步進(jìn)電機導軌簡(jiǎn)介:電機基礎知識

什么是步進(jìn)電機？

步進(jìn)電機（也稱(chēng)為步進(jìn)或步進(jìn)電機）是一種通過(guò)電脈沖轉換實(shí)現機械運動(dòng)的機電設備。步進(jìn)電機由數字脈沖驅動(dòng)，而不是連續施加的電壓。與連續旋轉的傳統電動(dòng)機不同，步進(jìn)電動(dòng)機以固定的角度增量旋轉或“步進(jìn)”。步進(jìn)電機最常用于位置控制。使用步進(jìn)電機/驅動(dòng)IC/控制IC系統設計，假設步進(jìn)電機將遵循數字指令。步進(jìn)電機的一個(gè)重要方面是缺乏反饋來(lái)保持對位置的控制，這將導致步進(jìn)電機歸類(lèi)為開(kāi)環(huán)系統。

步進(jìn)電機系統框圖

步進(jìn)電機的物理特性

步進(jìn)電機的主要部件是軸、轉子和定子層壓板、磁鐵、軸承、銅線(xiàn)和引線(xiàn)、墊圈以及前蓋和端蓋。軸通常由不銹鋼金屬制成，而定子和轉子層壓由硅鋼組成。硅鋼允許更高的電阻率，從而降低磁芯損耗。步進(jìn)電機中可用的各種磁體允許多種結構考慮。磁鐵可以是鐵氧體塑料、燒結鐵氧體和Nd-Fe-B粘結磁鐵。軸承隨電機尺寸而變化。外殼材料由鋁等各種其他金屬組成，具有高耐熱性。

步進(jìn)電機如何工作？

步進(jìn)電機的主要用途是控制運動(dòng)，無(wú)論是線(xiàn)性的還是旋轉的。在旋轉運動(dòng)的情況下，以正確的順序接收數字脈沖允許軸以離散的步長(cháng)增量旋轉。脈沖（也稱(chēng)為時(shí)鐘或步進(jìn)信號）可由微處理器、定時(shí)邏輯、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)或繼電器閉合產(chǎn)生。一連串數字脈沖轉化為軸旋轉。每轉一圈都需要給定數量的脈沖，每個(gè)脈沖等于一個(gè)旋轉增量或步進(jìn)，這只是一個(gè)完整旋轉的一部分。輸入脈沖和電機的軸旋轉之間存在許多關(guān)系。其中一個(gè)關(guān)系是施加的脈沖序列和旋轉方向之間的關(guān)系。當適當的順序脈沖傳遞到設備時(shí)，軸將順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉。輸入脈沖和電機旋轉之間的另一個(gè)關(guān)系是頻率和速度之間的關(guān)系。增加輸入脈沖頻率可提高軸轉速。

步進(jìn)電機的基本類(lèi)型

步進(jìn)電機因應用而異，結構和功能不同。三種最常見(jiàn)的步進(jìn)電機類(lèi)型是可變磁阻、永磁和混合步進(jìn)電機。

可變磁阻 （VR） 步進(jìn)電機

VR步進(jìn)電機的特點(diǎn)是具有多個(gè)軟鐵轉子和一個(gè)纏繞定子。它們通常根據磁通量的基本原理工作，通過(guò)磁路找到最低的磁阻通路。在一般操作中，VR步進(jìn)電機具有相對較高的步進(jìn)率，為5至15度，并且沒(méi)有止動(dòng)扭矩。VR步進(jìn)電機的步進(jìn)角與定子和轉子中包含的齒數有關(guān)。與這兩個(gè)變量相關(guān)的等式可以在本指南的公式部分找到。

VR步進(jìn)電機如何工作？

參考下圖，當定子繞組用直流電流通電時(shí)，磁極被磁化。當磁極被磁化時(shí)，轉子齒被通電的定子極吸引并旋轉以對齊。一旦定子相位A周?chē)睦@組通電，轉子齒就會(huì )被吸引到定子極上，從而使兩極對齊。當相位A的繞組斷電并且相位B的通電時(shí)，轉子旋轉以使其齒與定子的齒對齊。該過(guò)程按順序進(jìn)行，階段C，然后是階段D通電，促使轉子旋轉。

可變磁阻步進(jìn)電機

VR步進(jìn)電機的簡(jiǎn)要總結：

• 轉子具有多個(gè)帶繞組定子的軟鐵轉子
• 最不復雜（因此也更便宜）的步進(jìn)電機
• 大步距角
• 在手動(dòng)旋轉斷電電機軸時(shí)未檢測到制動(dòng)扭矩

