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步進(jìn)電機(jī)導(dǎo)軌簡(jiǎn)介:電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)


步進(jìn)電機(jī)

 

什么是步進(jìn)電機(jī)?

步進(jìn)電機(jī)(也稱為步進(jìn)或步進(jìn)電機(jī))是一種通過電脈沖轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)電設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)由數(shù)字脈沖驅(qū)動(dòng),而不是連續(xù)施加的電壓。與連續(xù)旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)不同,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以固定的角度增量旋轉(zhuǎn)或“步進(jìn)”。步進(jìn)電機(jī)最常用于位置控制。使用步進(jìn)電機(jī)/驅(qū)動(dòng)IC/控制IC系統(tǒng)設(shè)計(jì),假設(shè)步進(jìn)電機(jī)將遵循數(shù)字指令。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要方面是缺乏反饋來(lái)保持對(duì)位置的控制,這將導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)歸類為開環(huán)系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框圖
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框圖


步進(jìn)電機(jī)的物理特性

步進(jìn)電機(jī)的主要部件是軸、轉(zhuǎn)子和定子層壓板、磁鐵、軸承、銅線和引線、墊圈以及前蓋和端蓋。軸通常由不銹鋼金屬制成,而定子和轉(zhuǎn)子層壓由硅鋼組成。硅鋼允許更高的電阻率,從而降低磁芯損耗。步進(jìn)電機(jī)中可用的各種磁體允許多種結(jié)構(gòu)考慮。磁鐵可以是鐵氧體塑料、燒結(jié)鐵氧體和Nd-Fe-B粘結(jié)磁鐵。軸承隨電機(jī)尺寸而變化。外殼材料由鋁等各種其他金屬組成,具有高耐熱性。

 

步進(jìn)電機(jī)如何工作?

步進(jìn)電機(jī)的主要用途是控制運(yùn)動(dòng),無(wú)論是線性的還是旋轉(zhuǎn)的。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下,以正確的順序接收數(shù)字脈沖允許軸以離散的步長(zhǎng)增量旋轉(zhuǎn)。脈沖(也稱為時(shí)鐘或步進(jìn)信號(hào))可由微處理器、定時(shí)邏輯、撥動(dòng)開關(guān)或繼電器閉合產(chǎn)生。一連串?dāng)?shù)字脈沖轉(zhuǎn)化為軸旋轉(zhuǎn)。每轉(zhuǎn)一圈都需要給定數(shù)量的脈沖,每個(gè)脈沖等于一個(gè)旋轉(zhuǎn)增量或步進(jìn),這只是一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)的一部分。輸入脈沖和電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)之間存在許多關(guān)系。其中一個(gè)關(guān)系是施加的脈沖序列和旋轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系。當(dāng)適當(dāng)?shù)捻樞蛎}沖傳遞到設(shè)備時(shí),軸將順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。輸入脈沖和電機(jī)旋轉(zhuǎn)之間的另一個(gè)關(guān)系是頻率和速度之間的關(guān)系。增加輸入脈沖頻率可提高軸轉(zhuǎn)速。

 

步進(jìn)電機(jī)的基本類型

步進(jìn)電機(jī)因應(yīng)用而異,結(jié)構(gòu)和功能不同。三種最常見的步進(jìn)電機(jī)類型是可變磁阻、永磁和混合步進(jìn)電機(jī)。

 

可變磁阻 (VR) 步進(jìn)電機(jī)

VR步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是具有多個(gè)軟鐵轉(zhuǎn)子和一個(gè)纏繞定子。它們通常根據(jù)磁通量的基本原理工作,通過磁路找到最低的磁阻通路。在一般操作中,VR步進(jìn)電機(jī)具有相對(duì)較高的步進(jìn)率,為5至15度,并且沒有止動(dòng)扭矩。VR步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角與定子和轉(zhuǎn)子中包含的齒數(shù)有關(guān)。與這兩個(gè)變量相關(guān)的等式可以在本指南的公式部分找到。

 

VR步進(jìn)電機(jī)如何工作?

參考下圖,當(dāng)定子繞組用直流電流通電時(shí),磁極被磁化。當(dāng)磁極被磁化時(shí),轉(zhuǎn)子齒被通電的定子極吸引并旋轉(zhuǎn)以對(duì)齊。一旦定子相位A周圍的繞組通電,轉(zhuǎn)子齒就會(huì)被吸引到定子極上,從而使兩極對(duì)齊。當(dāng)相位A的繞組斷電并且相位B的通電時(shí),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以使其齒與定子的齒對(duì)齊。該過程按順序進(jìn)行,階段C,然后是階段D通電,促使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。


可變磁阻步進(jìn)電機(jī)
可變磁阻步進(jìn)電機(jī)

 

VR步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)要總結(jié):

  • 轉(zhuǎn)子具有多個(gè)帶繞組定子的軟鐵轉(zhuǎn)子
  • 最不復(fù)雜(因此也更便宜)的步進(jìn)電機(jī)
  • 大步距角
  • 在手動(dòng)旋轉(zhuǎn)斷電電機(jī)軸時(shí)未檢測(cè)到制動(dòng)扭矩

