机电大师探秘步进电机的神秘世界
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，步进电机能够实现对转向、速度和旋转角度的精确控制，无需闭环反馈系统即可实现高精度位置和速度控制。
基本结构和工作原理：
步进电机的基本结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部逻辑电路，控制步进绕组以一定时序正向或反向通电，使得相应方向旋转或锁定。
以1.8度两相步进电机为例，当两相绕组都通励磁时，输出轴静止并锁定；若一相绕组变向，则顺着既定方向旋转一步( 1.8度)；同理，如果是另外一项绕组变向，则顺着与前者相反方向旋转一步( 1.8 度)。按此规律依次变换，每完成200个周期即可完成一次全周360度的旋转。
两种常见类型：
双极性：每相只有一个线圈，每次只需四个电子开关切换，但输出力矩较低。
单极性：每相有两个互补的线圈，每次需要八个电子开关切换，但输出力矩更大约40%。
加速/减速运动控制：
2 相双极性/单极性步进電機
特性概述：
精准位置控制：输入脉冲数确定轴角位移，小于1/10°且不累积。
精确轉速調節：轉速由輸入頻率決斷，可實現準確調整與方便調節。
正负轉動及急停功能：在整个速度范围内有效地调节力矩与位置，并保持锁定状态下的稳定力矩输出。
在低轉速下精准運動：無需齿轮箱，即可在低轉速下平稳運行並提供較大的力矩，有助於減少功耗與誤差，同时降低成本、节省空间。
長壽命設計：无刷设计保证了长寿命，其使用寿命主要取决于轴承。
振动与噪音问题解决方案：
A. 避免共振带
B. 微分驱动模式
采用微分驱动模式细化每一步，将原来的一步细分成多小步运行，从而提高每一步的分辨率，以降低振动。此方法不会增加角位移误差，却能使运行更加平稳且噪音减少。通常半程运作会导致15%的小幅力建立，而正弦波当前期则会达到30%的小幅力建立。
小结：
在机械设计中，步進電機广泛應用於同步帶軸直線運動以及滾珠丝杠軸曲線運動之間之間等領域，因為它們可以獲得良好的精度，而且不需要回饋系統，因此非常经济实用。除了工业设备，如打印機、扫描仪、三维打印機等，也可以发现其应用。在生活中，对于这些技术了解深入，就像掌握了“指挥大师”的技艺一样，可以让我们对世界有更深刻理解。