永磁（PM）步進(jìn)電機

永磁步進(jìn)電機由沒(méi)有齒的永磁轉子組成，這些轉子垂直于旋轉軸被磁化。通過(guò)按順序為四相通電，轉子由于磁極的吸引力而旋轉。下圖所示的步進(jìn)電機將采用90度步進(jìn)，因為繞組按順時(shí)針順序通電：ABAB。PM步進(jìn)電機通常具有45或90度的步進(jìn)角，并且步進(jìn)速率相對較低。然而，它們具有高扭矩和良好的阻尼特性。阿納海姆自動(dòng)化提供多種PM步進(jìn)電機選擇，直徑范圍從15到57mm。

PM步進(jìn)電機的簡(jiǎn)要總結：

• 轉子是永磁體
• 大到中等步距角
• 通常在計算機打印機中用作進(jìn)紙器

混合式步進(jìn)電機

混合式步進(jìn)電機

混合式步進(jìn)電機融合了VR和PM步進(jìn)電機設計的品質(zhì)。憑借其與VR電機的多齒轉子相似性以及軸周?chē)妮S向磁化同心磁鐵，混合步進(jìn)電機可增加制動(dòng)，保持和動(dòng)態(tài)扭矩。與永磁步進(jìn)電機相比，它在步進(jìn)分辨率、扭矩和速度方面提供了性能增強。典型的混合式步進(jìn)電機設計步進(jìn)角為0.9°、1.8°、3.6°和4.5°，其中1.8°是最常用的步進(jìn)角。它們非常適合具有穩定負載且速度低于 1，000 rpm 的應用。在設計電機的最佳扭矩輸出時(shí)，要考慮的關(guān)鍵因素是層壓次數，齒的精度和鋒利度以及磁性材料的強度。

混合式步進(jìn)電機的簡(jiǎn)要總結：

• 與VR和PM步進(jìn)電機相比，步進(jìn)角更小
• 轉子由具有細齒的永磁體制成
• 增加制動(dòng)、保持和動(dòng)態(tài)扭矩
• 1.8°是最常見(jiàn)的步進(jìn)角

注意：在阿納海姆自動(dòng)化，1.8度混合式步進(jìn)電機是庫存最廣泛的步進(jìn)電機，尺寸從NEMA 08到42不等?；旌鲜讲竭M(jìn)電機也可以一次驅動(dòng)兩相以產(chǎn)生更大的扭矩，或者交替地驅動(dòng)一個(gè)，然后是兩個(gè)，然后是一個(gè)相位，以產(chǎn)生半步或0.9度的增量。

步進(jìn)減速電機

單個(gè)步進(jìn)減速電機之間的主要區別在于其性能特征。步進(jìn)減速電機的主要功能是將步進(jìn)電機的輸入轉換為具有高扭矩和低RPM的輸出。阿納海姆自動(dòng)化公司提供正齒輪步進(jìn)和行星減速電機，提供各種齒輪比、堆疊長(cháng)度和扭矩輸出。

帶正齒輪箱的步進(jìn)電機

帶正齒輪箱的步進(jìn)電機

與正齒輪箱集成的步進(jìn)電機隨手可得，緊湊而高效。阿納海姆自動(dòng)化的步進(jìn)減速電機的齒輪比范圍為3：1至150：1。帶正齒輪箱的步進(jìn)電機廣泛用于需要增速或減速以及高輸出扭矩的應用。在考慮正齒輪箱時(shí)，重要的是要考慮孔徑和軸直徑以及齒輪中心，以滿(mǎn)足特定的應用需求。

帶行星齒輪箱的步進(jìn)電機

與行星齒輪箱集成的步進(jìn)電機尺寸緊湊，效率高，并具有各種堆疊長(cháng)度。“行星”這個(gè)詞源于齒輪箱與太陽(yáng)系的相似性。該系統由三個(gè)主要部件組成：太陽(yáng)齒輪，環(huán)形齒輪和兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪。太陽(yáng)齒輪位于中心，環(huán)形齒輪是最外層的齒輪，行星齒輪圍繞著(zhù)環(huán)形齒輪內的太陽(yáng)齒輪。行星齒輪箱用于低背隙、緊湊尺寸、高效率、抗沖擊性、高扭矩重量比和改進(jìn)潤滑的應用中。

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