步进电机的构造
爪极型步进电机内部结构
爪极型步进电机内部结构爪极型步进电机是一种常见的步进电机类型，其内部结构设计独特，具有较高的精度和稳定性。
本文将详细介绍爪极型步进电机的内部结构。
一、定子结构爪极型步进电机的定子结构主要包括定子铁心、定子线圈和定子槽。
定子铁心是由硅钢片叠压而成，具有较高的磁导率和低的磁滞损耗。
定子线圈则是由导电材料绕制而成，通常采用高纯度的铜线，以提高电流传输效率。
定子槽则是安装定子线圈的位置，槽的形状和数量会影响步进电机的性能。
二、转子结构爪极型步进电机的转子结构主要包括转子铁心和转子磁极。
转子铁心和定子铁心类似，都是由硅钢片叠压而成，但转子铁心的形状与定子铁心有所不同。
转子磁极是通过磁性材料制成，通常采用永磁材料或电磁铁，用于产生磁场以实现转子的旋转运动。
三、爪极结构爪极型步进电机的名称来源于其特殊的爪极结构。
爪极是定子和转子之间的连接件，用于传递力矩和转动力。
爪极的形状可以根据实际需求进行设计，常见的有直爪和弯爪两种形式。
直爪结构简单，适用于低载荷和低速应用；而弯爪结构则具有较高的刚度和扭转角度，适用于高载荷和高速应用。
四、传感器结构为了提高步进电机的控制精度和稳定性，常常在爪极型步进电机中加入传感器结构，用于检测转子的位置和运动状态。
常见的传感器包括霍尔元件、光电传感器等，通过与转子上的标志物相互作用，可以实时监测转子的位置信息，并根据需要进行调整和控制。
五、驱动电路爪极型步进电机的内部结构还包括驱动电路，用于控制电机的转动和运动。
驱动电路通常由逻辑电路和功率电路组成，逻辑电路负责接收和处理控制信号，将其转化为适合步进电机驱动的信号；功率电路则负责为步进电机提供足够的电流和电压，以实现电机的正常运转。
爪极型步进电机的内部结构包括定子结构、转子结构、爪极结构、传感器结构和驱动电路。
这些结构相互协作，使得步进电机能够实现精确的旋转运动。
掌握了步进电机的内部结构，可以更好地理解其工作原理和应用特点，为实际应用和故障排查提供参考和指导。
步进电机及其工作原理1ppt课件
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
步进电动机的构造
步进电动机的构造步进电动机的断面图如下图所示。
步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。
转子由转子1、转子2、永磁磁钢3部分构成。
此外，转子已被轴向磁化，转子1为N极时，转子2则为S极。
定子拥有小齿状的磁极，皆绕有线圈。
其线圈的对角位置的磁极相互连接着，通电时，线圈即会被磁化成同一极性。
（例如对某一线圈进行通电后，对角线的磁极将磁化成S极或N极。
）对角线的2个磁极形成1个相。
有A相至E相等5个相位的机型称为5相步进电动机、有A相和B相2个相位的机型称为2相步进电动机。
转子的外圈由50个小齿构成，转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2螺距。
励磁：是指电动机线圈通电时的状态磁极：是指励磁后变成电磁铁的定子突出部分小齿：是指转子和定子的小齿步进电动机的工作原理下面以5相步进电动机为实例，针对实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系进行说明。
将A相励磁时,将A相励磁，会使得磁极磁化成S极，而其将与带有N极极性的转子1的小齿互相吸引，并与带有S极极性的转子2的小齿相斥，于平衡后停止。
此时，没有励磁的B相磁极的小齿和带有S 极极性的转子2的小齿互相偏离0.72°。
以上是A相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。
将B相励磁时,其次由A相励磁转为B相励磁时，B相磁极磁化成N极，与拥有S极极性的转子2互相吸引，而与拥有N极极性的转子1相斥。
也就是说，将励磁相从A相励磁转换至B相励磁时，转子旋转0.72°。
由此可知，励磁相位随A相→B相→C相→D相→E相→A相依次转换，则步进电动机以每次0.72°做正确的旋转。
此外，希望作反方向旋转时，只需将励磁顺序倒转，依照A相→E相→D相→C相→B 相→A相励磁即可。
0.72°的高分辨率取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等传感器即可正确定位。
此外，就停止精度而言，只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等因素会造成影响，因此可获得±3分（空载时）的高停止精度。
步进电机结构及工作原理
小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
13.7 步进电动机
转子的齿距等于360/ 40=9 ，齿宽、齿槽各4.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
由单片机实现脉冲发生器+脉冲分配器的功能
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。
