步进电机基本工作原理

 

        步进电动机主要特征是其轴通过执行步进（即以固定的角度移动）来旋转。此效果是由电动机的内部结构，并通过简单地计算步骤的执行方式即可知道轴的准确角位置，而无需传感器。此功能还使其适用于广泛的应用程序。 步进电机的工作原理与所有电动机一样，步进电动机具有固定部分（定子）和活动部分（转子）。在定子上有齿，通过线圈连接。而转子是永磁体或可变磁阻铁芯。图1  示出了表示电动机截面的图，其中转子是可变磁阻铁芯。 

   

 

 图1：步进电机的横截面
 

  

       步进电机的基本工作原理如下：通过给一个或多个定子相通电，线圈中流动的电流会产生磁场，并且转子与该磁场对齐。通过依次提供不同的相位，转子可以旋转特定的位移量以达到所需的最终位置。图2显示了工作原理。首先，线圈A通电，转子与其产生的磁场对齐。线圈B通电后，转子顺时针旋转  60°以与新磁场对准。线圈C通电时也会发生同样的情况。在图中定子齿的颜色表示由定子绕组产生的磁场方向。 

 

    图2：步进电机工作原理

 

       步进电机的类型和构造

 

       步进电机的性能（无论是分辨率（或步长），速度还是扭矩  ）都受构造细节的影响，同时，这也可能会影响电机的控制方式。实际上，并非所有步进电机都具有相同的内部结构（或构造），因为转子和定子的配置不同。

       转子

 

       对于步进电机，基本上有三种类型的转子：

      永磁转子：转子是与定子电路产生的磁场对准的永磁体。该解决方案保证了良好的扭矩以及制动扭矩。这意味着，即使线圈没有通电，电动机也将抵抗位置变化。该解决方案的缺点是它具有较低的速度和较低的分辨率。图3示出了永磁体步进电动机的一部分的图示。

 

    
    图3：永磁步进电机

 

       可变磁阻转子：  转子由铁芯制成，并具有使其与磁场对准的特定形状（请参  见图1和图2）。通过这种解决方案，更容易达到更高的速度和分辨率，但是它产生的扭矩通常更低，并且没有制动扭矩。

       混合转子：  这种转子具有特定的结构，是永磁体和可变磁阻版本的混合体。转子有两个带有交替齿的盖，并轴向磁化。这种配置使电动机既具有永磁体又具有可变磁阻形式的优点，特别是高分辨率，速度和扭矩。这种更高的性能要求更复杂的结构，因此需要更高的成本。图4显示了该电动机结构的简化示例。线圈A通电后，N磁化帽的齿与定子的S磁化齿对齐。同时，由于转子的结构，S磁化的齿与定子的N磁化的齿对齐。尽管步进电动机的工作原理是相同的，但实际电动机的结构却更复杂，齿数比图中所示的要多。大量的齿使得电机可以减小至0.9°的小步长。

 

 

图4： 混合式步进电机

       

 

        定子

        定子是电动机的一部分，负责产生将与转子对齐的磁场。定子电路的主要特征包括其相数和极对数以及导线配置。相数是独立线圈的数目，而极对数则表示每个相如何占据主要的齿对。最常用的是两相步进电动机，而不太常用的是三相和五相电动机（请参见图5和  图6）。 两相定子绕组（左），三相定子绕组（右）

 

    图5：两相定子绕组（左），三相定子绕组（右）
  

 

 

      图6：两相单极对定子（左）和两相偶极对定子（右）
 

 

 

           以上就是此次介绍步进电机基本原理工作及步进电机结构部件简介。