直线步进电机 - 360文档中心

直线步进电机原理

直线步进电机原理
直线步进电机是一种将电能转换为机械运动的电动机。

它由定子和转子组成。

定子上有一组分布均匀的电磁线圈，称为相。

每个相可被连接到控制电路，并通过电流的切换来驱动电机。

转子上有一组永磁体，称为极铁。

当控制电流通过定子相时，会在定子和转子之间产生吸引力或推力，从而引起转子向前或向后运动。

直线步进电机的原理基于电磁力的作用。

当控制电路打开一定相的电流时，该相上的电磁线圈会产生磁场，与转子上的极铁相互作用形成力矩，驱动转子运动。

控制电路会按照特定的电流切换顺序来逐个驱动不同的相，使转子以步进的方式前进或后退。

直线步进电机通常通过磁场切换和磁阻切换两种方式来控制转子的运动。

磁场切换是指通过改变电流来改变线圈上的磁场方向，从而改变吸引力或推力的方向。

磁阻切换是指在电流切换之间，通过改变相的连接方式，将原来的相断开或接通，从而改变转子与线圈之间的磁阻分布。

直线步进电机的驱动电路通常采用单片机或专用的步进电机控制器。

控制器通过接收来自外部的指令，根据预先设定好的切换顺序和时间来控制各相的电流，从而实现对电机运动的准确控制。

此外，直线步进电机还需要配备传感器来检测转子的位置，以便实时调整电流切换的顺序和时间，以确保准确的步进运动。

直线步进电机具有结构简单、体积小、精度高和响应速度快等优点，被广泛应用于自动化设备、打印机、扫描仪、医疗器械等领域。

直线电机简介

直线感应电机的线圈 (a)菱形 (b)饼式
管型直线感应电动机的典型结构如下图所示，它的初级铁心是由硅钢片叠成的一些环形钢盘，初级多相绕组的线圈绕成饼式，装配时将铁心与线圈交替叠放于钢管机壳内。管型电机的次级通常由一根表面包有铜皮或铝皮的实心钢元或厚壁钢管构成。
两相管型直线感应电动机
直线直流电机主要有两种类型：永磁式和电磁式。前者多用在功率较小的自动记录仪表中，如记录仪中笔的纵横走向的驱动，摄影机中快门和光圈的操作机构，电表试验中探测头，电梯门控制器的驱动等，而后者则用在驱动功率较大的机构。下面分别对它们作一些介绍。
直线感应电动机直线自整角机
Hale Waihona Puke 直线直流电动机直线步进电动机
直线感应电机主要有两种型式，即平板型和管型。平板型电机可以看作是由普通的旋转感应 (异步)电动机直接演变而来的。图(a)表示一台旋转的感应电动机，设想将它沿径向剖开，并将定、转子圆周展成直线，如图(b)，这就得到了最简单的平板型直线感应电机。
下图所示的结构是在软铁架两端装有极性同向放置的两块永久磁铁，称为双永磁体结构，通电线圈可在滑道上作直线运动。这种结构具有体积小、成本低、效率高等优点。国外将它组成闭环系统，用在规格为10英寸录音机中，得到了良好的效果，在推动2.5N负载的情况下，最大输入功率为8W，通过全程只需0.25s，比普通类型闭环系统性能有很大提高。
下图采用的是强磁铁结构，磁铁产生的磁通经过很小的气隙
被框架软铁所闭合，气隙中的磁场强度分布很均匀。当可动线圈中通入电流后便产生电磁力，使线圈沿滑轨作直线运动，其运动方向可由左手定则确定。这种结构的缺点是要求永久磁铁的长度大于可动线圈的行程。如果记录仪的行程要求很长，则磁铁长度就更长。因此，这种结构成本高，体积笨重。

步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨工作原理

步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨工作原理
步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨是一种常见的传动方式，它能够转换电脉冲信号为机械运动，保证了精准和高效的控制，被广泛应用于数控机床、自动化设备和3D打印等领域中。