13.7.2 工作原理
三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
（3）工作过程
步进电机结 构及工作原
理
步进电动机的种类
通常按励磁方式分为三大类：
1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。
2）永磁式： 转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，
步距角较大，力矩较大 3）永磁感应(混合式)：
转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。
齿宽和齿槽和转子相同。
13.7 步进电动机
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个齿。 所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3，B 相、 C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿 （3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
步进电机结构
步进电机的控制方式
01
控制方式是指如何控制步进电机的转 动角度和速度。
02
常见的控制方式包括：脉冲控制、方 向控制和速度控制。脉冲控制是指通 过输入不同数量和频率的脉冲信号来 控制电机的转动角度和速度；方向控 制是指通过改变输入脉冲的顺序来控 制电机的转动方向；速度控制则是指 通过改变输入脉冲的频率来控制电机 的转速。
步进电机的步进模式
步进模式是指步进电机在接收到一个脉冲信号时转动的角度或转过的步 数。
步进电机通常有三种步进模式：单拍制、双拍制和混合拍制。单拍制是 指每次只激发一个磁极，双拍制是指每次同时激发两个磁极，而混合拍
制则介于两者之间。
不同的步进模式适用于不同的应用场景，如单拍制适用于高精度定位， 双拍制适用于快速转动，混合拍制则适用于对速度和精度都有要求的场 合。
电机在动态条件下的效率表现，反映了电机 的能量转换效率。
共振频率
电机自身的固有频率，决定了电机对高频激 励的响应特性。
矩频特性
矩频曲线
描述电机输出转矩与转速之间 关系的曲线，反映了电机的输
出特性。
最高转速
电机在一定转矩下的最大转速 ，决定了电机的最高工作速度 。
转速范围
电机能够稳定工作的转速范围 ，反映了电机的适用范围。
步进电机的控制需要配合驱动器使用，相 对于其他电机来说控制复杂度较高。
06
步进电机的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
01
高精度控制
随着工业自动化和智能制造的快速发展，对步进电机的控制精度要求越
来越高。未来，步进电机将采用更先进的控制算法和驱动技术，实现更
精确的位置和速度控制。
02
高效能化
提高步进电机的效率和性能是未来的重要发展方向。通过改进电机材料、
步进电机
主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源， 主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，
带惯性负载的能力不强。 带惯性负载的能力不强。
种类： 种类： 磁阻式(反应式) 励 磁 方 式 永磁式 混合式
转子有多相磁极，而转子用软磁材料制成,三相 转子用永磁材料制成，这样可提高电机 的输出转矩，减少定子绕组的电流。两 相 两相、三相和五相
1 结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子。 步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组
反应式步进电机的定子上有 磁极， 磁极，每个磁极上有激磁绕 转子无绕组， 定子组，转子无绕组，有周向均 布的齿， 布的齿，依靠磁极对齿的吸 合工作。 合工作。如图所示为三相步 进电机，定子上有三对磁极， 进电机，定子上有三对磁极， 分成A、 、 三相 三相。 分成 、B、C三相。为简 化分析，假设转子只有4个 化分析，假设转子只有 个 齿。
以上三种工作方式， 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
2 步进电机的主要特性 2.1 步距角及其精度 指每给一个脉冲信号，电动机转子应转过角度的 理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角 可按下式计算：
根据结构分类 步进电机可制成轴向单段式和多段式。多段式又 称为轴向分相式，定子每相是一个独立的段，各 段只有一个绕组，结构完全相同，
1－ 线圈
2－ 定子
3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机 三段式（三定子）
