步进电机结构简介
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。
42相步进电机的内部结构
42相步进电机的内部结构介绍42相步进电机是一种常用于控制精度要求较高的机械设备的电机。
它以步进的方式让电机转动，可以精确控制转动角度和位置。
本文将详细探讨42相步进电机的内部结构，包括其构造和工作原理。
结构42相步进电机主要由以下几个部分组成：1. 绕组绕组是步进电机的关键部件之一。
它由若干个线圈组成，被绝缘的线圈绕在电机的铁芯上。
每个线圈都连接到电机控制器，通过接收控制信号来产生控制电流，以驱动步进电机转动。
2. 铁芯铁芯是步进电机的核心部分。
它通常由铁磁材料制成，具有良好的磁导率和导磁性能。
铁芯的形状和结构可以影响到步进电机的转动特性和效率。
3. 磁体步进电机的磁体通常由永磁体组成，用于产生磁场。
磁体可以是单个磁体或多个磁体组合而成。
通过与绕组中的线圈相互作用，磁体可以使电机产生导致转动的力矩。
4. 轴承与转子轴承承载着电机的转子，使其能够平稳地旋转。
轴承可以采用滚珠轴承或滑动轴承，以减小转子的摩擦和阻力，提高电机的运行效率和寿命。
工作原理42相步进电机的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 接收控制信号步进电机通过接收控制信号来决定转动的步长和方向。
控制信号通常由电机控制器产生，并通过绕组中的线圈传输到电机中。
2. 极性变化根据控制信号的极性变化，电机控制器会控制绕组中的电流方向发生变化。
不同的电流方向会导致线圈的磁极发生变化，从而改变磁场的方向。
3. 磁场互相作用由于线圈中电流的变化，线圈产生的磁场也会随之变化。
磁场与磁体相互作用，产生力矩驱动转子转动。
4. 步进运动通过不断变化控制信号和磁场的作用，步进电机会逐步转动。
每个步进的角度取决于控制信号的频率和磁体与线圈的互相作用。
应用42相步进电机由于其精确控制转动角度和位置的特性，被广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中。
以下是一些常见的应用领域：1. 3D打印机步进电机可用于控制3D打印机中的XYZ轴，精确控制打印头的移动，从而实现精细的打印效果。
步进电机结构及工作原理
步进电机结构及工作原理步进电机是一种特殊的电动机，它可以通过电脉冲控制精确地旋转一定角度，并且不需要传统的反馈系统。
步进电机主要由定子、转子和控制电路组成。
1. 定子步进电机的定子通常由两个或多个绕组组成，每个绕组都被连接到一个相位驱动器上。
这些绕组被排列在定子上，并且相互之间呈90度的偏移角度。
当驱动器向一个绕组发送脉冲时，该绕组会产生一个磁场，吸引转子中的磁铁。
2. 转子步进电机的转子通常由磁铁或永磁体构成。
当定子中的绕组被激活时，它们会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
3. 控制电路步进电机的控制电路通常由微处理器、计数器和驱动器构成。
微处理器负责计算出需要发送给驱动器的脉冲序列，并将其发送到计数器中进行计数。
当计数器达到预设值时，它会向驱动器发送一个脉冲，激活定子中的绕组。
工作原理：步进电机的工作原理基于磁场的相互作用。
当定子中的绕组被激活时，它们会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
每次激活定子中的一个绕组都会使得转子旋转一定角度，这个角度通常称为步进角。
步进电机可以通过改变脉冲序列和频率来控制旋转速度和方向。
当需要逆时针旋转时，只需要改变脉冲序列的顺序即可。
此外，步进电机还可以通过微处理器控制来实现精确的位置控制和速度调节。
总结：步进电机是一种特殊的电动机，它可以通过电脉冲控制精确地旋转一定角度，并且不需要传统的反馈系统。
步进电机主要由定子、转子和控制电路组成。
当驱动器向一个绕组发送脉冲时，该绕组会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