步进电机是一种定位精度高、结构简单的电机，它根据电脉冲信号的频率和方向控制逐步转动的角度或步数。

滚珠丝杠是一种高效的力转换装置，由螺纹轴和螺母构成，通过滚珠在螺纹轴和螺母之间滚动实现转换。

直线导轨是一种线性移动装置，由导轨和导轨滑块组成，通过导轨滑块在导轨上滑移实现线性运动。

在步进电机驱动滚珠丝杠的传动系统中，步进电机通过直接驱动滚珠丝杠使其旋转，滚珠丝杠的旋转转换为直线移动，并通过直线导轨的导向实现工作台等工件的移动。

在具体实现中，步进电机控制器产生一系列电脉冲信号，驱动电机旋转一定的角度或步数，从而带动滚珠丝杠旋转。

滚珠在丝杠与螺母之间的滚动转换为丝杠的线性运动，并通过导轨的导向实现工件的精准移动。

该传动系统具有结构简单、可靠性高、定位精度高等优点，适用于高精度定位和拉伸等应用场合。

但需要注意的是，在使用过程中要根据具体情况选择适当的步进电机和滚珠丝杠，并加强维护保养，以免因摩擦和磨损导致误差和故障。

直线平台往复运动的步进电机选型

直线平台往复运动的步进电机选型已知：直线平台往复运动，最大行程450mm，同步带传动；往复运动周期为T=4s，重复定位误差≤0.05mm。

平台运动重量8.5KG，无外力。

1.运动学计算平均速度：V1=0.45/2=0.225m/s设加速度时间为0.2s；（步进电机一般取加速度时间为：0.1-1s；伺服电机一般取加速度时间为0.05-0.5s；加减速时间一般取相等）则加减速时间共为0.4s，且加减速过程的平均速度为最大速度的一半。

故有：L=0.4xV max/2+1.6xV max=0.45m得：V max=0.45/(0.4/2+1.6)=0.25m/s所以，加速度为：a=△V/△t=(0.25-0)/0.2=1.25m/s2加速度距离：S1= S0+ V1+at2/2=1.25x0.22/=0.025m匀速距离：S2= V max xt=0.25x1.6=0.4m减速距离和加速距离相同，S3= S1=0.025mS= S1+ S2+ S3=0.45m2.动力学计算同步带上需要拉力：F=Ma+f摩擦力：f=uMg设导轨摩擦系数：u=0.1则摩擦力：f=0.1x8.5x10=8.5N惯性力：F1= Ma=8.5x1.25=10.625N故同步带上要有拉力：F=Ma+f=8.5+10.625=19.125N3.选择步进电机细分数m同步轮周长为d=39.5*3.14=124.03mm核算定位精度：脉冲当量A=124.03/(200xm)<0.05m>d/(200x0.05)=12.403核算最大转速：n max= V max/d=0.25/(124.03/1000)=2.1r/s显然，细分数不合适太大，转速太低。

加减速机速比1:3m>d/(200x0.05/i)=12.403/3=4.14电机最大转速n max= 3xV max/d=3*0.25/(124.03/1000)=6.3r/s细分数选择6，转速合适。

直线电机基本概念

直线电机基本概念直线电机可以看作旋转电机结构上的一种演变，它可以看作将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展开成直线。

直线电机可分为：交流直线感应电动机（LIM），交流直线同步电动机（LSM）、直流直线电动机（LDM）、直线步进电动机（LPM）、混合式直线电动机（LHM）、微特直线电动机。

其中交流直线同步电动机又分电磁式（EM）、永磁式（PM）、可变电阻（VR）、混合式（HB）、超导体（SC）；直线直流电动机分为电磁式、永磁式、无刷；直线步进电动机分为可变电阻型和永磁型。

同步直线电动机的原理：直线同步电动机与直线异步电动机一样也是由旋转电机演化来的，其工作原理与旋转电机一样。

直线同步电动机的磁极一般有直流励磁绕组励磁，或有永磁体励磁。

在定子绕组产生的气隙行波磁场与磁极磁场的共同作用下，气隙磁场对磁极动子产生电磁推力。

在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就沿着行波磁场的运动方向做直线运动。

磁极运动的速度v就与行波磁场的移动速度一致,且v=2f t单位(m/s),t为极距。

同步直线电机与异步直线电机在性能、使用范畴上有何区别：直线异步电动机具有：成本低，相同容量的异步电动机的体积是同容量的同步电动机的6倍左右,常用变频器做速度控制，用于精度要求不是很高的场合。

