步進(jìn)電機(jī)的分類

??步進(jìn)電機(jī)的分類方法非常多，按照不同的分類方法，步進(jìn)電機(jī)可以被分為以下幾種：

按力矩產(chǎn)生的原理分類

磁阻式：又稱為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。轉(zhuǎn)子采用軟磁材料，一般式硅鋼片，本身沒有磁性，但極易被磁化。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)角?。蛇_(dá)1.2°），但效率低，發(fā)熱量大，可靠性難以保障，很早之前就被市場淘汰了。

永磁式：又稱為PM步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子使用永磁性材料，通過改變定子線圈的磁極來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。內(nèi)部的圓柱形轉(zhuǎn)子外表均勻分布著N極和S極。一般都為兩相，扭矩和體積都比較小。步進(jìn)角θ 一般為3.75°、7.5°、15°、18°，特點(diǎn)是步進(jìn)角一般較大，力矩較小，精度比較低，發(fā)熱小，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，一般用在一些較為低端的產(chǎn)品中。近年來設(shè)備小型化，微型永磁式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍也有了進(jìn)一步的擴(kuò)展，例如帶可升降型的攝像頭的手機(jī)。

混合式：定子由兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯（一般是硅鋼片）和一個(gè)磁鋼（永磁體）組成，兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯極性相反。它的特點(diǎn)是產(chǎn)生的力矩相較于永磁式步進(jìn)電機(jī)更大，發(fā)熱較小，效率高，轉(zhuǎn)速相對(duì)較大，噪音低，步進(jìn)角小等。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為1.8°，三相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為1.2°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角可以達(dá)到0.72°。它的相應(yīng)速度快，適用于頻繁啟停的場合。

按相數(shù)分類：可以分為單相、雙相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。相數(shù)，指電機(jī)內(nèi)部的閉合線圈組數(shù)。

按輸出力矩的大小分類

伺服式：輸出力矩在小于1N·m的范圍內(nèi)，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配合使用才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床、工作臺(tái)等較大的負(fù)載

功率式：輸出力矩在5~50N·m之間，甚至更高，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載

按定子數(shù)分類

單定子式

雙定子式

三定子式

多定子式

按各相繞組分布分類

徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列

軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列

單極性步進(jìn)電機(jī)（5線4相）

單相整步驅(qū)動(dòng)：“單相”指每一拍只有一相導(dǎo)電，“整步”指每一拍走過的角度是相鄰兩相之間的一整步。如下圖所示，四個(gè)相的導(dǎo)電順序?yàn)椋?span id="5tt3ttt3t" class="color-blue-02">A → B → C → D → A → 依次循環(huán)，步距角θ = 90 °（即4相4拍）

雙相整步驅(qū)動(dòng)：“雙相”指每一拍有兩相同時(shí)導(dǎo)通，且在數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，兩相線圈通電產(chǎn)生的磁場大小相等。四拍的導(dǎo)電順序?yàn)?span id="5tt3ttt3t" class="color-blue-02">A B → B C → C D → D A ?→ ，與單相整步驅(qū)動(dòng)相比，雙相整步驅(qū)動(dòng)擁有更大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩（是單相整步驅(qū)動(dòng)力矩的根號(hào)2倍）。（也是4相4拍）

半步驅(qū)動(dòng)：半步驅(qū)動(dòng)方式實(shí)際上是單相整步驅(qū)動(dòng)和雙相整步驅(qū)動(dòng)的結(jié)合。相較于前兩者，半步驅(qū)動(dòng)有更小的步距角（45°），八拍的導(dǎo)電順序?yàn)椋篈 → A B → B → B C → C → C D → D → D A → A →?，其缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩不穩(wěn)定，有可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)本身的震動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力不穩(wěn)定等問題。（即4相8拍）

雙極性步進(jìn)電機(jī)（4線2相）

雙極性步進(jìn)電機(jī)中的線圈中的電流方向是雙相的，通過配置A + 和A ??，B + 和B ? 的高低電平來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。其原理與單極性步進(jìn)電機(jī)類似，優(yōu)點(diǎn)是相較于前者可以具有更大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩（可以通過配置一個(gè)線圈上的兩端電壓分別為+5V和-5V來使線圈上的電流增大），缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路和程序較為復(fù)雜。由于原理與單極性步進(jìn)電機(jī)類似，以下不做過多贅述。

單相整步驅(qū)動(dòng)

雙相整步驅(qū)動(dòng)

半步驅(qū)動(dòng)

細(xì)分器驅(qū)動(dòng)原理

??如果驅(qū)動(dòng)電路可以改變每一相通電時(shí)的電流大小，就可以控制每一相產(chǎn)生的磁場大小。這樣不僅能解決半步驅(qū)動(dòng)時(shí)力矩忽大忽小的問題，還能使步距角進(jìn)一步減小以達(dá)到更高的精度控制。

步進(jìn)電機(jī)工作參數(shù)

1.1?靜態(tài)參數(shù)

相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極 N、S 磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)（雙極性），也可以理解為步進(jìn)電機(jī)中線圈的組數(shù)。一般而言，兩相步進(jìn)電機(jī)步距角為 1.8°，三相的步進(jìn)電機(jī)步距角為 1.5°，相數(shù)越多的步進(jìn)電機(jī)，其步距角就越小。

拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用 n nn 表示；或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。以四相電機(jī)為例，四相四拍運(yùn)行方式即 A B → B C → C D → D A → ，四相八拍運(yùn)行方式即 A → A B → B → B C → C → C D → D → D A → ?.

步距角：一個(gè)脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，可以簡單理解為一個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)的角度，電機(jī)上都有標(biāo)注，一般 42 步進(jìn)電機(jī)的步距角為 1.8°

定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成）。

靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電壓作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。

1.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)

步距角精度：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角度的理論值與實(shí)際值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。

失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。也可以叫做丟步，一般都是因負(fù)載太大或者是頻率過快。

失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

最大空載起動(dòng)頻率：在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

運(yùn)行轉(zhuǎn)矩特性：電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。

步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)

1、步進(jìn)電機(jī)的精度大概為步距角的 3~5%，且不會(huì)積累。

2、步進(jìn)電機(jī)的外表允許的最高溫度較高。

步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱的主要原因是銅損和鐵損，銅損指銅導(dǎo)線的導(dǎo)電發(fā)熱效應(yīng)，鐵損指作為鐵芯的硅鋼片在磁場中產(chǎn)生渦流效應(yīng)而被加熱。一般步進(jìn)電機(jī)會(huì)因外表溫度過高而產(chǎn)生磁性減小，從而導(dǎo)致力矩減小。一般來說磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80-90 度是完全正常的（28BYJ-48不會(huì)達(dá)到很高的工作溫度）。

3、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快力矩越小。

4、低速時(shí)步進(jìn)電機(jī)可以正常啟動(dòng)，高速時(shí)不會(huì)啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。

5、步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率是固定的，如果高于這個(gè)頻率電機(jī)不能被啟動(dòng)，并且會(huì)丟步或堵轉(zhuǎn)。

文章參考1：CSDN博主「Include everything」的http://t.csdn.cn/gtLzS

文章參考2：CSDN博主「霄耀在努力」的http://t.csdn.cn/QeYpR