探秘电机定子和转子的奥秘揭开步进电机的工作原理与独特特性
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能够直接将电脉冲转换为机械运动。通过精确控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，步进电机可以实现对其转向、速度和旋转角度的精确控制。在不依赖于带有位置感应的闭环反馈控制系统的情况下，步进电机与其配套的驱动器共同组成一个简单、高效且成本较低的开环控制系统。
基本结构和工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑进行处理，并最终确定何时以及如何使得绕组以一定时序正向或反向通電，以此来实现旋转或锁定。例如，一台1.8度两相步进电机会在所有绕组都通電励磁时保持静止并锁定位置。在适当条件下，如果其中一相绕组发生了变向，则该方向上会产生力矩，使得输出轴顺着既定的方向旋转一步(即1.8度)。同样的规则也适用于另一相绕组。如果按顺序依次改变每个线圈中的励磁方向，那么这个过程就能无缝地连续进行，从而实现高精度连续旋转。
两相步进motor存在双极性和单极性的不同形式。当使用双极性模式时，每个相只有一个线圈，而单极性模式中每个相包含两个互补的线圈。当使用双极性驱动模式时，由于每个线圈全程参与励磁，因此在这种情况下输出力矩比单极性模式高出约40%。
加速/减速运动控制
双極制兩相步進電機
單極制兩相步進電機
图 2 步進電機工作原理圖
关于振动与噪音问题：
为了避免共振现象，可以采取以下措施：
A. 避开振动区 - 确保工作频率不落入共振范围内。
B. 采用细分的驱动模式 - 使用微小化调节策略，将原本的一大歩细分为多個較小範圍內進行運轉，這樣做可以提高分辨率並降低颤抖。这可以通過調整與之相關聯線路中的功率來實現。此方法將不會增加角位精確度，但它將使運動更加平順，並減少噪音一般情況下，在半個徑運行時，力矩比完整運行時要小15%，而採用正弦波控製則會使力矩減少30%。
总结：
在机械设计领域，我们经常利用到这些技术，比如，用它们作为同步带轴来执行直线移动;或者，用它们作为滚珠丝杠轴，也能将回転運動轉換為直線運動。而由于没有需要反馈系统，所以这类设备最大优点是经济实用并且可获得良好的精度。实际上，这些技术并不仅限于工业应用，它们还广泛应用于生活中的各处，如打印设备、扫描仪、照像头部、自动柜员机以及三维打印等等。
