同樣的角度。

那么很明顯，當(dāng) A 相繞組再次導(dǎo)通，即完成一個(gè) B-C-D-A 的四節(jié)拍操作后，轉(zhuǎn)子的0、3號(hào)齒將由原來(lái)的對(duì)齊到上下2個(gè)定子齒，而變?yōu)榱藢?duì)齊到左上和右下的兩個(gè)定子齒上，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)定子齒的角度。依此類推，再來(lái)一個(gè)四節(jié)拍，轉(zhuǎn)子就將再轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒的角度，8個(gè)四節(jié)拍以后轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過(guò)完整的一圈，而其中單個(gè)節(jié)拍使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度就很容易計(jì)算出來(lái)了，即360度/(8*4)=11.25度，這個(gè)值就叫做步進(jìn)角度。而上述這種工作模式就是步進(jìn)電機(jī)的單四拍模式——單相繞組通電四節(jié)拍。

我們?cè)賮?lái)講解一種具有更優(yōu)性能的工作模式，那就是在單四拍的每?jī)蓚€(gè)節(jié)拍之間再插入一個(gè)雙繞組導(dǎo)通的中間節(jié)拍，組成八拍模式。比如，在從 B 相導(dǎo)通到 C 項(xiàng)導(dǎo)通的過(guò)程中，假如一個(gè) B 相和 C 相同時(shí)導(dǎo)通的節(jié)拍，這個(gè)時(shí)候，由于 B、C 兩個(gè)繞組的定子齒對(duì)它們附近的轉(zhuǎn)子齒同時(shí)產(chǎn)生相同的吸引力，這將導(dǎo)致這兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒的中心線對(duì)比到 B、C 兩個(gè)繞組的中心線上，也就是新插入的這個(gè)節(jié)拍使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)了上述單四拍模式中步進(jìn)角度的一半，即5.625度。這樣一來(lái)，就使轉(zhuǎn)動(dòng)精度增加了一倍，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈則需要8*8=64拍了。另外，新增加的這個(gè)中間節(jié)拍，還會(huì)在原來(lái)單四拍的兩個(gè)節(jié)拍引力之間又加了一把引力，從而可以大大增加電機(jī)的整體扭力輸出，使電機(jī)更“有勁”了。

除了上述的單四拍和八拍的工作模式外，還有一個(gè)雙四拍的工作模式——雙繞組通電四節(jié)拍。其實(shí)就是把八拍模式中的兩個(gè)繞組同時(shí)通電的那四拍單獨(dú)拿出來(lái)，而舍棄掉單繞組通電的那四拍而已。其步進(jìn)角度同單四拍是一樣的，但由于它是兩個(gè)繞組同時(shí)導(dǎo)通，所以扭矩會(huì)比單四拍模式大，在此就不做過(guò)多解釋了。

八拍模式是這類4相步進(jìn)電機(jī)的最佳工作模式，能最大限度的發(fā)揮電機(jī)的各項(xiàng)性能，也是絕大多數(shù)實(shí)際工程中所選擇的模式，因此我們就重點(diǎn)來(lái)講解如何用單片機(jī)程序來(lái)控制電機(jī)按八拍模式工作。