步进电机导轨简介:电机基础知识

什么是步进电机？

步进电机（也称为步进或步进电机）是一种通过电脉冲转换实现机械运动的机电设备。步进电机由数字脉冲驱动，而不是连续施加的电压。与连续旋转的传统电动机不同，步进电动机以固定的角度增量旋转或“步进”。步进电机最常用于位置控制。使用步进电机/驱动IC/控制IC系统设计，假设步进电机将遵循数字指令。步进电机的一个重要方面是缺乏反馈来保持对位置的控制，这将导致步进电机归类为开环系统。

步进电机系统框图

步进电机的物理特性

步进电机的主要部件是轴、转子和定子层压板、磁铁、轴承、铜线和引线、垫圈以及前盖和端盖。轴通常由不锈钢金属制成，而定子和转子层压由硅钢组成。硅钢允许更高的电阻率，从而降低磁芯损耗。步进电机中可用的各种磁体允许多种结构考虑。磁铁可以是铁氧体塑料、烧结铁氧体和Nd-Fe-B粘结磁铁。轴承随电机尺寸而变化。外壳材料由铝等各种其他金属组成，具有高耐热性。

步进电机如何工作？

步进电机的主要用途是控制运动，无论是线性的还是旋转的。在旋转运动的情况下，以正确的顺序接收数字脉冲允许轴以离散的步长增量旋转。脉冲（也称为时钟或步进信号）可由微处理器、定时逻辑、拨动开关或继电器闭合产生。一连串数字脉冲转化为轴旋转。每转一圈都需要给定数量的脉冲，每个脉冲等于一个旋转增量或步进，这只是一个完整旋转的一部分。输入脉冲和电机的轴旋转之间存在许多关系。其中一个关系是施加的脉冲序列和旋转方向之间的关系。当适当的顺序脉冲传递到设备时，轴将顺时针或逆时针旋转。输入脉冲和电机旋转之间的另一个关系是频率和速度之间的关系。增加输入脉冲频率可提高轴转速。

步进电机的基本类型

步进电机因应用而异，结构和功能不同。三种最常见的步进电机类型是可变磁阻、永磁和混合步进电机。

可变磁阻 （VR） 步进电机

VR步进电机的特点是具有多个软铁转子和一个缠绕定子。它们通常根据磁通量的基本原理工作，通过磁路找到最低的磁阻通路。在一般操作中，VR步进电机具有相对较高的步进率，为5至15度，并且没有止动扭矩。VR步进电机的步进角与定子和转子中包含的齿数有关。与这两个变量相关的等式可以在本指南的公式部分找到。

VR步进电机如何工作？

参考下图，当定子绕组用直流电流通电时，磁极被磁化。当磁极被磁化时，转子齿被通电的定子极吸引并旋转以对齐。一旦定子相位A周围的绕组通电，转子齿就会被吸引到定子极上，从而使两极对齐。当相位A的绕组断电并且相位B的通电时，转子旋转以使其齿与定子的齿对齐。该过程按顺序进行，阶段C，然后是阶段D通电，促使转子旋转。

可变磁阻步进电机

VR步进电机的简要总结：

• 转子具有多个带绕组定子的软铁转子
• 最不复杂（因此也更便宜）的步进电机
• 大步距角
• 在手动旋转断电电机轴时未检测到制动扭矩

永磁（PM）步进电机

永磁步进电机由没有齿的永磁转子组成，这些转子垂直于旋转轴被磁化。通过按顺序为四相通电，转子由于磁极的吸引力而旋转。下图所示的步进电机将采用90度步进，因为绕组按顺时针顺序通电：ABAB。PM步进电机通常具有45或90度的步进角，并且步进速率相对较低。然而，它们具有高扭矩和良好的阻尼特性。阿纳海姆自动化提供多种PM步进电机选择，直径范围从15到57mm。

PM步进电机的简要总结：

• 转子是永磁体
• 大到中等步距角
• 通常在计算机打印机中用作进纸器

混合式步进电机

混合式步进电机

混合式步进电机融合了VR和PM步进电机设计的品质。凭借其与VR电机的多齿转子相似性以及轴周围的轴向磁化同心磁铁，混合步进电机可增加制动，保持和动态扭矩。与永磁步进电机相比，它在步进分辨率、扭矩和速度方面提供了性能增强。典型的混合式步进电机设计步进角为0.9°、1.8°、3.6°和4.5°，其中1.8°是最常用的步进角。它们非常适合具有稳定负载且速度低于 1，000 rpm 的应用。在设计电机的最佳扭矩输出时，要考虑的关键因素是层压次数，齿的精度和锋利度以及磁性材料的强度。

混合式步进电机的简要总结：

• 与VR和PM步进电机相比，步进角更小
• 转子由具有细齿的永磁体制成
• 增加制动、保持和动态扭矩
• 1.8°是最常见的步进角

注意：在阿纳海姆自动化，1.8度混合式步进电机是库存最广泛的步进电机，尺寸从NEMA 08到42不等。混合式步进电机也可以一次驱动两相以产生更大的扭矩，或者交替地驱动一个，然后是两个，然后是一个相位，以产生半步或0.9度的增量。

步进减速电机

单个步进减速电机之间的主要区别在于其性能特征。步进减速电机的主要功能是将步进电机的输入转换为具有高扭矩和低RPM的输出。阿纳海姆自动化公司提供正齿轮步进和行星减速电机，提供各种齿轮比、堆叠长度和扭矩输出。

带正齿轮箱的步进电机

带正齿轮箱的步进电机

与正齿轮箱集成的步进电机随手可得，紧凑而高效。阿纳海姆自动化的步进减速电机的齿轮比范围为3：1至150：1。带正齿轮箱的步进电机广泛用于需要增速或减速以及高输出扭矩的应用。在考虑正齿轮箱时，重要的是要考虑孔径和轴直径以及齿轮中心，以满足特定的应用需求。

带行星齿轮箱的步进电机

与行星齿轮箱集成的步进电机尺寸紧凑，效率高，并具有各种堆叠长度。“行星”这个词源于齿轮箱与太阳系的相似性。该系统由三个主要部件组成：太阳齿轮，环形齿轮和两个或多个行星齿轮。太阳齿轮位于中心，环形齿轮是最外层的齿轮，行星齿轮围绕着环形齿轮内的太阳齿轮。行星齿轮箱用于低背隙、紧凑尺寸、高效率、抗冲击性、高扭矩重量比和改进润滑的应用中。

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