混合式步进电机的主要应用原理是将电流脉冲信号精确地转换为机械轴的角位移或线位移，实现开环位置和速度控制。 其核心在于利用电磁力驱动转子按特定的步距角、一步一步地旋转。

具体的工作原理可以分解如下：

1. 混合式结构基础：

   • 这类电机结合了永磁式步进电机和可变磁阻式步进电机的特点。
   • 定子： 由带齿槽的铁芯和环绕齿槽的多相绕组（通常是两相）组成。绕组分相励磁。
   • 转子： 由轴向（沿轴向）磁化的环形永磁体夹在两个带齿的铁制帽（帽上也有与定子相似的齿）之间构成。转子上的两个帽相互错开半个齿距（1/2个齿的角度），并分别呈现为永磁体的N极和S极。

2. 磁通路径与齿的作用：

   • 永磁体在转子上建立了一个恒定的磁场（沿轴向：一个帽是N极，另一个帽是S极）。
   • 定子绕组通电后，在定子齿上产生电磁极，形成磁路。
   • 关键点： 转子和定子上的齿槽结构决定了磁场路径的“最小磁阻”状态。转子总是倾向于转动到其齿与定子通电相激发的齿对对齐的位置（即磁阻最小的位置），以便磁力线能够以最小的能量消耗通过空气隙闭合。

3. 步进运行原理（电磁转矩产生）：

   • 顺序励磁： 定子绕组按特定的相序和方式（如两相四拍、八拍；或1-2相励磁等）通入电流脉冲。
   • 磁场合成与步进：
     • 当一相或几相绕组被激励时，它们在定子齿上产生相应的北极和南极。
     • 转子上永磁体的磁场会与定子产生的磁场相互作用（异性相吸，同性相斥）。
     • 同时，由于齿的存在，转子的齿会有一种对齐定子上被励磁相所对应的齿对的自然趋势（最小磁阻）。
     • 这两个效应（磁吸/斥力和磁阻力）共同作用产生电磁转矩，驱动转子转过一个特定的角度，直到达到新的稳定平衡点（磁阻最小且磁力平衡）。
   • 步距角： 电机每接收到一个电流脉冲信号，转子就精确地转过一个固定的角度（称为步距角，如0.9°或1.8°）。这个步距角由转子和定子的齿数以及相数决定（通常齿数很多，如50齿，结合两相励磁，可得到1.8°步距角）。

4. 开环控制：

   • 控制器只需按预定顺序和频率向电机各相绕组发送电流脉冲序列，无需反馈传感器检测转子的实际位置（这是开环控制的特点）。
   • 只要电机在设计的负载和速度范围内运行（没有失步），每个脉冲就对应一个精确的步进角位移。

总结关键点：

• 电磁转矩合成： 利用定子绕组电流产生的磁场与转子永磁体磁场相互作用以及齿结构产生的磁阻转矩，两者的合力驱动转子。
• 最小磁阻原理： 转子总是倾向于转动到齿与当前被励磁的定子齿对对齐、磁阻最小的位置。
• 脉冲步进： 电流脉冲序列按顺序励磁定子各相绕组，使合成的磁场轴线每次步进一个固定的电角度，带动转子同步步进一个固定的机械角度（步距角）。
• 开环定位： 不依赖位置反馈，通过计算发出的脉冲数量即可得知转子转过的总角度。

正是这些原理使得混合式步进电机能够实现精密定位、良好的低速转矩、开环控制简单可靠，因此被广泛应用于需要精确位置控制但成本受限或环境不允许使用闭环伺服的场合，如：3D打印机、CNC机床的进给轴、工业机器人关节、医疗设备、自动化仪表、打印设备、光学设备等。