步进电机是一种能够与脉冲信号同步精确控制旋转角度和速度的电机。步进电机也称为“脉冲电机”。由于步进电机无需使用位置传感器即可通过开环控制实现精确定位,因此被广泛应用于需要定位的设备中。
步进电机结构(两相双极)
下图从左到右分别是步进电机的外观实例、内部结构图和结构概念图。
外观示例中给出了HB(混合)型和PM(永磁)型步进电机的外观。中间的结构图也显示了HB型和PM型的结构。
步进电机是一种线圈固定、永磁体旋转的结构。右侧的步进电机内部结构概念图是使用两相(两组)线圈的永磁电机的示例。在步进电机的基本结构示例中,线圈布置在外侧,永磁体布置在内侧。除两相线圈外,还有相数较多的三相、五相类型。
有些步进电机还有其他不同的结构,但为了方便介绍其工作原理,本文给出了步进电机的基本结构。通过这篇文章,我希望了解步进电机基本上采用线圈固定、永磁体旋转的结构。
步进电机基本工作原理(单相励磁)
下图用于介绍步进电机的基本工作原理。下面是对上述两相双极线圈的每相(一组线圈)进行励磁的示例。该图的前提是状态从变为。线圈分别由线圈1和线圈2组成。另外,电流箭头表示电流流动的方向。
让电流从线圈1的左侧流入,从线圈1的右侧流出。
请勿让电流流过线圈2。
此时,左线圈1的内侧变为N,右线圈1的内侧变为S。
因此,中间的永磁体被线圈1的磁场吸引,变为左S、右N的状态并停止。
停止线圈1 中的电流,让电流从线圈2 的上侧流入,从线圈2 的下侧流出。
上线圈2的内侧为N,下线圈2的内侧为S。
永磁体被磁场吸引,顺时针旋转90停止。
停止线圈2 中的电流,让电流从线圈1 的右侧流入,从线圈1 的左侧流出。
左线圈1的内侧为S,右线圈1的内侧为N。
永磁体被磁场吸引,顺时针旋转90停止。
停止线圈1 中的电流,让电流从线圈2 的下侧流入,从线圈2 的上侧流出。
上线圈2的内侧为S,下线圈2的内侧为N。
永磁体被磁场吸引,顺时针旋转90停止。
通过电子电路按上述的顺序切换流过线圈的电流,即可使步进电机旋转。在此示例中,每次开关动作都会导致步进电机旋转90。另外,当电流连续流过某个线圈时,可以保持停止状态,步进电机具有保持扭矩。顺便说一句,如果颠倒流过线圈的电流顺序,就可以使步进电机沿相反方向旋转。