步進(jìn)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)是從電磁鐵這樣簡(jiǎn)略的裝l演化過來的一種電磁能f轉(zhuǎn)換元件，因而設(shè)計(jì)擇能夠依據(jù)電磁場(chǎng)理論和機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)繁設(shè)計(jì)出各種醒式的步進(jìn)電機(jī)。從步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展過程來看也是如此，結(jié)構(gòu)縈多的步進(jìn)電機(jī)在歷吏上相繼呈現(xiàn)。但有的鉆構(gòu)型式由于功率低、噪聲大、加快功能差、制造工藝雜亂等原因，存在的時(shí)刻很短就被篩選了。如章動(dòng)式、棘輪式、滾切式、柔輪式、諧波式等步進(jìn)電機(jī)，現(xiàn)在都很少或許不出產(chǎn)了。

基本結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

1. 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)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于控制脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)

2. 脈沖數(shù)越多，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大。

3. 脈沖的頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但不能超過最高頻率，否則電機(jī)的力矩迅速減小，電機(jī)不轉(zhuǎn)。

工業(yè)上廣泛運(yùn)用的五種步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特色、作業(yè)原理作一簡(jiǎn)略介紹

(一)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)亦稱磁阻式(VR)步進(jìn)電機(jī)。其定轉(zhuǎn)子截路均由軟磁資料側(cè)成，定子上有多相勵(lì)滋繞組，運(yùn)用磁導(dǎo)的交化發(fā)生轉(zhuǎn)矩，是現(xiàn)在運(yùn)用最多的一種步進(jìn)電機(jī)。

這種電動(dòng)機(jī)的相效一般為三、四、五、六相。按弱組擺放方式，可分為單段式徑向磁路、多段式徑向成路和多段式軸向田1-4單段徑向磁路反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。

不管哪一種反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它們共同的特色是：

1)氣隙小;為了進(jìn)步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)輸出錢矩，氣隙都獲得很小。一般是按工藝答應(yīng)的最小氣陳進(jìn)行加工，最大靜轉(zhuǎn)矩在ION“m以下的電機(jī)，氣隙為0.03--”0.05 mm，

2)步距角小。由于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子是選用，軟磁資料制成的，沒有磁鋼，靠磁阻變化發(fā)生轉(zhuǎn)矩。在機(jī)械加工所能答應(yīng)的最小齒距情況下，，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)能夠做得很多。例如電機(jī)外徑為130 m。的電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒距為1-2m。時(shí)，齒數(shù)最多可達(dá)250個(gè)。因而五相以上的電機(jī)，現(xiàn)在最小的步距角能夠做到101左右。

3)勵(lì)磁電流較大，繞組線徑粗，電阻小。因而為了進(jìn)步電機(jī)的快速功能，往往希甩電源電壓高一些，這樣就必須在主回路中串入功率較大的限流電阻0并且要求馭動(dòng)電源功率較大，這樣體系功率低。

4)電機(jī)的丙阻尼較小。當(dāng)相數(shù)較少時(shí)，單步運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)刻可能很長(zhǎng)。

(二)永磁式步進(jìn)電機(jī)

永磁式步進(jìn)電機(jī)是轉(zhuǎn)子或定子的某一方具有永水徽鋼的步進(jìn)電機(jī)。另一方是由軟磁資料制成，繞組輪番通電升建立的磁場(chǎng)與永久磁鋼的穩(wěn)定磁場(chǎng)相互作用發(fā)生轉(zhuǎn)矩 勵(lì)磁繞組能夠作成兩相或多相，但一般作成兩相操控繞制。

按上述動(dòng)作原理的要求，每相繞組距離一個(gè)脈沖后，電流需求反向。為此驅(qū)動(dòng)器應(yīng)選用橋式電路，使繞組能夠正反兩個(gè)方向通電。為了筒化馭動(dòng)電源，也能夠選用每極放里兩套繞組的方法，.V動(dòng)電翻與反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同。每極的訪套繞組的頭尾相反地接到電源。由于兩相正反向通電的繞組變成了四相，增加了用銅量和電動(dòng)機(jī)外形尺寸。

永磁式步進(jìn)電機(jī)的特色是：

1)起動(dòng)頗率較低。負(fù)載起動(dòng)頻率通常在300H：以下。但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不一定比反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低，有時(shí)反而會(huì)

高。

2)操控功率小，馭動(dòng)器所運(yùn)用的電壓邀常為單一電壓，如24V斌12V，勵(lì)磁燒組電流一般也小于2A，不必或用阻值很小的限流電阻即可。

3)內(nèi)部電磁阻尼較大，單步振動(dòng)時(shí)刻短。

4)斷電時(shí)電機(jī)具有一定的堅(jiān)持轉(zhuǎn)矩，故有回憶佬力，可作定位用。

常用的步進(jìn)電機(jī)以混合式步進(jìn)電機(jī)為主，下面介紹的選型以混合式步進(jìn)電機(jī)來說明

圖1是兩相四線引出，兩個(gè)繞組單獨(dú)引出線;圖2是兩相六線引出，每個(gè)繞組多了一個(gè)中心抽頭引出;圖3是兩相五相引出，其中兩個(gè)繞的抽頭連接在一起引了;圖4是四相八線引出，四個(gè)繞組單獨(dú)引出線。(注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線路的聯(lián)接和繞組數(shù)的區(qū)別)

其中以兩相四線、兩相五線、兩相六線的最為常見。它們的區(qū)別在于選擇驅(qū)動(dòng)方式：

兩相四線的步進(jìn)電機(jī)需要選擇雙極性驅(qū)動(dòng)。

兩相五線的步進(jìn)電機(jī)需要選擇單極性驅(qū)動(dòng)。

兩相六線的步進(jìn)電機(jī)可以選擇雙極性驅(qū)動(dòng)或者單極性驅(qū)動(dòng)。

(按照電流流過繞組的方向是單向還是雙向來區(qū)分驅(qū)動(dòng)是單極性還是雙極性)?由此可以看出，以兩相六線的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最為靈活，既可以選擇是單極性驅(qū)動(dòng)，又可以選擇雙極性驅(qū)動(dòng)。

由于單極性驅(qū)動(dòng)方式電源利用率不大，現(xiàn)在應(yīng)用中主要以雙極性驅(qū)動(dòng)方式為主，其中以恒流斬波方式的驅(qū)動(dòng)最為廣泛。由于恒流斬波方式的驅(qū)動(dòng)器是控制電機(jī)的相電流，所以選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)考慮好電機(jī)的工作速度和對(duì)應(yīng)的力矩，然后根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的額定電流來選擇驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)標(biāo)稱的繞組電壓與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓沒有直接關(guān)系。驅(qū)動(dòng)電壓的高低與電機(jī)工作速度、輸出力矩有關(guān)系。像信濃的步進(jìn)電機(jī)，42、57(42、57指的步進(jìn)電機(jī)外徑，單位毫米)系列測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速與力矩關(guān)系基本都是用24?VDC的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)際應(yīng)用中可以用5V～36V，甚至更高的驅(qū)動(dòng)電壓。提高驅(qū)動(dòng)電壓，可以相應(yīng)提高電機(jī)高速時(shí)的輸出力矩，反之亦然。

下圖是電機(jī)轉(zhuǎn)矩與速度對(duì)應(yīng)的曲線圖

PULL?IN?TORQUE? 指牽入轉(zhuǎn)矩

PULL?OUT?TORQUE?????指輸出轉(zhuǎn)矩

HOLDING??TORQUE?????指保持轉(zhuǎn)矩(額定電流鎖相時(shí)的力矩)也是電機(jī)標(biāo)稱的力矩。