探秘步进电机揭秘其结构工作原理与特性洞悉电机类型的奥秘
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能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，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的精确控制。在没有闭环反馈控制系统的情况下，步进电机与其配套驱动器共同构成一个简单、高效且成本低廉的开环控制系统，从而实现高精度位置和速度控制。
基本结构和工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
图 1 步进电机基本结构图
工作原理
步进驱动器根据外部提供的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑处理模块来管理两个相位绕组，以一定时间间隔正向或反向通電，使得直流马达产生力矩并沿着既定的方向旋转，或保持静止锁定。
以1.8度两相步进马达为例，当两个相位绕组同时励磁时，马达输出轴会停止并保持位置。在额定当前下保持最大力矩。如果其中一相绕组励磁发生变化，则马达会顺时针或逆时针旋转一步(即1.8度)。同样，如果另一相绕组励磁发生变化，则方向恰好是相反，并再次进行一次步长移动。当依次改变每个绕组中的励磁状态时，直流马达能够连续按照预设路径进行精确微调移动，其运行准确性非常高。对于这种类型的两相步進馬達，每完成一个完整周期需要200个脉冲。
两种常见类型包括双极性及单极性设计。双极性型仅在每个相上安装一个线圈，而单极性型则有两个互补极性的线圈共享同一位置。此设计差异导致了驱动电子元件数量不同：双极模式需八个开关执行复杂切换；而单極模式仅需四个开关。这使得单極模式增加约40%力的输出功率，同时降低总体成本。
加速/减速运动控制
双极态二阶馬達
单極態二階馬達
圖 2 馬達運作原理圖
特点：
• 精准位置操控：
通过输入指令中的脉冲数量来确定实际物理距离偏移量，无论是在高速还是低速情况下，都能保证高度精准地达到指定目标。
• 高效轉速調整：
由於輸入頻率决定轉速，這允許對運動進行精確調節並簡化過程。
• 正負轉動與急停功能：
無論在任何速度水平都可以有效掌握力矩與位置，並在靜止狀態時維持某些程度的心智力量。
• 在最低轉速情況下的平滑操作：
不需要齿轮箱調整，即可實現超低轉速運行並輸出較大的扭矩，有助於減少能耗、避免誤差累積並節省空間。
• 長期耐用性能保證：
由於無刷設計，使得機械長壽命主要取決於軸承本身。
振動與噪音問題解決策略：
A 避開振動區域，
B 微分驅動模式,
C 使用正弦波電流供應,
小结:
由于其独特优势，如经济实用、高效以及获得不错的地面信息等优点，这种技术被广泛应用于机械设备中，比如同步带轴盘或者滚珠丝杠轴盘以实现直线运动。此外，在日常生活中也可以发现它们，比如打印头、扫描仪、三维打印等设备中均有使用，因为这些设备通常需要非常细致地调整其各部分之间的小幅移动，而这些都是可能由这类传感器直接完成任务。而不是使用其他传感器比如光学传感器或激光雷达这样的技术要复杂多了，而且价格更贵，也更加笨重，不适合所有场景需求。
