高輸出力矩和高效率來自于稀土永磁體和優化的轉子齒形設計優化的槽滿率設計使得電機的溫升更低、壽命更長、輸出力矩更大大軸承設計可以有效提升電機壽命，如短程往復運動應用等
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件，通過控制施加在電機線圈上的電脈沖順序、頻率和數量，可以實現對步進電機的轉向、速度和旋轉角度的控制。配合以直線運動執行機構或齒輪箱裝置，更可以實現更加復雜、精密的線性運動控制要求。
MOONS'憑借在步進電機領域多年的設計開發、生產制造和市場銷售方面的專業技術與經驗，提供豐富的步進電機產品系列，有不同的相數和步距角的步進電機可供選擇，可以滿足不同客戶和不同應用的需求。MOONS'步進電機以高品質，高性能享譽海內外，廣泛應用于專業打印設備、智能舞臺燈光設備、紡織機械、銀行設備、工業自動化、LED 產線、電子設備、半導體設備、醫療器械、測量設備等領域。我們愿始終與您攜手，讓您的創意變為可能。 MOONS' - 您的明智之選！
MOONS'隆重推出步進電機選型工具，您只需簡單輸入工作點的轉矩/速度值，即可以更智能的、更便捷方式找到滿足需求的正確產品。（請點擊訪問）
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步進電機基本結構
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件，通過控制施加在電機線圈上的電脈沖順序、頻率和數量，可以實現對步進電機的轉向、速度和旋轉角度的控制。配合以直線運動執行機構或齒輪箱裝置，更可以實現更加復雜、精密的線性運動控制要求。步進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，步進電機也叫步進器，它利用電磁學原理，將電能轉換為機械能，是由纏繞在電機定子齒槽上的線圈驅動的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機中，繞在定子齒槽上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。
步進電機基本結構 步進電機工作原理
| 步進電機驅動器根據外來的控制脈沖和方向信號，通過其內部的邏輯電路，控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電，使得電機正向/反向旋轉，或者鎖定。 以1.8度兩相步進電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時，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生了變向，則電機將順著一個既定方向旋轉一步（1.8度）。同理，如果是另外一項繞 組的電流發生了變向，則電機將順著與前者相反的方向旋轉一步（1.8度）。當通過線圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時，則電 機會順著既定的方向實現連續旋轉步進，運行精度非常高。對于 1.8度兩相步進電機旋轉一周需200步。 兩相步進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繞組線圈，電機連續旋轉時電流要在 同一線圈內依次變向勵磁，驅動電路設計上需要八個電子開關進 行順序切換。 單極性電機每相上有兩個極性相反的繞組線圈，電機連續旋轉時只要交替對同一相上的兩個繞組線圈進行通電勵磁。驅動電路設計上只需要四個電子開關。在雙極性驅動模式下，因為每相的繞組線圈為100%勵磁，所以雙極性驅動模式下電機的輸出力矩比單極性驅動模式下提高了約40%。 |  |
| 2相（雙極性）步進電機 | |
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| 2相（單極性）步進電機 |
步進電機驅動電路
步進電機的性能在很大程度上是由步進電機驅動電路決定的。以下是步進電機與Adafruit Motor Shield驅動電路（用于Arduino）的關鍵點，同時還將探討步進電機驅動電路的一些普遍考慮因素：• 步進電機與Adafruit Motor Shield：
1）Adafruit Motor Shield是一個驅動和步進電機的便捷套件。2）它采用了TB6612 MOSFET驅動器，每通道電流能力為1.2A（峰值可達到3A，每次約20ms）。
3）套件支持驅動多達4個DC電動機或2個步進電動機，同時優化了電機壓降性能、增加了反激二極管，并采用了專用的PWM驅動芯片來管理接口上的所有電動機。
• 步進電機驅動電路的關鍵點：
1）快速反轉定子極：為了擴展扭矩曲線的速度范圍，需要更加快速地反轉定子極，此操作受限于繞組電感。2）增加驅動電壓：為了克服電感帶來的限制并快速切換繞組，需要增加驅動電壓。