直线同步电动机具有更大的驱动力，其控制性能，位置精度更好，体积小，重量轻，且具有发电制动功能。

永磁直线同步电动机可应用于各种精密加工设备上。

但是成本相对较高。

永磁体性能的提高和价格的下降，以及由永磁取代绕线式转子中的励磁绕组所带来的一系列优点:如转子无发热问题、控制系统简单、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等。

动圈式直线电机与动磁式直线电机：永磁直线电动机可以做成动磁型，也可以做成动圈型。

只要使永磁体产生的磁通由绕组通入直流电励磁产生，任何一种永磁式直线电动机都可以改为电磁式（动磁）直线电动机。

动圈型结构具有体积小，成本低和效率高等优点。

第八章直线电机

第八章直线电机本章基本要求•掌握直线电动机的工作原理•理解直线电机在工程中的应用以工程应用背景为引导，掌握直线的基本知识！一直线电机的概述二直线感应电动机三直线直流电动机四直线步进电动机五应用举例六小结直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。

•结构多样，可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种形式；•多电源工作，可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作；•满足多类需求，能满足高速、大推力的驱动要求，也能满足低速、精细的要求。

直线电机按其工作原理可分为直线电动机和直线驱动器直线电动机直线驱动器交流直线感应电动机（LIM）交流直线同步电动机（LSM）电磁式（EM）LSM永磁式（PM）LSM可变阻抗（VR）LSM混合式（HB）LSM超导体（SC）LSM 直线直流电动机（LDM）电磁式LDM永磁式LDM无刷LDMVR形LPMPM形LPM直线步进电动机（LPM）混合式直线电动机（LHM）直线振荡电动机（LOM）直线电磁螺线管电动机（LES）直线电磁泵（LEP）直线超声波电动机（LUM）直线发电机（LG）直线电机按其结构主要分为五类短初级短次级单边直线电动机双边直线电动机短次级短初级圆筒式结构从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化圆弧式直线电动机圆盘式直线电动机优点•省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积。

•不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，准确度高。

•直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。

由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。

•直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。

•装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合成一体。

•大气隙导致功率因数和效率降低，功率因数和效率比同容量的旋转电机低；•启动推力受电源影响大，需要采取保护措施保证电源的稳定或改变电动机的有关特性来改善；缺点应用•军事领域：利用直线电机制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；•交通运输业：利用直线电机制成时速达500km以上的磁悬浮列车；•工业领域：用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的机械设备中；•精密仪器设备：例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等；•民用装置：如门、窗、桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等。

