深入探究电机的作用与特点步进电机的精妙构造运行原理与独特优势
深入探究电机的作用与特点：步进电机的巧妙构造、运行原理及独特优势
步进电机是一种革命性的技术，它能够直接将电子信号转换为机械运动，通过精确控制施加在其线圈上的脉冲，可以实现对位置、速度和旋转角度的高精度控制。这种开环控制系统不需要反馈设备，即可提供极佳的性能，适用于各种精密运动控制应用。
基本结构与工作原理
步进电机基础设计（如图1所示）
图 1 步进电机结构图
工作过程
驱动器根据外部输入的控制脉冲和方向指令，将这些信息处理成逻辑信号，并通过内部逻辑电路来决定何时以及如何激励线圈以实现正向或反向旋转，以及锁定状态。
以1.8度两相步进电机为例，当两个相同时通电并产生磁场后，输出轴会保持静止并锁定当前位置。在额定条件下，该状态下的最大力矩称为保持力矩。如果其中一个相发生了变换（即改变通電方向），则该方向下移动一小段距离(约1.8度)。同样，如果另一个相发生变换，则它将逆向移动相同距离。若按照此顺序依次改变每个相中的线圈激磁情况，那么这便是连续且精准地旋转步骤，而这种方式保证了极高的位置精确性。在整个周期中，每周需200个步骤完成全周360度旋转。
两相步进有两种绕组类型：双极性和单极性。双极型仅使用一种绕组，其连续运行时必须在同一绕组上依次更改励磁方向，这要求驱动系统包含八个开关进行切换。而单极型拥有两个互补励磁方向的绕组，只需四个开关交替连接任意一对，其中每次均是在同一条线圈内交替变换励磁，以达到目的。此外，在双极模式下由于100%励磁，所以理论上比单极模式提升约40%输出力矩。
加速/减速运动管理：
双極兩相電機
單極兩相電機
圖 2 步進電機運行原理圖
特點與優勢：
精確位置控管
根據輸入脈衝數量來確定軸轉動角度。
vị trí誤差非常小，小於10分之一個弧分，不累積。
精確轉速控管
轉速由輸入頻率決定，可實現準確調節。
正向/反向轉動及急停功能
在整個速度範圍內都能有效控管力矩與位置，
包括靜態力矩，並維持一定力的狀態直到完全鎖死
非常低轉速條件下的高效位控
不需要齒輪箱調節，即可平穩運行並產生較大的力矩，
避免功率損耗和角位偏差同時降低成本並節省空間
長壽命設計
無刷設計保證長壽命，主要因素為軸承寿命
振動與噪音問題解决方案：
A. 避開共振區域
讓工作頻率避開振動範圍內
B. 微分驅動模式
將原本的一步細分為多一步進行，
提升每一步解析度從而減少振動,
通過調整線圈強弱比例實現微歩驅動
總結
在機械設計中，我們經常使用到這種技術，如將同步帶軸通過運動平台導出至直線運動;
再如將滾珠丝杠軸也可以把旋轉運動變換為直線運動。
因為無需反饋系統，所以最大的優點是經濟實用且能獲得不錯性能。
事實上，這種技術除了被應用於各種機器設備之中，也可以在日常生活中找到，比如打印機、掃描儀、攝影機、ATM自動櫃員機、三維打印等等。
