步进电机主要分为永磁式（PM）、可变磁阻式（VR）以及混合式（HB）这三类，混合式是前两者的杂交体或者或混合体（hybrid）。因此从原理上来看，永磁式和可变磁阻式可谓是最基本的类型。我们前面的文章中对混合式和永磁式的步进电机已经做过详细的介绍，本文来介绍一下可变磁阻式步进电机（Variable Reluctance stepping motor），也称VR型步进电机。

一、VR型步进电机的结构

VR型步进电机的定子和转子都由软磁材料构成，无需永磁体。结构上来看，转子是均匀的齿状结构（如图 所示），定子上有很多成对的励磁绕组，称为极，每个极上也有与转子相同的齿状结构，相邻的极上的齿有意跟转子上的齿错开特定角度。混合式步进电机很好的继承了这一结构，两者在步距角的产生原理上是一样的。

图1 VR型步进电机的转子结构

图2展示了典型的三相VR步进电机的结构示意图。定子上有三对磁极，每一对磁极上绕有一相绕组。转子铁芯和定子极靴上的齿距相等，图中转子铁芯上有40个齿，每个齿的空间角度便是9°。

图2 典型的3相VR型步进电机的结构示意图

可以看到转子上的齿与其中一相（A）定子齿对齐时，与其他两相（B/C）的定子齿总是交错的（如图 所示），这个交错的角度分别为1/3齿（3°），这种设计的用意我们放在下面步距角原理处解释。

图3 三相定子齿和转子齿的相对关系

二、VR型步进电机的原理

所为可变磁阻式步进电机，其原理便是利用“磁场系统总是倾向于达到磁阻最小的状态”的原理来驱动转子运动。磁场系统磁阻最小时，整体能量最低，系统总是趋向于能量最低的状态，跟“水往低处流”是一个道理。

想象一下磁铁隔空吸引一根钉子，VR型步进电机的原理就是这个。

回到VR型步进电机的定转子结构上，显然转子定子齿对齐的时候气隙最小，磁阻最小，而齿对槽时气隙最大，磁阻最大。

假设初始时，A相通电，那么显然A相定子极的齿会跟转子齿一一对应，达到磁阻最小的状态（如图3所示）。

然后，我们切换到B相通电，此时，由于B相的定子极齿和转子齿错开了1/3齿距，显然不是磁阻最小状态，因此在定子极的吸引下，转子将逆时针转动1/3齿，与B相定子齿对齐。

同样的道理，再切换到C相通电，此时C相定子齿和转子齿仍是错开1/3齿，那么转子又将继续逆时针转动1/3齿。

如此循环往复，按照A-B-C-A的顺序通电，转子就连续转动了起来（逆时针），步距角就是1/3齿对应的角度即3°。反过来按照A-C-B-A的顺序通电，那么电机将顺时针旋转。

从三相VR步进电机推广开来，四相、五相以及更多相的VR步进电机原理是一模一样的，只是相邻定子极齿要错开1/p个齿的角度，其中p是电机的相数，而这个错开的角度就是步距角。因此对于VR步进电机，步距角θ=(1/p)*(360°/Z），即360°/（pZ），其中p是相数，Z是转子齿数。

三、VR型步进电机的控制

上文中提到了当三相单独按顺序通电时，电机将以步距角θ为步长转动。通电顺序为A-B-C-A，或者反过来。

也可以同时两相通电，这样两相磁场的合成磁场的方向正好处于两个单相通电磁场方向的夹角中线，也就是说AB相通电的的合成磁场方向

将使得转子齿和A相齿交错1/6，和B相齿也交错1/6齿。而后通电顺序按照AB-BC-CA-AB的模式进行改变，转子仍将以步距角θ为步长转动。

如果我们单相-双相轮流通电，按照A-AB-B-BC-C-CA-A这样的节奏通电，也就是一个周期6拍，显然这样每一步转子偏转的角度就是1/6齿，那么转子就将以θ/2的步长转动了，这跟混合式步进电机的半步驱动是一样的道理。

那么推而广之，假如我们不仅控制各相的通断，而且还控制相电流大小，这样就可以进一步精细调控合成磁场的方向，进而形成更加小的步长，这便是细分驱动了。

四、VR型步进电机的特点

（1）跟混合式步进电机一样（应该说混合式步进电机跟VR式一样），VR式步进电机的气隙很小，这主要还是为了增大转矩，但由于只有相互吸引的作用力，对比混合式步进电机，VR型步进电机的力矩要小很多。

（2）VR型步进电机的转子是软磁材料制成，因此齿数可以做的比较大，再叠加上定子相数，步距角可以做的很小，精度相对PM电机要好很多。

（3）由于VR型步进电机不用永磁体，因此在制造成本上比混合式步进电机要低，但由于气隙小，定转子也都要进行精加工，因此对比PM步进电机，成本不一定低。

（4）由于VR型步进电机无永磁体，断电时自然也就没有定位力矩了。

综上所述，VR型步进电机是一类单纯利用磁阻驱动的电机，结构上比较简单，驱动原理也比较好理解。VR型步进电机的原理决定了它的特殊结构和特点，并应用在很多特定的场景之中。