步进电机可以通过改变脉冲序列和频率来控制旋转速度和方向，并且可以通过微处理器控制来实现精确的位置控制和速度调节。
步进电机的结构和三种控制模式
双极性步进电机的基本组件步进电机属于无刷直流（BLDC）电机，它按照等长的步进值逐步转动。
而双极性步进电机则是每相都拥有一个绕组的步进电机，具体而言是两相四线步进电机。
它由定子和转子两个主要部件组成（见图1）。
图1: 双极性步进电机的结构示意图定子定子是电机的静止部分。
8个定子上分别绕有两相双极性绕组，每个定子铁芯上带有五齿（见图1）。
A相绕组绕线从定子1开始绕，依次绕到定子3，5，7上（见图2）。
值得注意的是，定子1和5的绕线方向相同，而定子3和7的绕线方向相同。
这两组（定子1和5，以及定子3和7）的绕线方向相反。
B相绕组也是以同样的原理进行绕制，其中定子4和8为一组，定子2和6为一组。
图2: 双极性步进电机的绕组原理图转子通常转子上贴有轴向充磁的永磁体。
图3所示为转子的结构。
图3: 转子结构示意图图4展示了转子的侧面截面图。
图4：转子侧面截面图永磁体的磁力线在电机本体内形成闭合。
由于磁力线和磁阻效应，即使步进电机在不通电的情况下也有一定的锁定力矩（见图4）。
转子上拥有50个齿，和定子齿轮相对起来，由于这样的齿数和相数结构，它拥有1.8度的步进角度（见图5）。
步进角度：电气周期完成90度，步进电机转子前进的机械角度。
图5: 1.8°步进角度结构示意图步进模式为了方便讲解后续的控制方式，我们将复杂的结构图简化为示意图（见图6）。
图6：双极性步进电机简化示意图步进电机的定子和转子可以被看作都只有一个齿，这使步进电机的驱动方式不同于其他电机。
这种方法叫做双全桥驱动，其中A相绕组接在第一个全桥驱动上，B相绕组接在第二个全桥驱动上（见图7）。
图7：双全桥驱动电路图双极性步进电机具有三种控制模式：单相步进、整步步进和半步步进（见表1）。
表1: 步进模式表单相步进当A相和B相按照单相步进的模式依次通电的时候，定子磁场会相应地发生变化，转子也会由于极性吸引而转动。
表1中详细描述了A相和B相（AB）的通电顺序和转子的转动位置。
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机是常见的两种电机类型，它们在内部结构上有一些区别。
1. 步进电机的内部结构：
步进电机由定子、转子、磁路和绕组等组成。
定子通常是由磁铁或电磁铁制成，用于产生磁场。
转子通常是由带有磁性材料的齿轮或磁铁制成，围绕着定子旋转。
步进电机中的绕组被连到外部的电源，从而使电机产生磁场并实现旋转。
步进电机的转子以步进的方式运动，每次接收一个控制信号就会迈进一个固定的角度。
2. 直流无刷电机的内部结构：
直流无刷电机由永磁体、定子、转子和电子元件等组成。
永磁体通常由强磁性材料制成，用于产生磁场。
定子是包含绕组的部分，它的绕组被连接到外部电源，使电机产生磁场。
转子通常由带有磁性材料的永磁体制成，并通过与定子磁场的相互作用来旋转。
直流无刷电机的电子元件负责控制定子绕组的电流，以实现转子的旋转控制。
总的来说，步进电机是一种根据控制信号进行精确步进运动的电机，而直流无刷电机则通过电子元件控制定子电流，实现平滑的旋转运动。
这两种电机在不同的应用场景中有着各自的优势和特点。
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）。
步进电机的构造(以5相步进为例)
步进电机的构造（以5相步进为例）
步进电机的构造主要采纳图示的方式进行讲解：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、永久磁钢等3 部分构成。
而且转子朝轴方向已经磁化，转子 1 为N 极时，转子2 则为S 极。
定子拥有小齿状的磁极，共有10个，皆绕有线圈。
其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁化成同一极性。
（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将同化成S 极或N 极。
）对角线的2个磁极形成1个相，而由于有A 相至E相等5个相位，因此称为5 相步进电动机。
