永磁式步进电机的主要特性简析

步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

1 步进电机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。

步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。

当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。

因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。

每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。

根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。

步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。

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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。

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，电动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。

由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。

2国外的研究概况步进电机是国外发明的。

中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。

一文搞懂步进电机特性原理及驱动器设计1、步进电机的概念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电机，又称为脉冲电机。

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。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。

步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率，来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。

2、步进电机的特点步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。

相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。

步进电机的优点和缺点都非常的突出，优点集中于控制简单、精度高，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。

步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。

优缺点如下所示。

优点：1. 电机操作易于通过脉冲信号输入到电机进行控制；2. 不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息（开环控制）；3. 由于没有接触电刷而实现了更大的可靠性。

缺点：1. 需要脉冲信号输出电路；2. 当控制不适当的时候，可能会出现同步丢失；3. 由于在旋转轴停止后仍然存在电流而产生热量。

3、步进电机的分类在相同电流且相同转矩输出的条件下，单极型步进电机比双极型步进电机多一倍的线圈，成本更高，控制电路的结构也不一样，目前市场上流行的大多是双极型步进电机。

步进电机在构造上通常主要按照转子特点和定子绕组进行分类，下面将详细介绍这两种类型的分类。

按照转子分类，有三种主要类型：反应式（VR型）、永磁式（PM型）、混合式（HB型）。

步进电机的基本特性:静态、动态、暂态转矩特性步进电机的基本特性包括电机静态特性、连续运动特性（动态特性）、电机启动特性和电机制动特性（暂态特性）。

下面分别作介绍：静态转矩特性步进电机的线圈通直流电时，带负载转子的电磁转矩（与负载转矩平衡而产生的恢复电磁转矩称为静态转矩或静止转矩）与转子功率角的关系称为角度-静止转矩特性，这就是电机的静态特性。

如下图所示：因为转子为永磁体，产生的气隙磁密为正弦分布，所以理论上静止转矩曲线为正弦波。

此角度-静止转矩特性为步进电机产生电磁转矩能力的重要指标，最大转矩越大越好，转矩波形越接近正弦越好。

实际上磁极下存在齿槽转矩，使合成转矩发生畸变，如两相电机的齿槽转矩为静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，则上图所示的转矩为：TL=TMsin[(θL/θM)π/2]其中TL与TM各表示负载转矩和最大静止转矩（或称把持转矩），相对应的功率角为θL和θM，此位移角的变化决定了步进电机位置精度。

根据上式得到：θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)PM型永磁步进电机和HB混合式步进电机的步距角θs在前面的课程中讲过即：θs=180°/PNr，角度改为机械角度（弧度），则变成下式：θs=π/(2Nr)上式Nr为转子齿数或极对数，所以两相电机θM=θs。

负载转矩为电磁转矩的负载（如弹簧力或重物的提升力等），电机如要正反向运动，会产生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小，因此，依据式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角θs小的步进电机，即高分辨率电机。

根据式θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。

另外，高分辨率的步进电机的转子结构大致分为PM型、R型、HB型三种，其中HB型分辨率最好。

由于PM型定子磁极为爪级结构的关系，定子磁极数的增加受到机械加工的限制。

HB型转子表面无齿，N极与S极在转子表面交替磁化，因此极数即为极对数Nr，同样的，转子磁极Nr的增加也受到充磁机械的限制。

永磁同步电机详细讲解永磁同步电机是一种广泛应用于工业和家用电器的电机类型。

它具有高效率、高功率密度和高控制性能等优点，因此被广泛应用于各个领域。

本文将详细介绍永磁同步电机的工作原理、特点以及应用。

一、工作原理永磁同步电机是一种通过电磁感应原理进行能量转换的电机。

它由定子和转子两部分组成。

定子上有三个相位的绕组，通过交流电源供电，产生旋转磁场。

转子上带有永磁体，它在旋转磁场的作用下，受到电磁力的作用而旋转。

通过控制定子绕组的电流，可以实现对电机的转速和转矩的精确控制。

二、特点1. 高效率：永磁同步电机由于没有励磁损耗，能够更有效地将电能转化为机械能。

相比于传统的感应电机，其效率更高。

2. 高功率密度：永磁同步电机相比其他电机类型，具有更高的功率密度，可以在相同空间内提供更大的功率输出。

3. 高控制性能：永磁同步电机具有良好的转速和转矩控制性能，可以实现快速、准确的响应，适用于对动态性能要求较高的应用场景。

三、应用永磁同步电机在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 工业领域：永磁同步电机广泛应用于机床、风力发电、压缩机、泵等设备中，以提供高效、稳定的动力输出。

