步進(jìn)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件，通過(guò)控制施加在電機(jī)線圈上的電脈沖順序、頻率和數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。配合以直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或齒輪箱裝置，更可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、精密的線性運(yùn)動(dòng)控制要求。步進(jìn)電機(jī)一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘?shù)炔糠謽?gòu)成，步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器，它利用電磁學(xué)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，是由纏繞在電機(jī)定子齒槽上的線圈驅(qū)動(dòng)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(jī)中，繞在定子齒槽上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。

? 基本結(jié)構(gòu)

? 工作原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)外來(lái)的控制脈沖和方向信號(hào)，通過(guò)其內(nèi)部的邏輯電路，控制步進(jìn)電機(jī)的繞組以一定的時(shí)序正向或反向通電，使得電機(jī)正向/反向旋轉(zhuǎn)，或者鎖定。以1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)為例：當(dāng)兩相繞組都通電勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機(jī)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(jī)將順著一個(gè)既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。同理，如果是另外一項(xiàng)繞組的電流發(fā)生了變向，則電機(jī)將順著與前者相反的方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。當(dāng)通過(guò)線圈繞組的電流按順序依次變向勵(lì)磁時(shí)，則電機(jī)會(huì)順著既定的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)，運(yùn)行精度非常高。對(duì)于 1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需200步。兩相步進(jìn)電機(jī)有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機(jī)每相上只有一個(gè)繞組線圈，電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)電流要在同一線圈內(nèi)依次變向勵(lì)磁，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上需要八個(gè)電子開關(guān)進(jìn) 行順序切換。單極性電機(jī)每相上有兩個(gè)極性相反的繞組線圈，電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)只要交替對(duì)同一相上的兩個(gè)繞組線圈進(jìn)行通電勵(lì)磁。驅(qū)動(dòng)電路設(shè) 計(jì)上只需要四個(gè)電子開關(guān)。在雙極性驅(qū)動(dòng)模式下，因?yàn)槊肯嗟睦@組線圈為100%勵(lì)磁，所以雙極性驅(qū)動(dòng)模式下電機(jī)的輸出力矩比單極性驅(qū)動(dòng)模式下提高了約 40%。
	2相（雙極性）步進(jìn)電機(jī)

	2相（單極性）步進(jìn)電機(jī)

? 準(zhǔn)確位置控制

步進(jìn)電機(jī)以一個(gè)固定的步距角轉(zhuǎn)動(dòng)，就像時(shí)鐘內(nèi)的秒針。這個(gè)角度稱為基本步距角。鳴志提供兩種基本步距角來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)：基本步距角為1.8°的兩相步進(jìn)電機(jī)和基本步距角為1.2°的三相步進(jìn)電機(jī)。
除標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)以外，鳴志也提供其它基本步距角的步進(jìn)電機(jī)，分別是0.72°，0.9°，1.5°，3.6°，3.75°。這些電機(jī)并沒(méi)有列在此目錄中，具體事宜請(qǐng)聯(lián)系鳴志公司。

? 簡(jiǎn)單的脈沖信號(hào)控制

需高精度定位的系統(tǒng)如下所示。控制器發(fā)出的脈沖信號(hào)可以準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度。

? 什么是脈沖信號(hào)？

脈沖信號(hào)是一個(gè)電壓反復(fù)在ON 和OFF 之間改變的電信號(hào)。
每個(gè)ON/OFF 周期被記為一個(gè)脈沖。單個(gè)脈沖信號(hào)指令使電機(jī)出力軸轉(zhuǎn)動(dòng)一步。
對(duì)應(yīng)電壓ON 和OFF 情況下的信號(hào)電平被分別稱為“H”和“L”。

? 轉(zhuǎn)動(dòng)距離與脈沖數(shù)成比例關(guān)系

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)距離正比于施加到驅(qū)動(dòng)器上的脈沖信號(hào)數(shù)（脈沖數(shù)）。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)出力軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度）和脈沖數(shù)的關(guān)系如下所示：

? 轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成比例關(guān)系

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加到驅(qū)動(dòng)器上的脈沖信號(hào)頻率成比例關(guān)系。電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的重要特征之一是高力矩、小體積。
這些特征使得電機(jī)具有優(yōu)秀的加速和響應(yīng)，使得這些電機(jī)非常適合那些需要頻繁啟動(dòng)和停止的應(yīng)用中。
鳴志也有帶減速機(jī)型電機(jī)可供選擇，以滿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(jī)與步進(jìn)電機(jī)的速度力矩特性比較

? 電機(jī)在停止位置自保持繞組通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)具有全部的保持力矩。這就意味著步進(jìn)電機(jī)可以在不使用機(jī)械剎車的情況下保持在停止位置。
? 裝有電磁剎車的電機(jī) 一旦電源被切斷，電機(jī)自身的保持力矩丟失，電機(jī)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(yīng)用中需要使用帶電磁剎車的電機(jī)。
? 閉環(huán)伺服控制步進(jìn)電機(jī)

鳴志創(chuàng)新性地將伺服控制技術(shù)融入步進(jìn)電機(jī)之中，創(chuàng)造出具有全新優(yōu)異性能表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)控制終端—步進(jìn)伺服。步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器大大提升了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行效果，具有控制更智能、運(yùn)行更高效、結(jié)構(gòu)更緊湊、定位更準(zhǔn)確、運(yùn)行更快速和平滑等諸多特點(diǎn)。