直线步进电机的基本原理

直线步进电机的基本原理什么是步进电机？步进电机是一种电动机，它可以通过一次脉冲控制来旋转一个固定的角度。

通常使用的是脉冲宽度调制（PWM）电路，即控制器将电流发送至电机，以一定的速率发生脉冲变化来完成控制。

与直流电机相比，步进电机可以实现更加精确定位，因此广泛应用于机器人、电子设备、包装机械等行业。

直线步进电机的基本原理直线步进电机是步进电机类型中的一种，它的结构与旋转步进电机不同。

通过控制电机的电流、电压，可以实现电机的直线运动，可应用于线性驱动部件、光刻机、高速精密定位等领域。

下面来详细介绍直线步进电机的基本原理。

直线步进电机的结构直线步进电机的主要构成部分有电机本体、定位控制设备、电缆连接器和导轨等。

其中，电机本体是直线步进电机的核心部分，它由转子、定子和滑块组成。

转子固定在电机输出轴上，定子则被安装在电机的外部，并通过接触式LW ( Linear Way ) 磁轨来连接滑块。

直线步进电机的工作原理直线步进电机的工作原理与旋转步进电机类似，它基于磁力原理实现运动。

当控制器发送脉冲信号时，电机就会将电能转换成机械能，然后将该能量传递至滑块，从而实现直线运动。

具体来说，步进电机内部的定子上附有许多电磁铁，称为“相”。

这些相之间的电流可以控制电机转子的位置。

与旋转步进电机相比，直线步进电机的定子较长，其绕组则被安装成“U”形。

此时，电流通过U形绕组的其中一个镀金引脚，进入相后，再经过定子内部的铁芯，产生磁场，将转子吸引至其中一个绕组上。

当电流停止流过绕组时，转子就会停在相应的位置上。

电流随后流向另一个相，输入电磁铁制造出的是一个相反的磁场，因此电机就会在一个方向上运动。

直线步进电机的控制模式直线步进电机的控制模式分为两种：全步进模式和微步进模式。

全步进模式的控制方法比较简单，它是将每个相的电流区分为有电流和无电流的状态。

在接收到信号后，电机会根据相间的电流变化来控制滑块的移动。

因此，与旋转步进电机相比，直线步进电机的运动更为稳定。

步进电机基础

步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。

电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。

在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。

如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

目前应用最广泛的是两相和四相，四相电机一般用作两相，五相的成本较高。

拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.固有步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。

四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。

这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

定位转矩（DETENT TORQUE）：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的），DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

最大静转矩：也叫保持转矩（HOLDING TORQUE），电机在额定静态电作用下（通电），电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩，即定子锁住转子的力矩。

此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。

一种三维编织用直线步进电机的模型设计及电磁仿真

Ａｂｓｒｔｔａｃ：Ｔｈｓｐｐｅａｅａｄｎｅｉａｒｇｖｎａｖａｃｄｍｏｄｌｏｉｅｒｓｅｐｒｍｏｔｒｅｆｌａｔｐｅｎｏ，ｗｈｃｐｌｄｉＤｒｉｉｇｍａｈｎ，ａｄｉｃｎｆｒｌＷＴａｉｈａｐｅｎ３ｂａｄｎｃｉｅｎｔａｏｍａＦｅ１－ｉｌｃｉｓｏｎｌｄｎｇａｔａａｒｅ．ｃｕｓｆｉｈｎｅｂｏｍｉｃｕｉｃｖｅｙｍｃｒｉｒＢｅａｅｏｓｍｏｄｌｒｄｓｇｉｔｕａｅｉｎ，ｔｅｍｏｏｒｉａｙｔｓｅｂｅａｄｗｉｅｙａｌａｌ．Ｗｅａｓａｅｈｔｓｅｓｏａｓｍｌｎｄｌｐｐｃｂｅｉｌｏｍｋａｃ￣ｅｉｅｅｅｔｏａｅｉｉｕａｎｔａｉａｅｉｓｃｐｂｉｔ．ｏｈｔｌｃｒｍｇｔｓｍｌｄｏｏｖｌｔｔａａｌｖｎｃｄｉｙ
文献标识码：Ａｄｉ０３６／．ｓ．０ — ６３２１．．３ｏ：．９ｊｓｎ１２６７．０２００８１９ｉ０３
ＡｏｅｓｎｏｎａｔｐｅｏｏｐｉｄｉＤａｄｎａｈｎｎｅｔｏａｎｔｉｕａｉｎＭｄｌＤｅｉｆｇＬｉｅｒＳｅｐｒＭｔｒＡｐｌ３ＢｒｉｉｇＭｃｉｅａｄＥｌｃｒｍｇｅｉＳｍｌｔｅｎｃｏ
完整的底盘。
道式，这两种形式的底盘都是由轨道移动或驱动装置拉拽而使携纱器移动，即携纱器是被动的。因此底盘机构

直线步进电机在航空行业中的运用

简单、成本低的优点：缺点则是磁力数值小、不对称、力矩波动较大。后者混合式直线步进电机是在前
者基础上加入了永磁体，因而即使是在断电的情况下，永磁体还能够产生一定的力矩，可以继续直线运行一段距离。由于永磁体的存在，因而在单位体积上能够形成比磁阻式更大的推力，能够较为轻易完成微步控制，并且其控制距离对于参数的依赖性弱，一致性较好。为了提高直线运动的平稳性、减小推力带来的波动，在混合式电机中通常使用细分技术。直线步进电机的基本结构主要是由动子、定子以及线圈组成。动子主要组成是永久磁铁和电磁铁；定子则
线位置上的传感器后能够做到位置的精确定位以及具
有较强的断电力矩。然而，不是每样东西都是十全十
景。总之，直线步进电机在航空行业中有些很大的发
展潜力以及大力推广的前景。《：》
参考文献［宋立伟，１】崔淑梅，张千帆，程树康．错片结构微型直线步进
式步进电机完成精确的直线移动。在这里，要特别介
绍两种：（）刚开始的直线式步进电机是采用滚珠１螺母配合着丝杆来完成的。电机的转子在磁场的作用下开始转动，与转子一体的滚珠螺母也随着开始转动，丝杆很自然地被带动产生需要的直线运动。但是滚珠螺母对校验的要求高，丝杆通常其螺距比较大，这导致造的缺点主要有：制造困难、费用过于昂贵、机械分辨率低、生产周期长。所以这种方法在诸多领
是由等距离的齿槽叠片贴心构成的。通常用细分技术来
控制这种电机，能够实现高分辨率和精密定位。