2. 交通运输：永磁同步电机在电动汽车、混合动力汽车以及电动自行车等交通工具中得到了广泛应用。

其高效率和高控制性能使得电动交通工具具有更好的续航里程和更好的动力性能。

3. 家电领域：永磁同步电机在家用电器中的应用也越来越广泛。

例如，空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中常常采用永磁同步电机作为驱动器，以提供更高的效率和更好的性能。

永磁同步电机作为一种高效率、高功率密度和高控制性能的电机类型，具有广泛的应用前景。

随着科技的不断进步和发展，永磁同步电机将在各个领域继续发挥重要的作用，并为人们的生活带来更多便利和舒适。

步进电动机的种类以及各自的的特点步进电动机的种类：通常按励磁方式分为三大类：（1）反应式（VR)：转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距小。

应用最广。

（2）永磁式（PM）：转子为永磁材料，转子的极数＝每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。

（3）混合式（ＨB）：转子为永磁式、两段，开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。

但结构复杂，成本较高。

常用的步进电机以混合式步进电机为主，下面介绍的选型以混合式步进电机来说明图1是两相四线引出，两个绕组单独引出线；图2是两相六线引出，每个绕组多了一个中心抽头引出；图3是两相五相引出，其中两个绕的抽头连接在一起引了；图4是四相八线引出，四个绕组单独引出线。

（注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。

步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和绕组数的区别）其中以两相四线、两相五线、两相六线的最为常见。

它们的区别在于选择驱动方式：两相四线的步进电机需要选择双极性驱动。

两相五线的步进电机需要选择单极性驱动。

两相六线的步进电机可以选择双极性驱动或者单极性驱动。

（按照电流流过绕组的方向是单向还是双向来区分驱动是单极性还是双极性）由此可以看出，以两相六线的步进电机应用最为灵活，既可以选择是单极性驱动，又可以选择双极性驱动。

由于单极性驱动方式电源利用率不大，现在应用中主要以双极性驱动方式为主，其中以恒流斩波方式的驱动最为广泛。

由于恒流斩波方式的驱动器是控制电机的相电流，所以选择步进电机时考虑好电机的工作速度和对应的力矩，然后根据步进电机的额定电流来选择驱动器。

电机标称的绕组电压与电机的驱动电压没有直接关系。

驱动电压的高低与电机工作速度、输出力矩有关系。

像信浓的步进电机，42、57（42、57指的步进电机外径，单位毫米）系列测试电机转速与力矩关系基本都是用24 VDC的驱动电压，实际应用中可以用5Ｖ～36Ｖ，甚至更高的驱动电压。

提高驱动电压，可以相应提高电机高速时的输出力矩，反之亦然。

永磁步进电机的工作原理1 永磁步进电机简介永磁步进电机是一种常用的精密控制电机，它具有结构简单、性能稳定、高精度等特点，广泛应用于纺织、印刷、广告、医疗器械、精密仪器等领域。

永磁步进电机的核心部件是转子，它的周围是固定的定子。

通过轮廓的设计，可以实现精确的转动，从而控制输出的功率。

工作原理基于电磁学理论，是一种以电磁磁感应为基础的电动机。

2 永磁步进电机的工作原理永磁步进电机的转子由许多小磁铁组成，这些小磁铁呈现出四个及以上的磁极，另一端是一个轮廓为弧形或齿形的软铁部件。

定子由若干线圈组成，构成四个或多个磁极，并沿轴向分布。

在驱动电路的施加下，磁极间的磁场分布随着定子电圈内电流的变化而变化，因此定子磁场会引起转子磁场，使其对中心吸引，从而进行精准控制。

在最简单的永磁步进电机中，转子有四个磁极，定子有两个磁极，其基本工作原理如下：- 步进电机驱动电路向定子线圈通入电流，产生磁场；- 此后，线圈电流变化，使得定子磁场均匀变化，产生一种转矩；- 这种转矩使得轴承在一个准确的位置上停留，因而产生步进效应；- 循环执行1到3，使转子转动。

