MOONS'在步進(jìn)電機領(lǐng)域擁有豐富的設計開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造和市場(chǎng)銷(xiāo)售方面的經(jīng)驗，提供豐富的步進(jìn)電機產(chǎn)品系列，能滿(mǎn)足不同客戶(hù)與應用需求。MOONS'步進(jìn)電機以高品質(zhì)、高性能享譽(yù)海內外，廣泛用于專(zhuān)業(yè)打設備印、智能舞臺燈光、紡織機械設備、銀行設備、工業(yè)自動(dòng)化、電子設備、半導體設備、醫療器械、測量設備等領(lǐng)域。MOONS'愿與您攜手，將您的創(chuàng )意變?yōu)榭赡埽?/span> MOONS' 混合步進(jìn)電機選型工具讓您成為一名電機專(zhuān)家，快速幫您找到適合工作要求的產(chǎn)品，您只需簡(jiǎn)單輸入工作點(diǎn)的轉矩/速度值，即可輕松獲得符合要求的電機。（請點(diǎn)擊訪(fǎng)問(wèn)）
■ 步進(jìn)電機生產(chǎn)線(xiàn)
混合式步進(jìn)電機
鳴志的單極性和雙極性混合式步進(jìn)電機有：標準混合式步進(jìn)電機、高精度混合式步進(jìn)電機、大力矩混合式步進(jìn)電機、高精度混合式步進(jìn)電機以及平滑型混合式步進(jìn)電機。
永磁式步進(jìn)電機
相比混合式步進(jìn)電機而言, 永磁式步進(jìn)電機的轉矩和體積相對較小。對于部分控制精度要求不是很高，同時(shí)輸出力矩又較小的應用場(chǎng)合，選用永磁式步進(jìn)電機是成本控制的明智選擇。
步進(jìn)伺服電機（閉環(huán)步進(jìn)）
步進(jìn)伺服是步進(jìn)電機領(lǐng)域一個(gè)創(chuàng )新的革命，在步進(jìn)電機中融入伺服控制技術(shù)，創(chuàng )造了一個(gè)性能顯著(zhù)、功能全面的特色產(chǎn)品，廣泛應用于自動(dòng)化控制各領(lǐng)域。
AM系列混合式步進(jìn)電機
AM系列混合式步進(jìn)電機主要運用在工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)，與鳴志步進(jìn)電機驅動(dòng)器性能匹配，是搭配鳴志步進(jìn)電機驅動(dòng)器使用的推薦步進(jìn)電機型號。
步進(jìn)電機基本結構
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。
步進(jìn)電機基本結構 步進(jìn)電機工作原理
| 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 | |
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| 2相（單極性）步進(jìn)電機 |
步進(jìn)電機驅動(dòng)電路
步進(jìn)電機的性能在很大程度上是由步進(jìn)電機驅動(dòng)電路決定的。以下是步進(jìn)電機與Adafruit Motor Shield驅動(dòng)電路（用于A(yíng)rduino）的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)還將探討步進(jìn)電機驅動(dòng)電路的一些普遍考慮因素：• 步進(jìn)電機與Adafruit Motor Shield：
1）Adafruit Motor Shield是一個(gè)驅動(dòng)和步進(jìn)電機的便捷套件。2）它采用了TB6612 MOSFET驅動(dòng)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(dòng)多達4個(gè)DC電動(dòng)機或2個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機，同時(shí)優(yōu)化了電機壓降性能、增加了反激二極管，并采用了專(zhuān)用的PWM驅動(dòng)芯片來(lái)管理接口上的所有電動(dòng)機。
• 步進(jìn)電機驅動(dòng)電路的關(guān)鍵點(diǎn)：
1）快速反轉定子極：為了擴展扭矩曲線(xiàn)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(dòng)電壓：為了克服電感帶來(lái)的限制并快速切換繞組，需要增加驅動(dòng)電壓。
3）限制電流：高電壓可能產(chǎn)生更高的電流，因此需要限制電流以防止損壞電機或驅動(dòng)電路。
4）反電動(dòng)勢（back-EMF）：當電機轉子轉動(dòng)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生與轉速成比例的正弦電壓（即反電動(dòng)勢）。此反向電壓將削弱正向電壓，進(jìn)而影響電流的動(dòng)態(tài)變化。
• 步進(jìn)電機驅動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。
3）驅動(dòng)方式：步進(jìn)電機的驅動(dòng)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(jìn)電機由于追求定位精度和力矩輸出，容易發(fā)熱，設計時(shí)需考慮散熱問(wèn)題。
步進(jìn)電機驅動(dòng)方式
• L/R驅動(dòng)電路