3）限制電流：高電壓可能產生更高的電流，因此需要限制電流以防止損壞電機或驅動電路。
4）反電動勢（back-EMF）：當電機轉子轉動時，會產生與轉速成比例的正弦電壓（即反電動勢）。此反向電壓將削弱正向電壓，進而影響電流的動態變化。
• 步進電機驅動電路的考慮因素：
1）電感：電感影響定子極的切換速度，從而可能影響電機的最高速度。2）電阻：電機的直流電阻和電感一起影響電機的動態特性。
3）驅動方式：步進電機的驅動方式（如單四拍、雙四拍、八拍等）影響其步距角和旋轉特性。
4）散熱：步進電機由于追求定位精度和力矩輸出，容易發熱，設計時需考慮散熱問題。
步進電機驅動方式
• L/R驅動電路
L/R驅動電路也被稱為恒壓驅動電路，其工作原理是在每個繞組上施加恒定的正或負電壓來控制步進電機的位置。然而，需要明確的是，步進電機軸上施加的扭矩實際上是由繞組中的電流決定的，而非電壓。繞組中的電流I與其施加的電壓V之間的關系受到繞組電感L和繞組電阻R的影響。根據歐姆定律，電阻R決定了在給定電壓下的最大電流，即I=V/R。同時，電感L則通過公式dI/dt = V/L決定了繞組中電流的最大變化率。在電壓脈沖的作用下，電流會隨電感迅速增加，直至達到V/R的穩定值，并在脈沖的持續時間內保持這一水平。
因此，當使用恒壓驅動控制時，步進電機的最大速度受到其電感的限制。當電機轉速達到一定水平時，電壓U的變化會比電流I的變化快。簡單來說，電流的變化率與L/R的值成正比（例如，10mH的電感和2歐姆的電阻大約需要5毫秒才能達到最大扭矩的約2/3，或者大約24毫秒才能達到最大扭矩的99%）。為了在高速條件下獲得高扭矩，需要采取一系列措施，包括提高驅動電壓、降低繞組電阻以及減小繞組電感。
在使用L/R驅動方案時，為了控制低壓電阻電機，一種常見的做法是在每個繞組上串聯一個外部電阻，并使用更高的驅動電壓，但這種方法會導致在電阻中產生不必要的功率損耗和熱量，從而降低了系統的整體效率。盡管這種方案簡單易行且成本較低，但在性能上卻不盡如人意，通常被視為次優選擇。
為了克服這些限制，現代電壓模式驅動器采用了更為先進的技術。它們通過向電機相位施加近似正弦波形的電壓來實現更高效的驅動。這種電壓波形的幅度隨著步進頻率的增加而相應增加。如果調整得當，這種驅動策略可以有效地補償電感和反電動勢對電機性能的影響，從而在保持較低設計復雜性的同時，相對于電流模式驅動器提供不錯的性能。但這種電壓模式驅動器的設計復雜性和成本也會相應增加。
• 斬波驅動電路
斬波驅動電路也被稱為恒流驅動電路，其核心在于在每個繞組中生成受控的電流，而非簡單地施加恒定的電壓。這種電路特別適用于雙繞組雙極性電機，其中兩個繞組可分別驅動以產生順時針（CW）或逆時針（CCW）的電機扭矩。在每個繞組上，供電電壓以方波的形式施加，而電機繞組中的電感則起到平滑電流的作用。實際電流的達成率取決于方波的占空比。在大多數應用中，控制器會提供雙極性（+和-）電壓。因此，當占空比為50%時，繞組中的電流為零；占空比為0%時，電流達到一個方向上的完整V/R（電壓/電阻）值；占空比為100%時，則在相反方向上達到完整電流。控制器通過測量與繞組串聯的電阻兩端的電壓來監測電流水平。
盡管這種方法需要額外的電子設備來測量繞組電流并控制其通斷狀態，但它能使步進電機在更高的扭矩和速度下運行，相較于傳統的L/R驅動器具有顯著優勢。此外，斬波驅動電路允許控制器輸出預定的電流水平，而非固定的值，從而增加了控制器的靈活性和精確度。為了滿足這些高級需求，市場上已經廣泛提供了集成化的斬波驅動電子元件。
步進電機電流波形
步進電機是多相同步電機，理想情況下由正弦電流驅動。全階波形與正弦曲線大致相似，這也是電機振動的主要原因。為了更更精確地模擬正弦驅動波形，目前已經開發了多種驅動技術：單相驅動、兩相驅動、半步進和微步進。• 單相驅動
在此驅動模式下，每次只激活一個相。它的步數與兩相驅動相同，但電機的扭矩將明顯小于兩相驅動扭矩，因此其應用較為有限。若轉子有25個齒，旋轉一個齒位需要4步。從而每轉需要100步，每步的角度為3.6°（360°/100）。• 兩相驅動
此方法是步進電機的常見驅動模式。在這種模式下，兩個相位始終處于開啟狀態，因此電機能夠輸出其最大額定扭矩。當一個相位關閉時，另一個相位會立即開啟，以保持電機的連續運行。雖然驅動波形與單相驅動波形相似，但兩者在扭矩表現上存在差異。• 半步驅動
在半步驅動中，驅動器會在兩相和單相之間交替切換，從而提高電機的角分辨率。然而，電機在全步位置（僅單相上電時）的扭矩會減小至約70%的額定扭矩。為了補償扭矩的減少，可以通過增加繞組中的電流來提高扭矩。半步驅動的優點在于無需改變驅動電子設備即可實現。• 微步驅動
