1 基礎(chǔ)知識(shí)

步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)平面拋圖如下：

圖中每個(gè)箭頭間隔是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)步進(jìn)角，每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)角，不同的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)角是不一樣的。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，有計(jì)算公式：旋轉(zhuǎn)角=步進(jìn)角*脈沖數(shù)。

失步：轉(zhuǎn)矩過大或有高速脈沖，超過了電機(jī)允許范圍，則不僅電機(jī)無法按照一個(gè)脈沖一個(gè)步進(jìn)角進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

最大自啟動(dòng)頻率：靜止的空載步進(jìn)電機(jī)，在沒有失步的情況下能夠啟動(dòng)的最大輸入頻率。

最大連續(xù)響應(yīng)頻率：已啟動(dòng)的電機(jī)，在沒有失步的情況下能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)的最大輸入頻率。

步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)。

從結(jié)構(gòu)上分類：PM（Permanent Magnet，永磁）式，VR（Variable Reluctance，可變磁阻）式，HB（Hybrid，混合）式 PM。

2 變磁阻式步進(jìn)電機(jī)原理

變磁阻式步進(jìn)電機(jī)是最簡(jiǎn)單的一種步進(jìn)電機(jī)。

其內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)如下：

有六個(gè)定子齒部，三個(gè)分離的直流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分為轉(zhuǎn)子。

轉(zhuǎn)子采用鋼制薄片堆疊而成（為了防止渦流的產(chǎn)生）。轉(zhuǎn)子只有4個(gè)齒，成180°的兩個(gè)齒是一對(duì)，定子有4個(gè)齒部，成180°的兩個(gè)齒是一對(duì)，這樣子的設(shè)計(jì)能夠使每次只有一對(duì)轉(zhuǎn)子齒部對(duì)上定子的齒部。

以下看轉(zhuǎn)動(dòng)過程：

初始位置，A線圈進(jìn)行通電，線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)吸住轉(zhuǎn)子的一對(duì)齒部。

A線圈斷電，B線圈通電，則轉(zhuǎn)子水平軸的一對(duì)齒部將受B線圈的磁場(chǎng)吸引，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°。

同理，當(dāng)B線圈斷電后，C線圈通電，那么轉(zhuǎn)子又會(huì)重新繞順時(shí)針轉(zhuǎn)30°。

那么，下一次轉(zhuǎn)動(dòng)就是C線圈斷電，A線圈通電，轉(zhuǎn)子齒部重新與A線圈相合。重復(fù)四次后，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是因?yàn)檗D(zhuǎn)子由金屬做成，在線圈通電后，轉(zhuǎn)子會(huì)找到最小磁阻的位置，那就會(huì)有一對(duì)轉(zhuǎn)子齒部與線圈相吸合。

從上述的描述，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一步是30°，那么，說明此電機(jī)在此種驅(qū)動(dòng)模式下的步進(jìn)角是30°。該步進(jìn)電機(jī)通過改變控制方式，也可以將步進(jìn)角改為15°。

我們可以看到，初始位置A/B線圈通電時(shí)，轉(zhuǎn)子狀態(tài)如下：

若A線圈通電的同時(shí)，給B線圈通電，那么，轉(zhuǎn)子會(huì)處在A和B線圈通電時(shí)位置的中間位置。

那么此刻，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度就是15°，此時(shí)斷開A線圈的通電，保留B線圈通電，那么轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)去與B線圈吸合，再轉(zhuǎn)15°。

此時(shí)，C線圈通電，則轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)到B,C線圈中間，轉(zhuǎn)動(dòng)15°：

那么同理，B線圈斷電，保留C線圈，那么轉(zhuǎn)子就又與C線圈吸合，重新轉(zhuǎn)動(dòng)15°，之后一直通過這種單線圈-雙線圈的循環(huán)，可將步進(jìn)電機(jī)改為15°的步進(jìn)角進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，此種驅(qū)動(dòng)方式稱為半步進(jìn)。

3 混合式步進(jìn)電機(jī)

最常見和最常用的步進(jìn)電機(jī)是混合式步進(jìn)電機(jī)，以1.8°每步的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行介紹。

此電機(jī)的轉(zhuǎn)子由一個(gè)磁芯和兩個(gè)帽箍組成，具有南極和北極之分。

此種電機(jī)的步進(jìn)精度取決于轉(zhuǎn)子和定子之間的巧妙分布。1.8°的電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)有50個(gè)，這是確定的，那么如何理解定子的齒數(shù)和分布，先假設(shè)定子也有50個(gè)齒。

事實(shí)上，定子齒數(shù)是要比轉(zhuǎn)子齒數(shù)少的，這里實(shí)際有48個(gè)。

將這48個(gè)齒數(shù)分成4組，分別為綠，黃，藍(lán)，紅。

綠色組齒部移動(dòng)到與轉(zhuǎn)子齒部半對(duì)齊的位置，黃色組的齒部移動(dòng)到完全與轉(zhuǎn)子齒部完全錯(cuò)位，藍(lán)色組齒部移動(dòng)到與轉(zhuǎn)子齒部半對(duì)齊的位置，紅色組齒部原位不動(dòng)。簡(jiǎn)單的說，就是一組完全對(duì)齊，一組完全錯(cuò)位，兩組半對(duì)齊。

以下是在電機(jī)上的剖面圖，轉(zhuǎn)子正對(duì)你的那一面為南極，綠色是A線圈組，稱為A相，黃色為B線圈組，稱為B相，兩個(gè)線圈組是相對(duì)獨(dú)立的線圈組。

A相線圈通電時(shí)，上下兩個(gè)線圈在定子上形成N極，吸住轉(zhuǎn)子，此時(shí)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，若此時(shí)A相斷電，B相上電，那么，轉(zhuǎn)子將運(yùn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為1/4個(gè)齒，1個(gè)齒角度為360°/100=3.6°，則轉(zhuǎn)動(dòng)腳為1.8°。下一次到A相線圈通電時(shí)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)角1.8°，如此循環(huán)，步進(jìn)電機(jī)受控轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，北極的轉(zhuǎn)子齒部排列與南極的剛好錯(cuò)開，這樣就能保證兩邊都受控。