L/R驅動(dòng)電路也被稱(chēng)為恒壓驅動(dòng)電路，其工作原理是在每個(gè)繞組上施加恒定的正或負電壓來(lái)控制步進(jìn)電機的位置。然而，需要明確的是，步進(jìn)電機軸上施加的扭矩實(shí)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(guān)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(shí)，電感L則通過(guò)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(huì )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(shí)間內保持這一水平。
因此，當使用恒壓驅動(dòng)控制時(shí)，步進(jìn)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(shí)，電壓U的變化會(huì )比電流I的變化快。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(dòng)電壓、降低繞組電阻以及減小繞組電感。
在使用L/R驅動(dòng)方案時(shí)，為了控制低壓電阻電機，一種常見(jiàn)的做法是在每個(gè)繞組上串聯(lián)一個(gè)外部電阻，并使用更高的驅動(dòng)電壓，但這種方法會(huì )導致在電阻中產(chǎn)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(jiǎn)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(yōu)選擇。
為了克服這些限制，現代電壓模式驅動(dòng)器采用了更為先進(jìn)的技術(shù)。它們通過(guò)向電機相位施加近似正弦波形的電壓來(lái)實(shí)現更高效的驅動(dòng)。這種電壓波形的幅度隨著(zhù)步進(jìn)頻率的增加而相應增加。如果調整得當，這種驅動(dòng)策略可以有效地補償電感和反電動(dòng)勢對電機性能的影響，從而在保持較低設計復雜性的同時(shí)，相對于電流模式驅動(dòng)器提供不錯的性能。但這種電壓模式驅動(dòng)器的設計復雜性和成本也會(huì )相應增加。
• 斬波驅動(dòng)電路
斬波驅動(dòng)電路也被稱(chēng)為恒流驅動(dòng)電路，其核心在于在每個(gè)繞組中生成受控的電流，而非簡(jiǎn)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(gè)繞組可分別驅動(dòng)以產(chǎn)生順時(shí)針（CW）或逆時(shí)針（CCW）的電機扭矩。在每個(gè)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(shí)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(huì )提供雙極性（+和-）電壓。因此，當占空比為50%時(shí)，繞組中的電流為零；占空比為0%時(shí)，電流達到一個(gè)方向上的完整V/R（電壓/電阻）值；占空比為100%時(shí)，則在相反方向上達到完整電流。控制器通過(guò)測量與繞組串聯(lián)的電阻兩端的電壓來(lái)監測電流水平。
盡管這種方法需要額外的電子設備來(lái)測量繞組電流并控制其通斷狀態(tài)，但它能使步進(jìn)電機在更高的扭矩和速度下運行，相較于傳統的L/R驅動(dòng)器具有顯著(zhù)優(yōu)勢。此外，斬波驅動(dòng)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(mǎn)足這些高級需求，市場(chǎng)上已經(jīng)廣泛提供了集成化的斬波驅動(dòng)電子元件。
步進(jìn)電機電流波形
步進(jìn)電機是多相同步電機，理想情況下由正弦電流驅動(dòng)。全階波形與正弦曲線(xiàn)大致相似，這也是電機振動(dòng)的主要原因。為了更更精確地模擬正弦驅動(dòng)波形，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種驅動(dòng)技術(shù)：?jiǎn)蜗囹寗?dòng)、兩相驅動(dòng)、半步進(jìn)和微步進(jìn)。• 單相驅動(dòng)
在此驅動(dòng)模式下，每次只激活一個(gè)相。它的步數與兩相驅動(dòng)相同，但電機的扭矩將明顯小于兩相驅動(dòng)扭矩，因此其應用較為有限。若轉子有25個(gè)齒，旋轉一個(gè)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(dòng)
此方法是步進(jìn)電機的常見(jiàn)驅動(dòng)模式。在這種模式下，兩個(gè)相位始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，因此電機能夠輸出其最大額定扭矩。當一個(gè)相位關(guān)閉時(shí)，另一個(gè)相位會(huì )立即開(kāi)啟，以保持電機的連續運行。雖然驅動(dòng)波形與單相驅動(dòng)波形相似，但兩者在扭矩表現上存在差異。• 半步驅動(dòng)