旋转励磁型5相步进电机 减速－制动复合型5相步进电机
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（ ）。控制器 脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量， 控制器（ 器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的。 速的目的。
石英表步进电机结构
石英表步进电机结构
石英表的步进电机结构主要包括定子、转子及步进齿轮。
定子通常由中心柱、夹板、端盖及磁钢组成，而转子则由转轴、转子轴、软铁、极掌及转轴等部分组成。
步进齿轮是带动指针旋转的关键部件，其精准的啮合保证了时钟的准确性。
此外，步进电机作为换能器，能够将秒脉冲信号转化为机械轮系的转动，进而带动指针指示时间。
其特点包括低功耗、小体积、转换效率高和结构简单等。
具体来说，步进电机有双偏心式、单偏心式、双凹坑式和单凹坑式等径向充磁的单相永磁步进电机，以及轴向充磁的双定子式步进电机。
其中，双凹坑式的定子做成一体，结构简单，耗电量小，应用较广。
石英钟用步进电机比石英手表的体积稍大，耗电较多，有较大输出力矩。
其转子磁钢采用矫顽力大、剩磁密度大的合金材料如钐钴合金等，而定子则常用坡莫合金，线圈多采用小线径高强度漆包线。
以上内容仅供参考，建议咨询专业人士获取更具体和准确的信息。
步进电动机的结构组成步进电机组成定子转子课件
04
步进电机具有较高 的可靠性，能够在 恶劣的环境条件下 稳定运行。
步进电机的分类
根据结构特点，步进电机可以分为三 种类型：永磁式、反应式和混合式。
反应式步进电机具有较快的响应速度 和较低的成本，但精度和效率较低， 适用于一般工业控制场合。
永磁式步进电机具有较高的精度和效 率，但成本较高，适用于高精度控制 场合。
定子的作用和影响
产生磁场
定子绕组通电后，会产生磁场，与转子相互作用。
传递扭矩
定子铁芯作为扭矩传递的媒介，将电磁力传递到转子上。
决定电机的性能
定子的构造和材料直接影响步进电机的性能，如扭矩、速度、精 度等。
04
步进电机的转子
Chapter
转子的构造
转子铁芯
转子铁芯是步进电机的主要组成 部分之一，通常由硅钢片叠压而 成，以减少涡流损耗和提高电机 效率。
定子的构造
环形定子铁芯
一般由硅钢片组成，用于 产生磁场和传递扭矩。
绕组
定子绕组在环形铁芯上， 用于产生励磁电流。
端盖
固定和保护定子铁芯和绕 组，防止灰尘和杂物进入 。
定子的材料和工艺
硅钢片
常用的定子材料，具有高磁导率和低损耗特性。
绝缘漆
用于涂覆硅钢片表面，提高耐热性和绝缘性能。
绕组线
一般采用铜线或铝线，用于组成绕组。
转子绕组
转子绕组是安装在转子铁芯上的 线圈，分为单相、两相和三相等 不同类型，用于产生磁场。
转子的材料和工艺
硅钢片
转子铁芯通常由硅钢片叠压而成，这 种材料具有高磁导率和低磁损耗的优 点。
绕线工艺
转子绕组通常采用高强度漆包线或纱 包线绕制而成，以抵抗高温和保证电 机性能。
步进式电机的主要结构
步进式电机的主要结构1.转子：转子是步进式电机的旋转部件，通常由多个磁性材料组成，如磁钢或磁性铁芯。
转子上的磁南极和磁北极按照规律排列，形成固定的磁极数目和磁极间隔。
转子的形状有两种类型：单相结构和多相结构。
单相结构的转子只有一个轴，通常用于双相或四相的绕组，而多相结构的转子则有多个轴，可配合不同相数的绕组进行驱动。
2.定子：定子是步进式电机的静态部件，通常由铁芯和绕组组成。
铁芯是由导磁性材料制成的，用于集中磁场。
在铁芯上绕制绕组，绕组是由绝缘铜线或铝线组成的，根据不同的相数和绕组方式进行配置。
定子的形状通常为圆形或线性结构，具体形状取决于应用需求。
3.绕组：绕组是步进式电机的重要组成部分，直接参与电磁驱动力的生成。
绕组分为单相和多相两种类型。
单相绕组是将电源信号应用于一个相位的绕组，通常用于双相或四相的步进电机；多相绕组是将电源信号应用于多个相位的绕组，可实现更高的控制精度。
绕组通常由绝缘铜线或铝线绕制而成，根据不同的绕制方式，可以形成全绕式、半绕式、混合式等不同类型的步进电机。
4.传感器：传感器是步进式电机的反馈装置，用于监测电机转动的位置和速度。
常见的传感器包括光电开关、霍尔元件、编码器等。
当电机旋转时，传感器可以产生相应的信号，由控制系统进行处理。
通过这种方式，可以实时地控制电机的运动，从而实现精确的位置控制和速度控制。
综上所述，步进式电机的主要结构包括转子、定子、绕组和传感器等组成。
这些部件相互协调工作，通过电磁效应实现电能到机械能的转换，从而实现电机的精确控制和运动驱动。
步进式电机具有结构简单、可靠性高、控制精度高等特点，在自动化控制、仪器仪表、机械工业等领域有广泛的应用前景。
步进电机基本原理讲解
步进电机基本原理讲解步进电机是一种特殊类型的电机，主要通过数字控制来完成精密转动和定位。
步进电机可以实现非常精确的运动控制，广泛应用于各种设备和机器人系统中。
本文将介绍步进电机的基本原理和工作方式。
1. 步进电机的构成步进电机基本上由两部分组成：转子和定子。