系统构成图示转子的外圈由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。
由此转子形成了100个小齿。
目前已经有转子单个加工至100齿的高辨别率型，那么高辨别率型的转子就有200个小齿。
因此其机械上就可以实现一般步进电机半步(一般步进电机半步需要电气细分达到)的辨别率。
电动机构造图2∶与转轴成垂直方向的断面图
1。
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、
步进电机简介ppt
齿间距 θ
360 θ = 转子齿间距 = N
。Leabharlann N − 齿数步进角度 δ转子齿间距 θ δ= = 2 × 相数 2p
以常用的2相式50齿步进电机为例：
360 θ= = 7.2 50
7.2 δ= = 1.8 2×2
另外一种比较简便的说法就是以步数来 表示， 200步的步进电机为例 200步为一 步的步进电机为例， 表示，以200步的步进电机为例，200步为一 ），则每步 圈（ 360 ），则每步 1.8 。
。
驱动方式
简单讲，步进电机的动作是靠线圈激磁后， 简单讲，步进电机的动作是靠线圈激磁后，将邻近转子上 相异的磁极吸引过来。因此， 相异的磁极吸引过来。因此，线圈排列的顺序以及激磁信号的 顺序就很重要。 相步进电机为例， 相驱动、 顺序就很重要。以2相步进电机为例，其驱动信号有 相驱动、2 相步进电机为例 其驱动信号有1相驱动 相驱动与1-2相驱动 种。 相驱动3种 相驱动与 相驱动 1相驱动方式是任何时刻只有一组线圈被激磁，其他线圈在休 息，因此，其产生的力矩较小； 2相驱动的方式是任何时刻，有两组线圈同时被激磁； 1-2相驱动的方式又称为“半步驱动”，每个驱动信号只驱动 半步，其信号是将1相驱动信号与2相驱动信号混合而成。
抓住步进电机的位置，称之为定位或归零。 抓住步进电机的位置，称之为定位或归零。
步进电机的控制
怠速步进电机驱动电路设计与实现
步进电机结构 驱动方式
步进电机结构
步进电机（ 步进电机（stepping motor）是一种以脉冲控制 ） 的转动器件，由于是以脉冲驱动， 的转动器件，由于是以脉冲驱动，很适合以数字 或微型计算机来控制。 或微型计算机来控制。
步进电机结构
1、步进电机与一般电机结构类似，除了托架、外壳之外，就是转子和 步进电机与一般电机结构类似，除了托架、外壳之外， 定子，转子为永久磁铁，线圈是绕在定子上。 定子，转子为永久磁铁，线圈是绕在定子上。 根据线圈的配置，可分为2 相等， 2、 根据线圈的配置，可分为2相、4相、5相等，4相步进电机是由四组 线圈所构成， 相步进电机是由五组线圈所构成，如图所示： 线圈所构成，5相步进电机是由五组线圈所构成，如图所示：
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。
步进电动机的结构和工作原理
步进电动机的结构和工作原理步进电动机的结构：按照励磁方式分类，步进电动机可分为反应式、永磁式和感应子式。
反应式步进电动机用的比较普遍，结构也较简单。
反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机，由定子和转子组成，其定子、转子均由软磁材料冲制、迭压而成。
定子上安装多相励磁绕组，转子上无绕组，转子圆周外表面均匀分布若干齿和槽。
定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有数个小齿和槽。
图1为三相反应式步进电动机结构示意图，反应式步进电动机相数一般为三相、四相、五相、六相。
图1永磁式步进电动机是转子或定子任何一方具有永磁材料的步进电动机。
其结构见图2。
永磁式步进电动机没有永磁材料的一方有励磁绕组，绕组通电后，建立的磁场与永磁材料的恒定磁场相互作用产生电磁转矩，励磁绕组一般为二相或四相。
图2步进电动机的工作原理：通常电动机的转子为永磁体，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，电动机就会反转。