在半步驅動(dòng)中，驅動(dòng)器會(huì )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(shí)）的扭矩會(huì )減小至約70%的額定扭矩。為了補償扭矩的減少，可以通過(guò)增加繞組中的電流來(lái)提高扭矩。半步驅動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需改變驅動(dòng)電子設備即可實(shí)現。• 微步驅動(dòng)
通常所說(shuō)的微步距驅動(dòng)即正弦余弦驅動(dòng)，其中繞組電流近似于正弦交流波形。斬波驅動(dòng)電路是實(shí)現正余弦電流的常見(jiàn)方法。正弦-余弦微步驅動(dòng)是常見(jiàn)的形式，但其他波形也會(huì )被采用。無(wú)論使用哪種波形，隨著(zhù)步距的減小，電機的運行將變得更加平穩，從而顯著(zhù)減少電機運行過(guò)程中可能出現的振動(dòng)。此外，通過(guò)加裝減速機，可以進(jìn)一步提高電機的定位分辨率。步進(jìn)電機專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)
• 牽入力矩（啟動(dòng)力矩）
牽入力矩是指在電機已勵磁的狀態(tài)下，能夠以一固定頻率啟動(dòng)并同步運行而不發(fā)生丟步現象的最大轉矩。它反映了電機在啟動(dòng)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(fā)生丟步的最大轉矩。它體現了電機在恒速下所能產(chǎn)生的最大力矩。在恒速運行時(shí)，由于轉子內部的動(dòng)能和慣性載荷的作用，牽出力矩通常會(huì )大于牽入力矩。• 定位力矩（Detent Torque）
定位力矩是指在步進(jìn)電機未通電的情況下，定子對轉子產(chǎn)生的鎖定力矩。它表示了步進(jìn)電機在靜止狀態(tài)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(shí)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(jìn)電機在停止運轉時(shí)，電機仍能維持的最大轉矩。它反映了步進(jìn)電機在沒(méi)有外界動(dòng)力源的情況下，保持其靜態(tài)穩定性的能力。保持力矩與電機型號、結構、驅動(dòng)方式等因素有關(guān)，是評估電機靜態(tài)性能的重要指標。較高的保持力矩意味著(zhù)電機具有更好的靜態(tài)穩定性，適用于需要維持固定位置或防止失步的應用場(chǎng)合。步進(jìn)電機特性
• 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。鳴志提供多種步距角的步進(jìn)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(méi)有一一列舉在此，更多詳情請聯(lián)系鳴志公司。• 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。 |  |
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• 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”。 |  |
• 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： |  |
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• 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）： |  |
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• 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 |
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• 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。 |  |
| 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。 |  |
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| 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)。 |
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步進(jìn)電機應用領(lǐng)域
鳴志的步進(jìn)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(dòng)控制。其中包括：• 辦公自動(dòng)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(lǐng)域：ATM機、票據打印、銀行卡制作、點(diǎn)鈔機等；
• 醫療領(lǐng)域：CT掃描儀、血液分析儀、生化分析儀等；
• 工業(yè)領(lǐng)域：紡織機械、包裝機械、機器人、輸送、組裝流水線(xiàn)、貼標機等；
• 通信領(lǐng)域：信號調節、移動(dòng)天線(xiàn)定位等；
• 安防行業(yè)：監控攝像頭的運動(dòng)控制；
• 汽車(chē)行業(yè)：油閥/氣閥控制、車(chē)燈轉向系統等。