转子是电机旋转的部分，它由可旋转的磁极和磁性材料组成。
定子是电机静止的部分，它由电枢线圈和永磁体组成。
2. 步进电机的工作原理步进电机是通过不断改变电流方向来实现旋转的。
电流会产生磁场，当磁场和永磁体相互作用时，就会形成旋转力。
步进电机通过改变电流来控制磁场和旋转力。
步进电机的运行速度由提供的电压和电流控制。
步进电机驱动器会根据设定值改变电流方向和大小，控制电机旋转的速度和方向。
每次改变电流方向都会使电机旋转一个步距，所以步进电机转动的角度可以精确地控制，从而可以精确定位。
3. 步进电机的工作方式步进电机工作时，一般驱动器会按照指定的步进角度进行操作。
步进角度可以是1.8度、0.9度、0.45度或更小。
启动电机时，驱动器会向电机提供电压和电流，控制转子旋转。
控制电流方向和大小可确定电机的转角和速度。
这是一个相对精确的过程，因为每次改变电流方向都会使电机旋转一个步距，因此可以准确控制步进电机的位置和速度。
步进电机通常使用双极性或四极性驱动，也就是说，每次驱动电机时，都会使电机旋转两个或四个步数。
双极性驱动需要两个控制信号，而四极性驱动则需要四个。
四极性驱动具有更高的分辨率和精度，因为旋转步数更小，但也需要更复杂的控制。
4. 步进电机的应用步进电机常用在需要准确控制位置和速度的系统中。
例如精密仪器和设备、电子石英钟、纺织机、数控机床、打印机和绘图仪等。
步进电机还广泛用于机器人领域，包括自动化制造和堆垛机器人、医疗器械和照片扫描仪等。
在自动化制造行业中，步进电机可以帮助机器人、自动化设备和其他工业设备实现非常精确的位置和速度控制。
步进电机也可以在汽车发动机和机器人手臂等可更换关键零部件中使用，以便进行快速、准确的位置定位。
爪极型步进电机内部结构
爪极型步进电机内部结构一、引言爪极型步进电机是一种常见的电动机，具有精准定位、高转矩和低噪音等优点，广泛应用于数控机床、打印设备和自动化生产线等领域。
了解其内部结构对于深入理解其工作原理至关重要。
二、定子部分1. 定子：爪极型步进电机的定子通常由多个定子片组成，每个定子片都包含一个定子线圈。
定子片通过绝缘隔离并按一定的顺序连接在一起。
2. 定子线圈：定子线圈是由绝缘导线绕制而成的，通过通电可以产生磁场。
定子线圈的数量取决于电机的步距角度，通常为4个或8个。
三、转子部分1. 转子：爪极型步进电机的转子通常由多个转子片组成，每个转子片都包含一个转子磁极。
转子片通过绝缘隔离并按一定的顺序连接在一起。
2. 转子磁极：转子磁极是由永磁材料制成的，具有一定的磁化强度。
转子磁极的数量与定子线圈的数量相等，以保持电机的平衡性。
四、传动部分1. 爪极：爪极是连接定子和转子的重要部件，通过爪极的运动来实现电机的步进运动。
爪极的数量与定子线圈的数量相等，通过定子线圈的电流控制爪极的吸引和释放。
2. 传动机构：爪极型步进电机通常采用螺杆传动机构，即通过螺杆和螺母的配合实现转子的旋转。
螺杆由电机的输出轴和转子连接，螺母固定在电机壳体上。
五、工作原理1. 步进角度：当定子线圈通电时，会产生磁场，吸引爪极与转子磁极对齐。
当定子线圈断电时，磁场消失，爪极与转子磁极失去吸引力。
通过依次控制不同的定子线圈通电和断电，可以实现转子的旋转，即步进运动。
2. 步进方式：爪极型步进电机常用的步进方式有全步进和半步进。
全步进时，每次只激活一个定子线圈，转子旋转一个步距角度。
半步进时，每次激活两个相邻的定子线圈，转子旋转半个步距角度。
六、总结爪极型步进电机的内部结构包括定子部分、转子部分和传动部分。
通过定子线圈产生的磁场吸引和释放爪极与转子磁极，实现电机的步进运动。
了解其内部结构和工作原理有助于我们更好地应用和维护步进电机。
42相步进电机的内部结构
42相步进电机的内部结构
42相步进电机是一种精密电机，可以产生精确且可控的旋转运动。
它的内部结构由以下几部分组成：
1. 固定铁芯：42相步进电机的固定铁芯是电机的主要支撑结构，也是电磁感应装置的重要组成部分。
固定铁芯通常由高导磁铁材料制成，
以提高电机的效率和可靠性。
2. 转子：转子是42相步进电机的旋转部分，由一系列旋转导体和基座组成。
转子通常由高强度材料制成，以承受高速和高负载的工作条件。
3. 电磁感应装置：电磁感应装置是42相步进电机的核心部件，它可以产生旋转磁场并驱动转子旋转。
电磁感应装置通常由若干组线圈和铁
芯组成，线圈通常由高导磁性材料制成，以提高其工作效率和可靠性。
4. 控制电路：42相步进电机的控制电路是电机的重要组成部分，它可以控制电磁感应装置产生的磁场，并精确地调节转子的旋转速度和旋
转方向。
控制电路通常由微处理器、驱动器和功率电子器件等多个组
件组成，以实现高精确度控制和鲁棒性。
由于42相步进电机内部结构复杂，电机的制造和维护需要严格的技术
和设备要求。
因此，42相步进电机在科研、机器人、航空航天等领域广泛应用，成为现代高精密机械和电子设备的重要动力来源。
步进电机的构造原理和选择方法
主要构造步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。
