揭秘步进电机的核心结构与直流电力转换解析工作原理图洞悉其独特性能
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。在不依赖于带有位置感应的闭环反馈控制系统的情况下，步进电机与其配套的驱动器共同组成一个简单、高效且成本较低的开环控制系统。
基本结构和工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑进行处理，并最终确定何时以及如何正向或反向通入绕组，以此来使得整体旋转或保持锁定。以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组都被励磁时，将导致轴静止并锁定位置。在适当条件下，使得绕组产生力矩后，即可保持最大力矩状态。如果其中一相绕组发生了变向，则会引发轴沿既定的方向旋转一步(1.8度)；如果是另外一项绕组，则将沿着与前者相反方向旋转一步(同样是1.8度)。通过按顺序依次改变每个线圈中的励磁方向，可以实现连续但精确的机械运动。
两相步进motor有两种类型：双极性和单极性。双极性设计中，每个相只有一个线圈，而单极性设计则包含两个互补线圈。这意味着，在双极性模式下，由于每个相上都是100%励磁，因此该模式下的输出力矩比单极性的高出约40%。
加速/减速运动控制：
2 相（双极）步进 motor
2 相（单极）步 进 motor
图 3 步 进 电 目 工 作 原 理 图
特点：
精准位置控制：依据输入脉冲数值来确定轴行走角度。
精确速度：可以精确地调节输入频率，从而实现方便调整及精细控 制。
正向/反向移动，以及急停及锁定功能：在整个速度范围内都能有效地管理力矩及位置，同时支持静态维持。
在低速运行条件下的高分辨率操作：无需齿轮箱即可平稳运作并提供强大的力矩，同时降低功耗及误差。
长寿命保证，无刷设计保护了长期使用能力，通常取决于轴承健康状况。
振动与噪音：
共振现象可能会导致失去同步的问题。当运行频率接近或等同于自然固有频率时，这些问题尤为严重。此类问题可以通过以下几种方法解决：
A 避免共振区域 - 确保工作频率不会落入振动区间内。
B 微分驱动模式 - 提高分辨率，将原本的一大步细化到多小幅距离增加平滑程度。这通常涉及调整当前流过某一旁边导体循环中的交流比以改善性能微小变化并不影响总体分辨度，但它能使设备更安静且更加平稳运行。一旦达到半程，那么力的大小就会比完整过程减少15%，而采用正弦波形式的话则力量还会进一步减少30%。
技术参数与术语：
负载需求、速度—力矩曲线、加速/减速运动掌控
结论：
在机械工程应用中，我们经常使用到这些智能的小型马达，比如用它们推动同步带轴来执行直线移动，或许是在滚珠丝杠轴上利用它们也能把旋转翻译成直线移动，因为它们不需要任何回路闭环信息，所以这就是他们最吸引人的优点之一——经济实用同时获得良好的准确性。而除了工业设备之外，这些灵活的小马达还有很多生活场景出现，比如打印扫描仪摄影ATM三维打印等等。