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动机的转动。
例如，单三拍的通电方式，A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子对齐A、A′极的位置；接着B相通电（A、C两相不通电），转子便顺时针方向转过30°，和B、B′极对齐；然后C相通电（A、B两相不通电），转子又会顺时针方向转过30°，和C，C′极对齐，当脉冲信号一个一个发来时，转子便会一步一步的顺时针转动，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电动机转子便逆时针方向转动。
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。
步进电机结构及工作原理简介
步进电机构造简介依据励磁方式分类，步进电机可分为反响式、永磁式和感觉子式。
此中反响式步进电机用的比较广泛，构造也较简单。
本课题采纳的也是此类电机。
反响式步进电机又称为磁阻式步进电机，其典型构造如图 1 所示。
这是一台三相电机，定子死心由硅钢片叠成，定子上有6 个磁极，每个磁极上又各有5 个平均散布的矩形小齿。
三相电机共有三套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。
转子也是由叠片死心组成，转子上没有绕组，而是由40 个矩形小齿平均散布在圆周上，相邻两齿之间的夹角为9 度。
下面简述其工作原理。
当某相绕组通电时，对应的磁极就会产生磁场，并与转子形成磁路。
若此时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子转动必定的角度使转子齿与定子齿对应。
因而可知，错齿是促进步进电机旋转的根来源因。
比如，在单三拍运转方式中，当A 相控制绕组通电，而 B、C 相都不通电时，因为磁通拥有力争走磁阻最小道径的特点，因此转子齿与 A 相定子齿对齐。
若以此作为初始状态，设与 A 相磁极中心磁极的图 1步进电机剖面构造转子齿为 0号齿，因为 B 相磁极与 A 相磁极相差120 度,且 120 度/9 度＝ 13.333 不为整数，因此，此时 13 号转子齿不可以与 B 相定子齿对齐，不过凑近 B 相磁极的中心线，与中心线相差 3 度。
假如此时忽然变成 B 相通电，而 A、C 相都不通电，则 B 相磁极迫使 13 号小齿与之对齐，整个转子就转动 3 度。
此时称电机走了一步。
同理，我们依据 A→B→C→A 次序通电一周，则转子转动9 度。
转速取决于各控制绕组通电和断电的频次（即输入脉冲频次），旋转方向取决于控制绕组轮番通电的次序。
如上述绕组通电次序改为 A→C→B→A······则电机转向相反。
这类按 A→B→C→A······方式运转的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机拥有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。
步进电机组成
步进电机组成
步进电机是一种特殊的电机，可将自身分隔为若干微小的步骤，每一步骤位置精度高，速度稳定，静态转矩大，具有运行平稳、低速大力矩、无可预知运动轨迹等特点。
步进电
机由驱动电路和执行机构两部分组成。
本文主要介绍步进电机的组成。
1.转子
步进电机的转子是是一种铁心，分为面式和梯级式，其中面式转子分为两种又分别是
单磁极和双磁极。
转子内部装有永磁体或电磁体及驱动器，转子轴两端包承托轴承。
2.定子
步进电机的定子是一种线圈，线圈数目成对数，一般为2、4、6、8等，定子线圈永磁体，通过钢质下盖板进行固定。
3.齿轮
步进电机齿轮是由定子齿和转子齿组成，定子齿是定子铁芯上端的凹槽，转子齿是转
子铁芯上端的凸起，定子齿和转子齿相互迭合，形成啮合关系，在电磁作用或永磁作用下
转动。
4.导轨
步进电机导轨是由定子铁芯的凸起和转子铁芯组成，通过精密加工形成导轨。
导轨可
使结构更完善，使得步进电机的精度更高。
5.端盖
步进电机的端盖主要是保护电机内部之措施，便于更换零部件，一般分为前端盖和后