通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。
步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。
随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。
不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。
步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。
基本原理发热原理通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。
绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。
铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。
步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。
工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序，电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
选择方法步进电机和驱动器的选择方法：选择电机的安装规格：主要与力矩要求有关。
确定定位精度和振动方面的要求情况：判断是否需细分，需多少细分。
5相步进电机工作原理
5相步进电机工作原理
步进电机是一种特殊的直流电机，它通过精确控制电流的大小和方向来实现旋转运动。
步进电机的工作原理可以简单描述如下：
1. 基本结构：步进电机由一个旋转部件（转子）和一个静止部件（定子）组成。
定子上有几对电磁线圈，每对线圈被称为一个相位，其中每个相位有两个线圈，分别用于正向和反向驱动。
转子上则有一个或多个磁极，根据磁极的排列方式，可以分为单极步进电机和多极步进电机。
2. 化简模型：在简化理论模型中，步进电机可以看作一个多位置开关，即转子的每个磁极在不同的位置连接或断开不同的线圈，从而实现逐步的旋转。
3. 控制信号：要使步进电机旋转，需要通过控制信号来驱动不同的相位。
常见的驱动方式包括全步进驱动和半步进驱动。
全步进驱动是每次只激活一个相位，使电机转动一个固定的步距角；而半步进驱动是在每个步距角之间，通过激活两个相位中的一个或两个线圈，从而实现更小的步距角。
4. 电路控制：步进电机的控制电路通常采用驱动器来完成，驱动器内部包含了逻辑电路、功率电路和保护电路。
逻辑电路负责接收控制信号并产生相应的电流控制信号，功率电路则将控制信号转化为适当的电流并提供给电机驱动，保护电路则用于检测电机工作状态并进行过流、过热等保护。
5. 应用领域：步进电机通常应用于对转动精度要求较高的场合，例如精密仪器、医疗设备、自动化机械等。
其优点包括精确控制、可编程性强、与数字化系统的接口方便等。
步进电机的构造
步进电机的构造如图1所示，步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。
通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。
如果线圈中电流的流向如图1所示，并且我们从电机顶部向下看齿槽的顶部，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。
根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。
现在假设我们构造一个定子上缠绕有两个绕组的电机，内置一个能够绕中心任意转动的永久磁铁，这个可旋转部分叫做转子。
图2给出了一种简单的电机，叫做双相双极电机，因为其定子上有两个绕组，而且其转子有两个磁极。
如果我们按图2a所示方向给绕组1输送电流，而绕组2中没有电流流过，那么电机转子的南极就会自然地按图中所示，指向定子磁场的北极。
再假设我们切断绕组1中的电流，而按图2b所示方向给绕组2输送电流，那么定子的磁场就会指向左侧，而转子也会随之旋转，与定子磁场方向保持一致。
接着，我们再将绕组2的电流切断，按照图2c的方向给绕组1输送电流，注意：这时绕组1中的电流流向与图2a所示方向相反。
于是定子的磁场北极就会指向下，从而导致转子旋转，其南极也指向下方。
然后我们又切断绕组1中的电流，按照图2d所示方向给绕组2输送电流，于是定子磁场又会指向右侧，从而使得转子旋转，其南极也指向右侧。
最后，我们再一次切断绕组2中的电流，并给绕组1输送如图2a所示的电流，这样，转子又会回到原来的位置。
至此，我们对电机绕组完成了一个周期的电激励，电机转子旋转了一整圈。
也就是说，电机的电频率等于它转动的机械频率。
如果我们用1秒钟顺序完成了图2所示的这4个步骤，那么电机的电频率就是1Hz。
其转子旋转了一周,因而其机械频率也是1HZ o总之，一个双相步进电机的电频率和机械频率之间的关系可以用下式表示：fe=fm*P/2 (1) 即fe/P=fm/2其中，fe代表电机的电频率，fm代表其机械频率，而P则代表电机转子的等距磁极数。
