四相步进电机的工作原理是基于电磁铁依次通电，产生旋转磁场，推动永磁体（转子）按固定角度（步距角）转动的过程。核心是利用电流的相位顺序来控制磁场方向，从而驱动转子精确旋转。具体步骤如下：

1. 基本结构

• 定子：有8个磁极（凸极），分成4组绕组（4相），分别标为 A、B、C、D。
  • 每组绕组包含两个相对的磁极（如A相磁极位置为0°和180°）。
• 转子：永磁体或带齿的铁芯，具有固定数量的磁极对（如50对磁极）。

2. 工作方式（以单极驱动为例）

电机通过按顺序给不同相位的绕组通电，使转子逐步旋转。常用两种激励模式：

模式一：单四拍（整步运行）

• 特点：每步转动90°，功耗低，但扭矩较小。

模式二：八拍（半步运行）

• 特点：步距角减半（如从1.8°降至0.9°），运行更平滑，但控制更复杂。

3. 转子转动机制

• 磁场吸引原理：通电绕组产生磁场，转子永磁体的南极（S）会趋向定子磁极的北极（N），反之亦然。
• 步进过程：

  当电流从A相切换到B相时，磁场方向顺时针旋转90°。转子因磁性吸引跟随磁场转动，直到对齐新磁场方向，完成一步。

4. 关键参数

• 步距角：每一步转动的角度（如1.8°或0.9°），由转子齿数和相数决定：
  [ \text{步距角} = \frac{360°}{\text{转子齿数} \times \text{相数} \times \text{拍数比}} ] （例：50齿转子采用八拍模式：360°/(50×4×2)=0.9°）

5. 驱动方式

• 单极性驱动：每相使用单方向电流，结构简单（常用ULN2003芯片驱动）。
• 双极性驱动：每相电流可双向流动（如H桥电路），扭矩更大（常用DRV8825驱动）。

6. 运动控制

• 脉冲控制：每个电脉冲触发一次相序切换，脉冲频率决定转速。
• 方向控制：切换通电顺序（如A→B→C→D 正转，A→D→C→B 反转）。

总结

四相步进电机通过分时激励四个绕组，生成离散的旋转磁场，使转子逐步锁定到新磁场方向。其精确的位置控制无需传感器，广泛应用于3D打印、数控机床等需精密定位的场景。