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步進(jìn)電機基本結構和工作原理

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機件，通過(guò)控制施加在電機線(xiàn)圈上的電脈沖順序、頻率和數量，可以實(shí)現對步進(jìn)電機的轉向、速度和旋轉角度的控制。配合以直線(xiàn)運動(dòng)執行機構或齒輪箱裝置，更可以實(shí)現更加復雜、精密的線(xiàn)性運動(dòng)控制要求。步進(jìn)電機一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘等部分構成，步進(jìn)電機也叫步進(jìn)器，它利用電磁學(xué)原理，將電能轉換為機械能，是由纏繞在電機定子齒槽上的線(xiàn)圈驅動(dòng)的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線(xiàn)管，而在電機中，繞在定子齒槽上的金屬絲則叫做繞組、線(xiàn)圈、或相。

基本結構

工作原理

步進(jìn)電機驅動(dòng)器根據外來(lái)的控制脈沖和方向信號，通過(guò)其內部的邏輯電路，控制步進(jìn)電機的繞組以一定的時(shí)序正向或反向通電，使得電機正向/反向旋轉，或者鎖定。以1.8度兩相步進(jìn)電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時(shí)，電機輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著(zhù)一個(gè)既定方向旋轉一步（1.8度）。同理，如果是另外一項繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著(zhù)與前者相反的方向旋轉一步（1.8度）。當通過(guò)線(xiàn)圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時(shí)，則電機會(huì )順著(zhù)既定的方向實(shí)現連續旋轉步進(jìn)，運行精度非常高。對于 1.8度兩相步進(jìn)電機旋轉一周需200步。 兩相步進(jìn)電機有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機每相上只有一個(gè)繞組線(xiàn)圈，電機連續旋轉時(shí)電流要在同一線(xiàn)圈內依次變向勵磁，驅動(dòng)電路設計上需要八個(gè)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行順序切換。單極性電機每相上有兩個(gè)極性相反的繞組線(xiàn)圈，電機連續旋轉時(shí)只要交替對同一相上的兩個(gè)繞組線(xiàn)圈進(jìn)行通電勵磁。驅動(dòng)電路設計上只需要四個(gè)電子開(kāi)關(guān)。在雙極性驅動(dòng)模式下，因為每相的繞組線(xiàn)圈為100%勵磁，所以雙極性驅動(dòng)模式下電機的輸出力矩比單極性驅動(dòng)模式下提高了約 40%。

2相（雙極性）步進(jìn)電機
2相（單極性）步進(jìn)電機

準確位置控制

步進(jìn)電機以一個(gè)固定的步距角轉動(dòng)，就像時(shí)鐘內的秒針。這個(gè)角度稱(chēng)為基本步距角。鳴志提供兩種基本步距角來(lái)作為標準電機：基本步距角為1.8°兩相步進(jìn)電機和基本步距角為1.2°的三相步進(jìn)電機。
除標準電機以外，鳴志也提供其它基本步距角的步進(jìn)電機，分別是0.72°，0.9°，1.5°，3.6°，3.75°。這些電機并沒(méi)有列在此目錄中，具體事宜請聯(lián)系鳴志公司。 2相步進(jìn)電機

簡(jiǎn)單的脈沖信號控制

需高精度定位的系統如下所示。控制器發(fā)出的脈沖信號可以準確地控制步進(jìn)電機的轉動(dòng)角度和速度。簡(jiǎn)單的脈沖信號控制

什么是脈沖信號？

脈沖信號是一個(gè)電壓反復在ON 和OFF 之間改變的電信號。
每個(gè)ON/OFF周期被記為一個(gè)脈沖。單個(gè)脈沖信號指令使電機出力軸轉動(dòng)一步。
對應電壓ON和OFF情況下的信號電平被分別稱(chēng)為“H”和“L”。什么是脈沖信號？

轉動(dòng)距離與脈沖數成比例關(guān)系

步進(jìn)電機的轉動(dòng)距離正比于施加到驅動(dòng)器上的脈沖信號數（脈沖數）。
步進(jìn)電機轉動(dòng)（電機出力軸轉動(dòng)角度）和脈沖數的關(guān)系如下所示：

轉速與脈沖頻率成比例關(guān)系

步進(jìn)電機的轉速與施加到驅動(dòng)器上的脈沖信號頻率成比例關(guān)系。
電機的轉速[r/min] 與脈沖頻率[Hz] 的關(guān)系如下（整步模式）：

高力矩、小體積

步進(jìn)電機的重要特征之一是高力矩、小體積。
這些特征使得電機具有優(yōu)秀的加速和響應，使得這些電機非常適合那些需要頻繁啟動(dòng)和停止的應用中。
鳴志也有帶減速機型電機可供選擇，以滿(mǎn)足低速下更高力矩的需求。

能夠頻繁啟動(dòng)/ 停止

相同尺寸下的伺服電機與步進(jìn)電機的速度力矩特性比較

電機在停止位置自保持

繞組通電時(shí)步進(jìn)電機具有全部的保持力矩。這就意味著(zhù)步進(jìn)電機可以在不使用機械剎車(chē)的情況下保持在停止位置。電機在停止位置自保持

裝有電磁剎車(chē)的電機

一旦電源被切斷，電機自身的保持力矩丟失，電機不能在垂直操作中或施加外力作用下保持在停止位置。在提升和其它相似應用中需要使用帶電磁剎車(chē)的電機。裝有電磁剎車(chē)的電機

閉環(huán)伺服控制步進(jìn)電機

鳴志創(chuàng )新性地將伺服控制技術(shù)融入步進(jìn)電機之中，創(chuàng )造出具有全新優(yōu)異性能表現的運動(dòng)控制終端—步進(jìn)伺服。步進(jìn)伺服驅動(dòng)器大大提升了步進(jìn)電機的運行效果，具有控制更智能、運行更高效、結構更緊湊、定位更準確、運行更快速和平滑等諸多特點(diǎn)。