3 永磁步进电机的工作模式永磁步进电机分为全步模式和微步模式，通常使用后者实现更精确的控制。

- 全步模式：基本上是将当前步骤的定位控制器设置为位置0。

然后应用界面让执行器移动到某个位置。

随着电机带动的转子转动，定位控制器检测到达什么位置时使电机逐渐停下来。

这种模式适用于低精密度应用。

- 微步模式：这种模式使用驱动器提供的电流控制技术，控制磁场。

驱动器加入磁场可能导致转子旋转到很微小的角度，例如1/1000度。

即使微小的电流改变也可以在电机内产生力矩，并精确的控制旋转角度。

4 永磁步进电机的应用永磁步进电机是一种非常有用的电机类型，由于其控制精度和可控性强，被广泛应用于各种精密运动控制领域。

以下是一些应用实例：- 打印机：打印机中的短程传动需要进行高精度的定位，必须使用永磁步进电机来控制移动位置精度。

反应式永磁式混合式步进电机优缺点对比
步进电机按照结构分类可以分为反应式步进电机、永磁式步进电机以及混合式步进电机，那么这三类电机有什么优缺点呢？汉德保小编就为大家解答一下。

反应式步进电机：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。

结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证
永磁式步进电机：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。

其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。

混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。

其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

对比一下这三种结构分类的步进电机优缺点
反应式步进电机
优点：结构简单、成本低、步距角小，可达1.2⁰，
缺点：动态性能差、效率低、发热大、可靠性难保证。

永磁式步进电机
优点：动态性能好、输出力距大
缺点：精度差、步矩角大，一般为7.5⁰或15⁰
混合式步进电机
优点：输出力矩大、动态性能好、步矩角小，一般达到1.8⁰，配上半步驱动器，减小为0.9⁰，配上细分驱动器后，可细分到256倍。

缺点：结构复杂、成本相对较高
另外混合式步进电机也叫感应式步进电机，叫法因人而异，下次汉德保为大家讲解一下步进电机按照绕组的分法可以叫做哪几种。

永磁同步电机和步进电机永磁同步电机和步进电机是现代电机控制领域中常见的两种类型。

它们在不同的应用领域中具有不同的特点和优势。

本文将分别介绍永磁同步电机和步进电机的工作原理、特点和应用。

一、永磁同步电机永磁同步电机是一种利用永磁体产生的磁场与电机中的旋转磁场之间的作用力来实现电机运动的电机。

它通常由永磁转子和三相绕组组成。

永磁同步电机具有高效率、高功率因数和高功率密度的特点。

由于永磁体的磁场不需要外部能量来维持，因此永磁同步电机在能源利用效率方面具有明显的优势。

永磁同步电机的工作原理是通过交流电源提供的电流在定子绕组中产生旋转磁场，而永磁体则产生一个固定的磁场。

当定子绕组的磁场与永磁体的磁场达到同步时，永磁同步电机将开始转动。

永磁同步电机的转速可以通过调整交流电源的频率来控制。

永磁同步电机具有快速响应的特点，适用于高速运动和精密控制。

它广泛应用于工业生产线、机床设备、风力发电等领域。

二、步进电机步进电机是一种将电信号转化为机械运动的电机。

它根据输入的脉冲信号来控制转子旋转的步数和方向。

步进电机通常由转子、定子和驱动电路组成。

它具有结构简单、控制方便和定位精度高的特点。

步进电机的工作原理是通过交替激励转子的不同绕组，使转子按照一定的步数和方向旋转。

步进电机的转速可以通过控制脉冲信号的频率来调节。

当输入的脉冲信号停止时，步进电机将保持当前位置不动。

步进电机具有良好的低速运动性能和高精度定位能力，适用于需要精确控制位置和速度的应用。

它广泛应用于打印机、数控机床、纺织机械等领域。

比较与应用永磁同步电机和步进电机在工作原理、特点和应用方面存在一些区别。

在工作原理上，永磁同步电机利用永磁体产生的磁场与电机中的旋转磁场之间的作用力来实现电机运动，而步进电机则通过控制输入的脉冲信号来控制转子的步数和方向。

在特点上，永磁同步电机具有高效率、高功率因数和高功率密度的特点，适用于高速运动和精密控制；而步进电机具有结构简单、控制方便和定位精度高的特点，适用于需要精确控制位置和速度的应用。