 

VR步進(jìn)電機(jī)

 

永磁(PM)步進(jìn)電機(jī)

永磁步進(jìn)電機(jī)由沒有齒的永磁轉(zhuǎn)子組成,這些轉(zhuǎn)子垂直于旋轉(zhuǎn)軸被磁化。通過按順序?yàn)樗南嗤?,轉(zhuǎn)子由于磁極的吸引力而旋轉(zhuǎn)。下圖所示的步進(jìn)電機(jī)將采用90度步進(jìn),因?yàn)槔@組按順時(shí)針順序通電:ABAB。PM步進(jìn)電機(jī)通常具有45或90度的步進(jìn)角,并且步進(jìn)速率相對(duì)較低。然而,它們具有高扭矩和良好的阻尼特性。阿納海姆自動(dòng)化提供多種PM步進(jìn)電機(jī)選擇,直徑范圍從15到57mm。


永磁步進(jìn)電機(jī)

 

PM步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)要總結(jié):

  • 轉(zhuǎn)子是永磁體
  • 大到中等步距角
  • 通常在計(jì)算機(jī)打印機(jī)中用作進(jìn)紙器

 

混合式步進(jìn)電機(jī)
混合式步進(jìn)電機(jī)


混合式步進(jìn)電機(jī)

混合式步進(jìn)電機(jī)融合了VR和PM步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的品質(zhì)。憑借其與VR電機(jī)的多齒轉(zhuǎn)子相似性以及軸周圍的軸向磁化同心磁鐵,混合步進(jìn)電機(jī)可增加制動(dòng),保持和動(dòng)態(tài)扭矩。與永磁步進(jìn)電機(jī)相比,它在步進(jìn)分辨率、扭矩和速度方面提供了性能增強(qiáng)。典型的混合式步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)角為0.9°、1.8°、3.6°和4.5°,其中1.8°是最常用的步進(jìn)角。它們非常適合具有穩(wěn)定負(fù)載且速度低于 1,000 rpm 的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)電機(jī)的最佳扭矩輸出時(shí),要考慮的關(guān)鍵因素是層壓次數(shù),齒的精度和鋒利度以及磁性材料的強(qiáng)度。

 

混合式步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)要總結(jié):

  • 與VR和PM步進(jìn)電機(jī)相比,步進(jìn)角更小
  • 轉(zhuǎn)子由具有細(xì)齒的永磁體制成
  • 增加制動(dòng)、保持和動(dòng)態(tài)扭矩
  • 1.8°是最常見的步進(jìn)角

注意:在阿納海姆自動(dòng)化,1.8度混合式步進(jìn)電機(jī)是庫(kù)存最廣泛的步進(jìn)電機(jī),尺寸從NEMA 08到42不等。混合式步進(jìn)電機(jī)也可以一次驅(qū)動(dòng)兩相以產(chǎn)生更大的扭矩,或者交替地驅(qū)動(dòng)一個(gè),然后是兩個(gè),然后是一個(gè)相位,以產(chǎn)生半步或0.9度的增量。

 

步進(jìn)減速電機(jī)

單個(gè)步進(jìn)減速電機(jī)之間的主要區(qū)別在于其性能特征。步進(jìn)減速電機(jī)的主要功能是將步進(jìn)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)換為具有高扭矩和低RPM的輸出。阿納海姆自動(dòng)化公司提供正齒輪步進(jìn)和行星減速電機(jī),提供各種齒輪比、堆疊長(zhǎng)度和扭矩輸出。

帶正齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)
帶正齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)

 

帶正齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)

與正齒輪箱集成的步進(jìn)電機(jī)隨手可得,緊湊而高效。阿納海姆自動(dòng)化的步進(jìn)減速電機(jī)的齒輪比范圍為3:1至150:1。帶正齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)廣泛用于需要增速或減速以及高輸出扭矩的應(yīng)用。在考慮正齒輪箱時(shí),重要的是要考慮孔徑和軸直徑以及齒輪中心,以滿足特定的應(yīng)用需求。

 

帶行星齒輪箱的步進(jìn)電機(jī)

與行星齒輪箱集成的步進(jìn)電機(jī)尺寸緊湊,效率高,并具有各種堆疊長(zhǎng)度。“行星”這個(gè)詞源于齒輪箱與太陽(yáng)系的相似性。該系統(tǒng)由三個(gè)主要部件組成:太陽(yáng)齒輪,環(huán)形齒輪和兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪。太陽(yáng)齒輪位于中心,環(huán)形齒輪是最外層的齒輪,行星齒輪圍繞著環(huán)形齒輪內(nèi)的太陽(yáng)齒輪。行星齒輪箱用于低背隙、緊湊尺寸、高效率、抗沖擊性、高扭矩重量比和改進(jìn)潤(rùn)滑的應(yīng)用中。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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創(chuàng)建時(shí)間:2022-09-15 15:12