【步进电机 stepping motor】一 电机概述

前言：

声明：学习笔记来自正点原子B站教程，仅供学习交流！！

1. 步进电机简介

        步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号， 转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比， 转速与脉冲频率成正比。因此， 步进电动机又称脉冲电动机。 在非超载且不超频的情况下，电机的旋转位置只取决于脉冲个数，转速只取决脉冲信号的频率。

2. 步进电机分类

2.1 磁激励分类

2.1.1 永磁式

        永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机步矩角大（一般为 7.5°或 15°）。精度也就一般

         步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。以7.5度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（7.5度）。同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（7.5度）。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。

2.1.2 反应式（磁阻式）

        定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达 1.2°、但噪声和震动大，动态性能较低

        反应式步进电机的转子是由软性材料制作而成的，转子上有多个凸极，这样线圈通电时，才会吸引转子旋转。这类电机结构简单，成本低，但是动态性能差，可靠性不好，因此很少使用

2.1.3 混合式

        混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本也相对较高

        混合式步进电机的转子比较特殊，它是由两个带齿钢杯装在永磁铁的中心轴上组成的。转子一端N极一端为S极，N及与S极齿牙是错位的。常用的混合式步进电机为1.8度步距角，转子有50齿，而定子只有48齿，分为8个主极。如果将这8个主极分为4对，我们会发现其中1对定子与转子的齿牙是完全对齐的，一对定子与转子的齿牙是错牙的，另外两组的定子与转子的齿牙则是半对齐的。当给定子一个脉冲信号时，定子磁场发生变化，转子就会轻微移动以便与定子齿位对齐，在全驱动情况下，每次移动都是一个凹齿或者凸齿的一半，这个角度就是1.8度。如果是半步驱动的话，这个角度会进一步减小，也就是0.9度。

2.2 极性分类

3. 电机驱动方式

3.1 满步

3.1.1 单相满步

        图示中有 5 根线，分别是 A、B、 C、 D 以及公共端，公共端是一直通电的， ABCD 相是交替得电的。我们来看下它的通电顺序步骤， 第一步： A 相通电，通过电磁原理，电生磁，然后通过磁力把转子吸引到 A 处；第二步： A 相关闭， B 相通电，转子就会旋转 90°到 B 处；第三步 B 相关闭， C 相通电，转子会再次旋转 90°，到 C 处，接着第四步： C 相关闭， D 相通电，就会旋转到 D 处，重复该顺序就可以以 90°的步距角顺时针旋转起来

3.1.2 双相满步

         下图的工作方式是同时两相一起通电，它与上一种驱动方式的区别是固定在两相中间位置，因为两相同时通入相同的电流此时磁力矢量在两相中间就会把转子吸引到两相的中间位置，还有一个区别就是这种方式它是受到了两个磁场的力所以他的输出力矩相对上一种会更大。接着我们看下它的通电顺序： AB—BC—CD— DA，重复该顺序就可以使电机顺时针旋转起来。

3.2 半步

        下图的通电顺序： A—AB—B—BC—C—CD—D—DA，重复该步骤，电机就可以以 45°的步距角顺时针旋转了，同理想要逆时针旋转的话就将通电顺序反过来即可

3.3 微步

        下图实际上是通过改变定子的电流比例， 进而控制转子在一个整步中的不同位置，即可以将一个整步分成多个小步来运行