步进电机组成及工作原理
步进电机组成及工作原理一、步进电机的组成步进电机是一种组合式电机，它由转子、定子、感应器和控制器等几个部分组成。
1. 转子步进电机的转子通常由一些磁性材料制成，如镍、铁、钴、钢等。
转子的形状通常为圆盘形，中央有一个或多个隆起的齿形结构。
2. 定子步进电机的定子通常也由磁性材料制成，有时会添加一些绝缘材料。
定子的形状通常为环形，有一个或多个钳制定子的爪子。
定子的内部有一些线圈，并联或串联，它们与控制器相连。
3. 感应器步进电机的感应器通常是一些磁性部件，如霍尔元件、磁敏电阻等。
它们的作用是检测转子位置，向控制器反馈转子位置信息。
4. 控制器步进电机的控制器通常是一个设备，它能产生特定的电流/电压波形，驱动步进电机转动。
控制器通常由处理器、驱动电路、信号输入输出接口等几个部分组成。
二、步进电机的工作原理步进电机的工作原理是利用交替磁场和磁学相互作用产生转矩，推动转子转动。
步进电机的驱动方式有两种：全步进驱动和半步进驱动。
1.全步进驱动全步进驱动又称全步进模式，是最常用的步进电机驱动方式。
在全步进模式下，控制器将电流以一定周期分为多个步骤，每一步骤控制电流的大小和方向，产生一定的磁场，推动转子转动。
具体而言，当控制器中的电流向步进电机内部线圈流动时，就会产生一个磁场。
如果电流反向，就会产生另一个磁场。
这两种磁场会相互作用，生成一个转矩，推动转子转动。
在全步进模式下，每一步转动角度是固定的（通常为1.8度或0.9度），因此转子转动也是连续的，不会出现跳动现象。
2.半步进驱动半步进驱动是在全步进模式基础上改进得到的，也称为半步进模式。
在半步进模式下，控制器将电流分为两个步骤，第一步只控制一个电流线圈，第二步则控制两个电流线圈。
这样一来，转子转动角度就可以设置为1.8度的一半（即0.9度）。
半步进驱动可以提高步进电机的分辨率，使得步进电机更加精确。
但同时也会使得驱动电路更加复杂，成本更高。
步进电机是一种精密的电动机，具有结构简单、定位精度高等优点。
两相步进电机的内部结构
两相步进电机的内部结构
两相步进电机的内部结构主要包括定子和转子两部分。
定子通常有8个极或4个极，极面上均匀分布一定数量的小齿，极上线圈能以两个方向通电，形成A相和B相。
转子由圆周上均布一定数量小齿的两块齿片组成，这两块齿片相互错开半个齿距。
两块齿片中间夹有一只轴向充磁的环形永久磁钢。
同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，而两块不同段的转子片的极性相反。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
步进电机结构及工作原理
转30，即 S = 30。
CA通电
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
13.7 步进电动机
小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
360 40 3
3
ห้องสมุดไป่ตู้
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
13.7 步进电动机
3) 转速
每输入一个脉冲，电机转过
S
360 ZrN
即转过整个圆周的1/(ZrN）, 也就是1/(ZrN）转
因此每分钟转过的圆周数，即转速为
n 60 f 60 f 360 s f
转子
定子
IC
IB B
C
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组 成一相。
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。
13.7 步进电动机
13.7.2 工作原理
三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。
以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理
13.7 步进电动机
13.7.1 步进电动机结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。 以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组 转子
定子
步进电动机结构简图
13.7 步进电动机
步进电机内部结构
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步进电机的构造如图1所示，步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。
通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。
