机电一体化大师揭秘步进电机的神秘力量
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化为机械运动。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效位置和速度控制。
基本结构与工作原理：
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度两相步进電機為例：當兩相绕組都通電励磁時，電機輸出軸將静止並鎖定位置。在额定電流下使電機保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的電流发生了变向，则會順着一個既定的方向轉一步( 1.8度)。同理，如果是另外一项绕组的電流发生了變向則會順着與前者相反的方向轉一步( 1.8 度)。當通過線圈繞組的電流按順序依次變向励磁時，则能夠實現連續旋轉，一次旋轉需要200個步骤。
两相步進機有兩種繞組形式：雙極性與單極性。雙極性驅動模式中，每相上只有一個組件線圈，而單極性驅動模式中，每相上有兩個組件線圈，因此雙極性驅動模式下的输出力矩比單极性驅動模式提高约40%。
加速/减速运动控制：
双极性两相步進機
单极性两 相步進機
图 2 步進機工作原理圖
特點：
精准位置控制
根据输入脉冲数量确定轴转动角度，小于10分之一度，不累积误差。
精确转速控制
转速取决于输入频率，可以精确调节并应用于各种运动领域。
正向/反向移动、急停及锁定功能
在整个速度范围内有效地控制力矩与位置，在锁定状态下仍然输出一定力的矩。
在低转速条件下精准位置控制
无需齿轮箱调整，即可在非常低转速下平稳运行，同时输出较大力的矩，为成本节省空间提供优势。
长寿命设计
无刷设计保证长期使用寿命，其寿命通常取决于轴承。
振动与噪音：
一般情况下，当工作频率接近或等于固有频率时会发生共振，但可以通过避免振动区或者采用细分驱动来降低共振现象，并减少噪音。
结论：
在机械设计中，我们常用到这些小巧而强大的设备，比如同步带轴直线运动，以及滚珠丝杠轴将旋转变换成直线移动。而且不仅如此，这些设备还广泛应用於打印机、扫描仪、摄像头以及自动柜员机等多个生活场景中，其中包括3D打印技术，它们都是因为其经济实用、高效且可获得良好精度而被选择作为关键部件。
