揭秘六大电机王者步进电机的神秘结构工作奥秘及独特魅力
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。在不使用闭环反馈控制系统的情况下，这种开环控制系统就可以提供高精度的位置和速度控制。
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的控制信号，通过内部逻辑来管理两个或多个相位线圈，以一定的时序进行正向或反向通电，从而使得整个系统以高分辨率移动。例如，一台标准的两相步进马达，在输入一个方向信号后，可以在没有任何反馈的情况下准确地移动到指定位置，并且由于它具有锁定功能，当没有新的指令输入时，它会保持当前位置。
以一台1.8度两相步进马达为例，当两个绕组同时接入励磁时，输出轴将静止并锁定；当其中一条绕组发生逆变，则马达会顺着既定的方向旋转一步(1.8度)。同样，如果是另一条绕组发生逆变，则马达会朝着与前者相反方向旋转一步(又是1.8度)。当按顺序依次改变每个线圈中的励磁状态时，马达就会按照既定的路径连续旋转，每完成一次完整循环需要200个步骤。
两相步进马达有两种类型：双极性和单极性。双极性只有一个线圈，而单极性则有两个互补的线圈。当用双极性的方式驱动时，每次只需四个电子开关切换，即可实现全速运行；而单极性的方式则需要八个开关切换，但其效率更低。这意味着在相同条件下的双极性模式比单極性模式产生40%更多力矩。
加速/减速运动控制
2 相(双极性)步进马达
2 相(单极性)步進馬達
图 3 步進馬達工作原理圖
特点：
精准位置控制：通过设置正确数量的脉冲，可以确定轴体要转动多少角度。
精确速度调节：仅需调整脉冲频率，便可获得精细调节。
正向/反向运轉及急停功能：无论何处都能有效地调整力矩以及锁定。
在低速环境中也能提供稳定性能，无需齿轮箱支持，更省空间、成本。
长寿命设计：由于无刷设计，因此耐用程度取决于轴承寿命。
振动与噪音问题：
为了避免共振现象，有以下几种方法解决：
A 避免振动区域 - 确保运行频率不落入共振范围内。
B 采用微分驱动 - 将原来的一次划分为多次执行，使得每一步更加细致，从而降低了震荡幅度。这可以通过调整各相位之间力的比例来实现。在半数执行情况下，输出力矩小15%，而采用正弦波形制控输出则大约减少30%力矩。
总结：
在工业自动化领域，我们经常使用这种技术，比如把它们用于同步带或者滚珠丝杠轴上，以便将圆周运动翻译成直线运动。而因为不需要复杂回路，所以最大的优点就是经济实用，同时仍然能够达到较好的性能。此外，不仅工业设备中广泛应用，而且生活中的打印機、扫描仪、摄影機等也深受其益。