如果线圈中电流的流向如图1所示，并且我们从电机顶部向下看齿槽的顶部，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。
根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。
现在假设我们构造一个定子上缠绕有两个绕组的电机，内置一个能够绕中心任意转动的永久磁铁，这个可旋转部分叫做转子。
图2给出了一种简单的电机，叫做双相双极电机，因为其定子上有两个绕组，而且其转子有两个磁极。
如果我们按图2a所示方向给绕组1输送电流，而绕组2中没有电流流过，那么电机转子的南极就会自然地按图中所示，指向定子磁场的北极。
再假设我们切断绕组1中的电流，而按图2b所示方向给绕组2输送电流，那么定子的磁场就会指向左侧，而转子也会随之旋转，与定子磁场方向保持一致。
接着，我们再将绕组2的电流切断，按照图2c的方向给绕组1输送电流，注意：这时绕组1中的电流流向与图2a所示方向相反。
于是定子的磁场北极就会指向下，从而导致转子旋转，其南极也指向下方。
然后我们又切断绕组1中的电流，按照图2d所示方向给绕组2输送电流，于是定子磁场又会指向右侧，从而使得转子旋转，其南极也指向右侧。
最后，我们再一次切断绕组2中的电流，并给绕组1输送如图2a所示的电流，这样，转子又会回到原来的位置。
至此，我们对电机绕组完成了一个周期的电激励，电机转子旋转了一整圈。
也就是说，电机的电频率等于它转动的机械频率。
如果我们用1秒钟顺序完成了图2所示的这4个步骤，那么电机的电频率就是1Hz。
其转子旋转了一周，因而其机械频率也是1Hz。
总之，一个双相步进电机的电频率和机械频率之间的关系可以用下式表示：fe=fm*P/2 (1) 即fe/P=fm/2其中，fe代表电机的电频率，fm代表其机械频率，而P则代表电机转子的等距磁极数。
从图2中我们还可以看出，每一步操作都会使转子旋转90°，也就是说，一个双相步进电机每一步操作造成的旋转度数可由下式表示：1 step= 180°/P (2)由等式(2)可知，一个双极电机每动作一次可以旋转180°/2=90°，这与我们在图2中看到的情形正好相符。
此外，该等式还表明，电机的磁极数越多，步进精度就越高。
常见的是磁极数在12和200个之间的双相步进电机，这些电机的步进精度在15°和0.9°之间。
图3图3给出的例子是一个双相、6极步进电机，其中包含3个永久磁铁，因而有6个磁极。
第一步，如图3a 所示，我们给绕组1施加电压，在定子中产生一个北极指向其顶部的磁场，于是，转子的南极(图3a中红色的“S”一端)转向了该图的上方。
接着，在图3b中，我们给绕组2施加电压，定子中产生一个北极指向其左侧的磁场。
于是，转子的一个距离最近的南极转向了图的左方，即转子顺时针转动了30°。
第三步，在图3c中，我们又向绕组1施加一个电压，在定子中产生一个北极指向图下方的磁场，从而又使转子顺时针旋转30°到达图3c所示的位置。
而在图3d中，我们给绕组2施加电压，在定子中产生一个北极指向定子右侧的磁场，再一次使转子顺时针旋转30°，到达图3d所示的位置。
最后，我们再向绕组1施加电压，产生一个如图3a所示的北极指向定子上方的磁场，使得转子顺时针旋转30°，结束一个电周期。
如此可以看出，4步电激励造成了120°的机械旋转。
也就是说，该电机的电频率是机械频率的3倍，这一结果符合等式(1)。
此外，我们从图3和等式(2)也能看出，该电机的转子每一步旋转30°。
如果同时向两个绕组输送电流，还能增大电机的扭矩，如图4所示。
这时，电机定子的磁场是两个绕组各自产生的磁场的矢量和，虽然这一磁场每一次动作仍然只使电机旋转90°，就象图2和图3中一样，但因为我们同时激励两个电机绕组，所以此时的磁场比单独激励一个绕组时更强。
由于该磁场是两个垂直场的矢量和，因此它等于单独每个场的2×1.414倍，从而电机对其负载施加的扭矩也成正比增大。
电机的激励顺序既然我们知道了一系列激励会使步进电机旋转，接下来就要设计硬件来实现所需的步进序列。
一块能让电机动起来的硬件(或结合了硬件和软件的一套设备)就叫做电机驱动器。
从图4中可以看出我们怎样激励双相电机的绕组才能使电机转子旋转，图中，电机内的绕组抽头分别被标为1A、1B、2A和2B。
其中，1A和1B是绕组1的两个抽头，2A和2B则是绕组2的两个抽头。
首先，要给脚1B和2B施加一个正电压，并将1A和2A接地。
然后，给脚1B和2A施加一个正电压，而将1A和2B接地，这一过程其实取决于导线绕齿槽缠绕的方向，假设导线缠绕的方向与上一节所述相符。
依次进行下去，我们就得到了表1中总结的激励顺序，其中，“1”表示正电压，“0”表示接地。
电流在电机绕组中有两种可能的流向，这样的电机就叫做双极电机和双极驱动序列。
双极电机通常由一种叫做H桥的电路驱动，图5给出了连接H桥和步进电机两根抽头的电路。
H桥通过一个电阻连接到一个电压固定的直流电源(其幅度可根据电机的要求选取)，然后，该电路再经过4个开关(分别标为S1、S2、S3和S4)连接到绕组的两根抽头。
这一电路的分布看起来有点象一个大写字母H，因此叫做H桥。