端盖，分别固定在电机的前端和后端。
6.电路板
步进电机的电路板主要是控制步进电机的转动，控制器可使用CPLD、FPGA甚至是单片机，驱动元件则可采用酷派电流电压高斯道等电子器件。
电路板是步进电机中重要的组成
部分，可使步进电机快速响应，具有高速、高分辨率的优良性能。
以上即是步进电机的主要组成部分，总的来说步进电机由转子、定子、齿轮、导轨、
端盖、电路板等组成。
每个组成部分都在不同的范畴内发挥着重要的作用，组成了完整的
步进电机。
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。
两相步进电机的工作原理
两相步进电机的工作原理
两相步进电机的工作原理如下：
1. 结构：两相步进电机由两个相位（相A和相B）组成，每个相位都包含一个电磁线圈。
2. 相序控制：当通电时，通过对相位的电流进行控制，可以使电机按照特定的步进角度旋转。
相序控制通常使用二进制方式表示，其中4个常见的相序为全步进顺时针
（AB→AB→AB→AB）、全步进逆时针
（AB→BA→AB→BA）、半步进顺时针
（AB→A→AB→B→AB→A→AB→B）和半步进逆时针
（AB→B→AB→A→AB→B→AB→A）。
3. 电磁原理：当一个相位通电时，电流通过电磁线圈，产生一个磁场。
磁场与永久磁铁或其他磁场作用，使一对极端发生力矩，从而使电机转动到下一个步进角度。
4. 步进角度：两相步进电机的步进角度取决于电机的设计和控制方式。
常见的步进角度为1.8度（为360度除以步进电机的步数）和0.9度。
5. 控制器：为了控制两相步进电机，通常需要使用一个步进电机驱动器或控制器。
控制器接收外部信号，并以正确的相序和频率控制电机的转动，使其按照预定的角度和速度运行。
总之，两相步进电机通过控制相位的电流，利用电磁原理产生
的磁场与其他磁场之间的相互作用，实现精确的步进运动。
它常被应用在需要精确定位和控制运动的设备中，例如打印机、机器人和数控机床等。
步进电机的结构
步进电机的结构
步进电机是一种电动机，它的结构由定子、转子、导线、磁极和轴承等部件组成。
定子是步进电机的不动部分，通常由铁芯和线圈组成。
铁芯主要起到传导磁力线的作用，线圈则是通过在其中通以电流来产生磁场。
转子是步进电机的旋转部分，通常由磁性材料制成。
转子的磁性材料有两种：一种是永磁体，另一种是软磁体。
永磁体的磁场是永久的，而软磁体则需要通过外部的磁场来激励。
导线是连接定子线圈和外部电源的部件，它们的数量和连接方式决定了电机的匹配方式和工作方式。
磁极是步进电机的关键部件之一，它们是定子和转子之间的接口，通过它们，定子的电流可以产生旋转力矩，从而将转子旋转。
轴承是支撑转子的部件，主要起到支撑和减少磨损的作用。
总的来说，步进电机的结构复杂，但是其优点在于精度高、稳定性好，广泛应用于各种自动化设备中。
- 1 -。
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。
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步进电机结构简介
按照励磁方式分类，步进电机可分为反应式、永磁式和感应子式。
其中反应式步进电机用的比较普遍，结构也较简单。
本课题采用的也是此类电机。
反应式步进电机又称为磁阻式步进电机，其典型结构如图1所示。
这是一台三相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有6个磁极，每个磁极上又各有5个均匀分布的矩形小齿。
三相电机共有三套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。
转子也是由叠片铁心构成，转子上没有绕组，而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两
齿之间的夹角为9度。
下面简述其工作原理。
当某相绕组通
电时，对应的磁极就会产生磁场，并与转
子形成磁路。
若此时定子的小齿与转子的
小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子
