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步进电动机

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步进电动机步级角构造,黄色部分为每次脉冲行走量

步进电动机(英语:Stepper motorStep motor)是直流无刷电动机的一种,为具有如齿轮状突起(小齿)相锲合的定子和转子,可借由切换流向定子线圈中的电流,以一定角度逐步转动的电动机

步进电动机的特征是采用开回路控制Open-loop control)处理,不需要运行量传感器sensor)或编码器,且切换电流触发器的是脉冲信号,不需要位置检出和速度检出的回授装置,所以步进电机可正确地依比例随脉冲信号而转动,因此达成精确的位置和速度控制,且稳定性佳。

历史

1923年,James Weir French发明三相可变磁阻型(Variable reluctance),此为步进电动机前身。

构造

  • 永久磁铁型(permanent magnet type)
  • 可变磁阻型(variable reluctance type)
  • 复合型(hybrid type)

系统组合

步进电动机的基本构成
步进电动机的基本构成
  • 控制器:发出运行指令,传送需求速度以及运行量的指令脉波信号。需使用步进电动机专用控制器或可编程控制器的定位模组。传送的运行指令脉波信号有如心脏跳动般的呈现矩形的波形,是间断性的发出信号。
  • 驱动器:提供电力以保证电动机按指令运行,驱动器会随控制器传送来的脉波信号来控制电力,由决定的电流流通顺序的来激磁回路,并控制提供给电动机的电力以驱动回路
  • 电动机本体:将电力转化为动力,并按指令需求脉波数运行。

主要特征

步进电动机只需要通过脉波信号的操作,即可简单实现高精度的定位,并使工作物在目标位置高精度地停止。步进电动机是以基本步级角的角度为单位来进行定位。以5相步进电动机为例,其基本步级角为0.72,因此可以将电动机转1圈分为500等分(=360度 / 0.72),以此方式来细分每次行进量做为定位基准。

间歇动作是步进器输出的最佳方式。当应用需要电动机不间断运行时,步进电机会降低效率和扭矩。从成本的角度来看,步进电机通常比伺服电机便宜得多。[1]

选用特点

在步进电动机的选用上必须注意以下几点:

  • 步进角:亦即步进电动机之分辨率(此指1脉波的移动量),步进电动机的步进角就是依电动机旋转一圈(360°)而分割成多少来决定。
  • 转动速度:亦即脉波输入速度(pulse/s)。
  • 转矩:选择步进电动机时,需以有负荷时之最大转矩(kg-m)的1.5倍~2倍来决定。
  • 负荷惯性惯量:依据使用场合计算负荷惯性惯量,再依步进电动机规格表,选择容许负载惯性惯量需大于计算值之1.3倍以上。
  • 驱动器:连结控制器或直接接受外部讯号,进而控制步进电动机动作。驱动器将直接影响步进电动机的性能表现。
  • 搭配减速机:使用减速机型步进电动机可达到减速、提高转矩、提高分辨率、降低施加于电动机轴之负荷惯性惯量、改善起动与停止时的阻尼特性,进而降低运行之振动。

参见

参考文献

  1. ^ 步进电机,有刷直流电机和无刷电机. 锐特步进电机. 2019-11-04 [2021-12-08]. (原始内容存档于2021-12-08). 

外部链接