图5从表1中可以看出，要激励该电机，第一步应将抽头2A设为逻辑0，2B设为逻辑1，于是，我们可以闭合开关S1和S4，并断开开关S2和S3。
接着，需要将抽头2A设为逻辑1，2B设为逻辑0，于是，我们可以闭合S2、S3，并断开S1和S4。
与此类似，第三步我们可以闭合S2、S3并断开S1和S4，第四步则可以闭合S1、S4并断开S2、S3。
表1对绕组1的激励方法也不外乎如此，使用一对H桥就能产生需要的激励信号序列。
表2所示就是激励过程中每一步开关所在的位置。
注意，如果R=0，而开关S1和S3又不小心同时闭合，那么流经开关的电流将达到无穷大。
这时，不但开关会被烧坏，电源也可能损坏，因此电路中使用了一个非零阻值的电阻。
尽管这个电阻会带来一定的功耗，也会降低电机驱动器的效率，但它可以提供短路保护。
单极电机及其驱动器前面我们已经讨论了双极步进电机和驱动器。
单极电机与双极电机类似，不同的是在单极电机中外部能够接触到的只有每个绕组的中心抽头，如图6所示。
我们将从绕组顶部抽出的抽头标为抽头B，底部抽出的标为抽头A，中间的为抽头C。
图6有时我们会遇到一些抽头没有标注的电机，如果我们清楚步进电机的构造，就很容易通过测量抽头之间的阻值，识别出哪些抽头属于哪根绕组。
不同绕组的抽头之间阻抗通常为无穷大。
如果经测量，抽头A和C 之间的阻抗为100欧姆，那么抽头B和C之间的阻抗也应是100欧姆，而A和B之间的阻抗为200欧姆。
200欧姆这一阻抗值就叫做绕组阻抗。
图7图7给出一个单极电机的单相驱动电路。
从中可以看出，当S1闭合而S2断开时，电流将由右至左流经电机绕组；而当S1断开，S2闭合时，电流流向变为由左至右。
因此，我们仅用两个开关就能改变电流的流向(而在双极电机中需要4个开关才能做到)。
表3所示为单极电机驱动电路中，每一步激励时开关所处的位置。
虽然单极电机的驱动器控制起来相对简单，但由于在电机中使用了中心抽头，因此它比双极电机更复杂，而且其价格通常比双极电机贵。
此外，由于电流只流经一半的电机绕组，所以单极电机只能产生一半的磁场。
在知道了单极电机和双极电机的构造原理之后，当我们遇到一个没有标示抽头也没有数据手册的电机时，我们就能自己推导出抽头和绕组的关系。
带4个抽头的电机就是一个双相双极电机，我们可以通过测量导线之间的阻抗来分辨哪两个抽头属于同一个绕组。
带6个抽头的电机可能是一个双相单极电机，也可能是一个三相双极电机，具体情况可以通过测量导线之间的阻抗来确定。
???电机控制本文前面讨论的电机控制理论可以采用全硬件方案实现，也可以用微控制器或DSP实现。
图8说明了如何用晶体管作为开关来控制双相单极电机。
每个晶体管的基极都要通过一个电阻连接到微控制器的一个数字输出上，阻值可以从1到10M欧姆，用于限制流入晶体管基极的电流。
每个晶体管的发射极均接地，集电极连到电机绕组的4个抽头。
电机的中心抽头均连接到电源电压的正端。
图8每个晶体管的集电极均通过一个二极管连接到电压源，以保护晶体管不被旋转时电机绕组上的感应电流烧坏。
转子旋转时，电机绕组上会出现一个感应电压，如果晶体管集电极没有通过二极管连接到电压源，感应电压造成的电流就会涌入晶体管的集电极。
举个例子，假设数字输出do1为高而do2为低，于是do1会使晶体管T1导通，电流从+V流经中心抽头和T1的基极，然后由T1的发射极输出。
但此时do2处于断开状态，因此电流无法流经T2。
这样推理下去，我们就能将表3改为驱动电机所需的微控制器数字输出的改变顺序。
一旦清楚了驱动电机所需的硬件和数字输出的顺序，我们就可以对最顺手的微控制器或DSP编写软件，实现这些序列。
固件控制我本人在一块Microchip PIC16F877上，利用1N4003二极管和2SD1276A达灵顿晶体管实现了以上谈到的电机控制器。
PIC的PortA第0位到第3位用来做数字输出。
电机采用在Jameco购买的5V双相单极电机(Airpax [Thomson]生产，型号为M82101-P1)，并且用同一个5V电源为PIC和电机供电。
但在真正应用时，为避免给微控制器的电源信号引入噪声，建议大家还是分别用不同的电源为电机和微控制器供电。
列表1给出了控制程序的汇编源代码，该程序每50毫秒旋转电机一次。
首先，程序会将微控制器的数字输出初始化为表4中第一步的值，然后每隔50毫秒(此时间常数由程序中的常量waitTime定义)按照正确的顺序循环输出数字信号。
若需使电机反向旋转，只需按与表4所示相反的顺序输出数字信号即可。
本人所用的电机为24极电机，即每一步输出可以控制电机旋转180°/24=7.5°。
电机每50毫秒旋转7.5°，也就是每2.4秒转一周。
如果将常量waitTime减小一半，电机转速会加快一倍。
但因为转子受惯性、摩擦力和其他机械限制，所以电机转速有一个上限，当定子磁场旋转过快时，转子的转速无法跟上，导致电机的旋转也无法跟上，开始跳动(skipping)。
如果这时再降低欧姆aitTime，电机很可能干脆就停止旋转。
除了本文重点讨论的双相电机以外，步进电机还有其他类型，如三相步进电机或四相步进电机。
另外还有一些双相步进电机，它们只有一个中心抽头，同时连接到两个绕组的中心点，这类步进电机外部有5个抽头引出。