转动一定的角度使转子齿与定子齿对应。
由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根
本原因。
例如，在单三拍运行方式中，当
A相控制绕组通电，而B、C相都不通电时，
由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特
点，所以转子齿与A相定子齿对齐。
若以此作为初始状态，设与A相磁极中心磁极的图1 步进电机剖面结构转子齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相差120度,且120度/9度＝13.333不为整数，所以，此时13号转子齿不能与B相定子齿对齐，只是靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3度。
如果此时突然变为B相通电，而A、C相都不通电，则B相磁极迫使13号小齿与之对齐，整个转子就转动3度。
此时称电机走了一步。
同理，我们按照A→B→C→A顺序通电一周，则转子转动9度。
转速取决于各控制绕组通电和断电的频率（即输入脉冲频率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。
如上述绕组通电顺序改为A→C→B→A······则电机转向相反。
这种按A→B→C→A······方式运行的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机具有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。
此外，三相步进电机还可以以三相双三拍和三相六拍方式运行。
三相双三拍就是按AB→BC→CA→AB······方式供电。
与单三拍运行时一样，每一循环也是换接3次，共有3种通电状态，不同的是每次换接都同时有两相绕组通电。
三相六拍的供电方式是A→AB→B→BC→C→CA→A······每一循环换接六次，共有六
种通电状态，有时只有一相绕组通电，有时有两相绕组通电。
磁阻式步进电机的步距角可由下边公式求得 r
McCZ Q
360 ⑴
式中Mc 为控制绕组相数，C 为状态系数，三相单三拍或双三拍时C ＝1，三相六拍时C ＝2。
Zr 为转子齿数，本课题使用的36BF003型步进电机转子齿数为40。
3.2减小步距角的途径
由⑴式可知，本课题使用的步进电机未细分时能达到的最小步距角为1.5度（三相六拍模式）。
转速较高时，由于转子本身的惯性，电机可近似看作匀速转动。
但在低速运行时，较大的步距角造成两步之间的时间间隔较长，在下一个电脉冲到来之前转子已经停止转动，由此造成运行的不连续及低频振动。
此外实际应用中1.5度的步距角往往不能满足精度需要，为了提高精度，要求一个脉冲对应的位移量小，即步进电机的步距角小。
减小步距角有以下四种方法：
1、增加步进电机控制绕组的数量。
由⑴式可知，步距角Q 与绕组数Mc 成反比，Mc 越大则Q 越小。
三相步进电机单拍运行时的步距角为3度（40转子齿），如果采用四相电机，则步距角减小到1.8度（50转子齿）。
但是相数越多电机结果越复杂，制造越困难，靠增加相数减小步距角的成本很高。
2、增加拍数。
即增大状态系数C 。
由⑴式知状态系数也与步距角成反比，增加拍数相当于增加绕组相数。
三相步进电机单三拍运行时步距角为3度，采用三相六拍模式后步距角减小到原来的一半。
但步进电机所能实现的拍数同绕组相数直接相关，三相步进电机最多能实现的拍数是六拍，四相电机最多八拍。
靠增加拍数减小的步距角有限。
3、增加转子齿数Zr 。
由于Zr 与步距角Q 成反比，增加转子齿数也能减小步距角。
但受加工精度、制造成本限制，转子齿数不能无限增多。
4、采用细分电路。
对于一个步进电机，采用细分电路后其步距角减小为原来的1/N （N 为细分数）。
理论上N 可以无限增大，从而步距角Q 可以无限减小。
细分电路对于任何反应式步进电机都适用，尤其是步距角较大的低端步进电机，能显著减小步距角，提高运动精度，从而在某些场合可以代替高端步进电机。