直线步进电机有哪些优缺点

直线步进电机有哪些优缺点
什么是直线步进电机？
直线步进电机是一种特殊类型的步进电机，它能够将旋转运动转换为直线运动。

它不同于传统的旋转式步进电机，在机械结构上设计成了直线运动，能够提供高精度、高速度的直线运动。

直线步进电机通常由定线器、滑块、行程传感器、步进电机、和编码器组成。

这些组件的协调工作使它能够进行精确定位、调整和控制，具有很高的精度和可控性。

直线步进电机的优点
1.高精度：直线步进电机具有高精度定位的能力，可实现精确的直线运
动。

2.平滑运动：直线步进电机运动平滑、无噪声。

3.低噪声：由于直线步进电机的直线运动结构特点，它的震动和噪声都
很小。

4.可靠性高：直线步进电机的结构简单，没有梳齿精度问题，因此可靠
性较高。

5.能效比高：由于直线步进电机是通过磁场来实现直线运动的，相比于
传统直线驱动方式具有更高的能效比。

6.高速运动：直线步进电机具有快速的运动响应时间和较高的运动速度，
可用于许多需要快速、高精度运动的行业领域。

直线步进电机的缺点
1.适用范围有限：直线步进电机主要适用于需要精确定位的领域，对于
大范围、快速需要运动的领域，一般不适用。

2.驱动电路复杂：与旋转式步进电机相比，直线步进电机的驱动电路通
常更为复杂。

3.昂贵：由于其高精度和高性能的特性，直线步进电机的成本较高。

总结
直线步进电机具有高精度、平滑运动、低噪声、可靠性高、能效比高、高速运
动等优点。

尽管适用范围有限、驱动电路复杂和成本较高等缺点仍然存在，但是在需要高精度、高性能运动的领域，直线步进电机是一种非常优异的选择。

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件

步进电机的选择（一）步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。

一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。

电机的步距角应等于或小于此角度。

目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。

2、静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。

静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。

单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。

直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。

一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）3、电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：4、力矩与功率换算步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P= Ω·MΩ=2π·n/60P=2πnM/60其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米P=2πfM/400(半步工作）其中f为每秒脉冲数（简称PPS)（二）、步进电机应用中的注意点1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

3、由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。

汽车转向系统的直线步进电机控制

ＬｉｎｅａｒＳｔｅｐｐｉｎｇＭｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＣｈｅｅｋｓＭｏｔｏｒｓ（Ｈａｎｇｚｈｏｕ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１３，Ｃｈｉｎａ）
助力的过程是随转向角增大自动减轻转向盘的操纵力，由减速机构把电机的转矩作用到机械转向系转向轴的
一
１ＥＰＳ结构和功能原理
电动助力转向（ＥＰＳ）系统是直接依靠电机提供辅助扭矩的转向系统，其传动效率可达９０％以上，又有操纵
舒适性、稳定性和安全性等优越性能，成为动力转向技术的主流，适用于各种汽车，目前多用于轿车和轻型货车。环保型的纯电动汽车不以内燃发动机为动力，ＥＰＳ
客
第１期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ＆ＣｏＡＣＨＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹＡＮＤＲＥＳＥＡＲＣＨ
汽车转向系统的直线步进电机控制
陈天殷
（美国亚派克机电（杭州）有限公司，杭州３１００１３）
摘要：采用直线步进电机（ＬＳＭ）控制的汽车电动转向系统（ＥＰＳ）是３前－国际上的新技术之一。本文通过＂
ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｒａｍｅｗｏｒｋ．ＴｈｅｆｏｃｕｓｉｓｏｎｔｈｅＬＳＭｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｒｆＥＰＳ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｌｆｏｗ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｓｅｌｅｃ —

什么是直线型步进电机

什么是直线型步进电机直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。

近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。

直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。

直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。

直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。

直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。

直线电机驱动的电梯世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990 年4 月安装于日本东京都关岛区万世大楼，该电梯载重600kg，速度为105m/min，提升高。

直线导轨步进电机选型计算V5.0教程文件

丝杠水平运动选型计算表格机械结构参数：速度：Vl=10m/min滑动部分质量M=8kg丝杠长度L B=0.6m丝杠直径D B=0.04m丝杠导程P B=0.019m连轴器质量M C2kg连轴器直径D C0.05m摩擦系数μ=0.1移动距离L=0.3m机械效率η=0.9定位时间t=1s加减速时间比A=25%外力F A=0N移动方向与水平轴夹角a =0°1)速度曲线加速时间t0=t*A=0.25s2)电机转速N M =V l/P B=526.3157895rpm 3)负荷转矩计算=7.84N=0.02634185Nm 4)克服惯量的加速转矩计算（也称做：启动转矩）直线运动平台与负载惯量J L=7.31536E-05kgm 2滚珠丝杠惯量J B=0.001191295kgm 2连轴器惯量J C=0.000625kgm 2总负荷惯量J L =J L +J B +J C=0.001889448kgm 2启动转矩T S ==0.659063207Nm 5)必须转矩必须转矩T M =(T L +T S )*S =0.685405056Nm6)电机选择负载转矩T L =根据计算，初步确定电机型号，然后输入转子惯量，确认T M7)负荷与电机惯量比惯量比I1= 1.717680248 8)负荷与减速机惯量比当负荷与电机惯量比>5时，考虑采用减速装置，提高惯量匹配折算后的惯量比I2=0.107355015*其他常数*G=9.8m/s *pi= 3.1416*丝杠密度ρ=7900kg/m3 *******安全系数S=1电机惯量J M=0.0011kgm2减速机减速比i＝4。

直线步进电机的优点表现在哪些方面

直线步进电机的优点表现在哪些方面直线步进电机（Linear Stepper Motor）是一种特殊的步进电机，与传统旋转步进电机相比，它能够将旋转运动转化为直线运动，且具有更高的精度、运动速度快、静态和动态响应迅速等优点。

本文将探讨直线步进电机的优点表现在哪些方面。

1. 精度高直线步进电机可以实现微调精度高达0.1微米，且随着技术的不断提高，其精度还将不断提高。

这使得直线步进电机在需要高精度直线定位的工业自动化领域得到广泛应用。

例如，在高精度数控设备、半导体加工设备、光刻设备、电子测试和测量设备、精密仪器仪表等领域中，直线步进电机被广泛应用。

2. 运行速度快由于线性电机的运动不需要转换，速度更快。

直线步进电机利用高频脉冲信号引导运动，能够使机器在最短时间内完成定位、测量、加工和运输等工作。

3. 静态响应迅速直线步进电机的速度和定位稳定性并不取决于选用的传统设备，这意味着直线步进电机在高速、高精度运动的技术应用中具有较大的优势。

此外，直线步进电机相对较小的惯性负载可以快速传导到工作台或负载系统中，使系统能够在短时间内快速响应控制信号。

4. 响应稳定由于直线步进电机输出的动力不受惯性约束，因此可以实现更高的响应稳定性。

它具有较高的动态响应，可保持在不变的转速和加速度下平稳地移动。

另外，在行程范围内，直线步进电机具有良好的线性回归特性，稳定性大大超越了线性马达和液压系统，因此具有良好的稳定性和可控性。

5. 省水省电直线步进电机往往比其他机械装置省电，因为没有摩擦的损失，不需要恒速和停停启动的额外功率，在保持稳态和非运动状态时也不需要额外的电能。

在运行过程中，它不会产生噪音、振动、污染或磨损等问题，因此对环境影响也较小，应用更加广泛。

结论上述是直线步进电机在工业应用中的优异表现。

它具有精度高、运行速度快、静态响应迅速、响应稳定及省水省电等特点。

随着直线步进电机的继续发展，相信在未来将会更广泛地应用于物流、新材料加工、3D打印、生物医疗、工业制造等领域。