通常所說的微步距驅動即正弦余弦驅動，其中繞組電流近似于正弦交流波形。斬波驅動電路是實現正余弦電流的常見方法。正弦-余弦微步驅動是常見的形式，但其他波形也會被采用。無論使用哪種波形，隨著步距的減小，電機的運行將變得更加平穩，從而顯著減少電機運行過程中可能出現的振動。此外，通過加裝減速機，可以進一步提高電機的定位分辨率。步進電機專業用語
• 牽入力矩（啟動力矩）
牽入力矩是指在電機已勵磁的狀態下，能夠以一固定頻率啟動并同步運行而不發生丟步現象的最大轉矩。它反映了電機在啟動階段需要克服的力矩，包括轉子慣量的加速轉矩、外接負載的摩擦轉矩等。因此，牽入力矩通常小于牽出力矩。• 牽出力矩（運行力矩）
牽出力矩是指在給定頻率下，電機能夠同步運行且不發生丟步的最大轉矩。它體現了電機在恒速下所能產生的最大力矩。在恒速運行時，由于轉子內部的動能和慣性載荷的作用，牽出力矩通常會大于牽入力矩。• 定位力矩（Detent Torque）
定位力矩是指在步進電機未通電的情況下，定子對轉子產生的鎖定力矩。它表示了步進電機在靜止狀態下，其內部機制使轉子保持在特定位置的能力。定位力矩有助于電機在受到輕微外力時保持其位置，特別是在需要高精度定位的應用中。• 保持力矩
保持力矩是指步進電機在停止運轉時，電機仍能維持的最大轉矩。它反映了步進電機在沒有外界動力源的情況下，保持其靜態穩定性的能力。保持力矩與電機型號、結構、驅動方式等因素有關，是評估電機靜態性能的重要指標。較高的保持力矩意味著電機具有更好的靜態穩定性，適用于需要維持固定位置或防止失步的應用場合。步進電機特性
• 準確位置控制 步進電機以一個固定的步距角轉動，就像時鐘內的秒針，這個角度稱為基本步距角。鳴志提供多種步距角的步進電機，分別有0.72°、0.9°、1.2°、1.5°、1.8°、3.6°、3.75°等，還有更多機型步距角并沒有一一列舉在此，更多詳情請聯系鳴志公司。• 簡單的脈沖信號控制 需高精度定位的系統如下所示。控制器發出的脈沖信號可以準確地控制步進電機的轉動角度和速度。 |  |
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• 什么是脈沖信號？
| 脈沖信號是一個電壓反復在ON 和OFF 之間改變的電信號。 每個ON/OFF周期被記為一個脈沖。單個脈沖信號指令使電機出力軸轉動一步。 對應電壓ON 和OFF 情況下的信號電平被分別稱為“H”和“L”。 |  |
• 轉動距離與脈沖數成比例關系
| 步進電機的轉動距離正比于施加到驅動器上的脈沖信號數（脈沖數）。 步進電機轉動（電機出力軸轉動角度）和脈沖數的關系如下所示： |  |
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• 轉速與脈沖頻率成比例關系
| 步進電機的轉速與施加到驅動器上的脈沖信號頻率成比例關系。 電機的轉速[r/min] 與脈沖頻率[Hz] 的關系如下（整步模式）： |  |
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• 高力矩、小體積
步進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和停止的應用中。
鳴志也有帶減速機型電機可供選擇，以滿足低速下更高力矩的需求。
• 能夠頻繁啟動/ 停止 | • 相同尺寸下的伺服電機與步進電機的速度力矩特性比較 |
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• 電機在停止位置自保持 繞組通電時步進電機具有全部的保持力矩。這就意味著步進電機可以在不使用機械剎車的情況下保持在停止位置。 |  |
| 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的電機。 |  |
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| 鳴志創新性地將伺服控制技術融入步進電機之中，創造出具有全新優異性能表現的運動控制終端—步進伺服。步進伺服驅動器大大提升了步進電機的運行效果，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。 |
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步進電機應用領域
鳴志的步進電機在各種設備中得到了廣泛應用，為這些設備提供精確的運動控制。其中包括：• 辦公自動化：打印機、掃描儀、復印機、多功能一體機等；
• 舞臺燈光：光射方向控制、調焦、色變和光斑調控、燈光特效等；
• 銀行領域：ATM機、票據打印、銀行卡制作、點鈔機等；
• 醫療領域：CT掃描儀、血液分析儀、生化分析儀等；
• 工業領域：紡織機械、包裝機械、機器人、輸送、組裝流水線、貼標機等；
• 通信領域：信號調節、移動天線定位等；
• 安防行業：監控攝像頭的運動控制；
• 汽車行業：油閥/氣閥控制、車燈轉向系統等。