(完整word版)步进电机控制工作原理

步进电机控制工作原理

步进电机的名称

步进电机(stepping motor),步进电机(step motor)，或者是脉冲电机(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有着各式各样的称呼方式，这些用日本话来表示的时候，就成为阶动电动机，还有，阶动就是一步一步阶段动作的意思，这各用另外一种语言来表示时，就是成为步进驱动的意思，总之，就是输入一个脉冲就会有一定的转角，分配转轴变位的电动机。

步进电机简介：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

步进电机按旋转结构分两大类：1是圆型旋转电机如下图A 2直线型电机，结构就象一个圆型旋转电机被展开一样，如下图B

一，步进电机的种类

现在，在市场上所出现的步进电机有很多种类，依照性能及使用目的等有各自不同的区分使用。

举个例子，各自不同的区分使用有精密位置决定控制的混合型，或者是低价格想用简易控制系构成的PM型，由于电机的磁气构造分类，因此就性能上来说就会有影响，其它的有依步进电机的外观形状来分类，也有由驱动相数来分类，和驱动回路分类等。

以步进电机的转子的材料可以分为三大类。

〈1〉PM型步进电机:永久磁铁型(permanent magnet type)

〈2〉VR型步进电机:可变磁阻型(variable erluctance type)

〈3〉HB型混合型步进电机，复合型(hybrid type)

1，PM型

PM型步进电机的原理构造如图1所示，转子是永久磁铁所构成，更进一步的往这个周围配置了复数个的固定子。

在图2.2.1上，转子磁铁为N、S一对，而它的固定子线圈由4个构成，这些因为和步进角有直接关系，所以如需要较微细的步进角时，转子磁铁的极数和发生驱动力的固定子线圈的数不能不对应的增加，还有在图1的构造步进角为90°。

图1 PM型步进电机的原理图(2相单极)

而且，PM型的特征是因为在转子是永久磁铁构成的，所以就算在无激磁(固定子的任何线圈不通电时)也需在一定程度上保持了转矩的发生，因而，依照利用这种的性质效果，可以构成省能积形的系统。

这种的步进电机，它的步进角种类很多，钐钴系磁铁的转子是用在45°或者90°上，而且这些也可以用氟莱铁(ferrite)磁铁作为多极的充磁，有3.75°、11.25°、15°、18°、22.5°等丰富的种类，但是从这些数字上看7.5°(转48步进)是最为普及化的。

2， VR型

VR型步进电机的构造，如图2所示，转子是利用转子的突极吸引所发生的转力，因而VR型在

无激磁的时候，并不发生保持转矩。

图2 VR型步进电机的原理图(2相单极)

主要的用途适用在比较大的转矩上的工作机械，或者特殊使用的小型起动机的上卷机械上。其它也有用在出力为1W以下的超小型电机上，总之，VR型的数量是非常少的，在步进电机的全部生产量上只有数%程度而已。

还有，步进角的种类有15°、7.5°、也有1.8°，但是在数量上以1.5°步进为最普及化。

3 ，HB混合型

混合型步进电机，是由固定子磁(齿)极以及和它对向的转子磁极所构成的，更近一步的它的转子有这多数的齿车状，在这些上是由转轴和在同方向被磁化的永久磁铁所组合而成，还有在构造上比前面的PM型以及VR型更复杂，基本上是可以考虑由VR型和PM型一体化的构造。

hybrid type型有混合型的意思存在，这个刚好是VR型和PM型两者组合的情况，所以就有如此的称呼。

一般上混合型，因具有高精度、高转矩、微小步进角和数个优异的特征，所以刚开始在OA关系，其它的分类上也大幅的被使用，特别是在生产量上大半是使用在盘片记忆关系的磁头转送上。还有，在步进角上有0.9°、1.8°，其它的3.6°也有，比起其它的电机而言，具有极细的步进角。

图3为混合型步进电机的构造图，在此，在固定子上侧有8个激磁线圈部，更近一步的在磁极的先端上有复数的小齿(齿车状突极) ，这些是对于转子侧的齿车状磁极，还有步进电机的驱动机械装置。

图3混合型步进电机的构造图(2相单极)

二，步进电机的驱动原理

关于步进电机的驱动机械装置，用简单的构造图简易说明，在图4

是为了要说明步进电机驱动原理的构造图，在固定架构上有4个电磁铁并列这，它的下方有一个可动磁铁对向这，而且，在磁铁的下侧上装置了引导滚轮作直线状的引导轴，沿这左、右移动的构造。

图4 直线型步进电机驱动原理

如此，在此对步进电动机的动作顺道追加说明，现在，电磁铁L1和可动磁铁Mg之间相互作用产生的磁气吸引力，因而在这里场合，(a)部的位置滑动部产生静止作用，其次是电磁铁L2激磁时，刚才的电磁铁L1 OFF，由于如此可动磁铁就被吸引附在电磁铁L2的位置上，就成为在(b)的位置上，更进一步的在电磁铁L3受激磁时，刚才的电磁铁L2 OFF，由于如此可动磁铁就移动至电磁铁L3的位置为止，就成为在(c)的位置上。

以下，依照这各动作而反复的操作，可动磁铁就会向箭头方向移动，因而，依照像这种动作顺次的操作下，可以实现出一种致动器(在此为直线运动)，还有，在此所使用的电磁铁L1~L4，在任何可动磁铁(Mg)侧上，都以产生N极的电流流通。

而且，在此所说的构造图并不是只能有4个电磁铁而已，在必要上也可增加它的对应数。

图4的电机为直线型运动，总之就是属于线性步进电机，因而，就如这样并不能成为转型的情况，如此，为了要成为转型就必须下些功夫，图5为了要使刚才线性型的构造成为旋转型的总