电机种类大全揭秘步进电机的奥秘结构原理与特性深度解析
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，无需闭环反馈控制系统即可实现高效的开环控制。这种简便且成本低廉的系统使得步进电机成为各种精密运动控制领域不可或缺的组成部分。
基本结构与工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外部提供的脉冲信号和方向指令，利用内部逻辑处理程序来管理两相或多相绕组，以确定何时正向或反向通流，从而产生机械旋转或者保持当前位置。在一款典型的一点二位(1.8度)步进电机会例中，当两个相继接通励磁时，输出轴会保持静止并锁定当前位置。如果其中一个相发生变换，则它会顺着既定的方向旋转一步(1.8度)，同样，如果是另一个相发生变换则方向取反。此类连续按顺序改变每个绕组励磁状态，步行机会以预设方向不间断地执行连续旋转，每完成一次完整周期需要200个单独事件。
两种常见类型包括双极性和单极性。双极性设计仅使用一个线圈，而单极性采用两个互补线圈。当使用双极模式时，由于每次只有一个绕组同时励磁，因此在相同条件下能提供约40%额外力矩增益。
加速/减速运动控制
2 相(双极性)步进
2 相(单极性)步進
图 3 步進電機運作原理圖
特征：
精准位置控制：输入脉冲数值决定了轴转动角度，有着非常小误差，不累积。
精确速度：通过调整输入频率，可以实现精细调节。
正向/反向移动及紧急停止功能：全程内都可有效操控力矩及位置，即使达到锁定状态仍能维持一定力矩输出。
在低速情况下的高精度操作：无需齿轮箱，即可在微小速度下稳定运行，同时输出较大力矩，同时降低成本并节省空间。
长寿命设计：由于无刷技术，其寿命主要取决于轴承。
振动与噪音问题解决方案：
A. 避免共振区间
B. 采用分段驱动模式
C. 使用微分驱动策略
小结：
在许多现代应用中，如同步带传送设备、滚珠丝杠轴等，我们经常依赖于这些宝贵的小巧设备。而它们最显著之处在于其经济实用以及获得高度精准性的能力。从打印机到扫描仪，从摄像头到自动柜员，这些都是我们日常生活中的见证者，他们凭借这一切让我们的世界变得更加智能化、高效化，并不断推陈出新。
