下载文档原格式
步进电机发展史引言步进电机是一种将电脉冲转化为机械运动的电机，具有精确定位、结构简单、体积小等特点，在自动化控制领域得到广泛应用。
本文将从步进电机的起源、发展、应用等方面进行介绍。
一、步进电机的起源步进电机的起源可追溯到19世纪末的欧洲。
当时，科学家们开始研究如何利用电力驱动机械运动。
1882年，法国科学家Paul-Gustave Froment发明了第一台电磁式步进电机，它利用电磁铁产生的磁力来推动转子旋转。
此后，步进电机的概念逐渐被人们认可，并在不同领域得到了应用。
二、步进电机的发展1. 电磁式步进电机电磁式步进电机是最早应用的一种步进电机，它利用电流通过线圈产生的磁场来推动转子运动。
20世纪初，电磁式步进电机得到了进一步的发展和改进，例如增加线圈数目、改善磁路结构等，使其性能和精度有了显著提升。
2. 磁滞式步进电机磁滞式步进电机是20世纪40年代出现的一种新型步进电机。
它采用了磁化和磁滞现象来推动转子运动，具有响应速度快、力矩大、噪音低等优点。
磁滞式步进电机的出现使步进电机在工业自动化领域得到了更广泛的应用。
3. 混合式步进电机混合式步进电机是20世纪60年代出现的一种新型步进电机。
它结合了电磁式步进电机和磁滞式步进电机的优点，具有高精度、高扭矩和低噪音等特点。
混合式步进电机的出现推动了步进电机在精密仪器、医疗设备、数控机床等领域的广泛应用。
4. 直线步进电机直线步进电机是21世纪初出现的一种新型步进电机。
与传统的旋转步进电机不同，直线步进电机的转子是直线运动的，可用于实现直线定位和运动控制。
直线步进电机具有高精度、高速度和高加速度等优点，广泛应用于机器人、印刷设备、光刻机等领域。
三、步进电机的应用步进电机的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 机床行业：步进电机广泛应用于数控机床、激光切割机、雕刻机等设备，用于实现精密定位和运动控制。
2. 自动化设备：步进电机被广泛应用于自动包装机、输送机、机械手臂等设备，用于实现物料输送和自动化操作。
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机，广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论，通过深度和广度兼具的分析，帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中，磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成，它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合，综合了两者的优点，具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单，适用于一般的定位应用；双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板，可以大大提高定位精度和抗负载能力，适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说，通过电流控制，电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥，从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的，不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性，通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论，相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中，我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例，以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备，必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解：在我看来，步进电机作为一种精密定位设备，在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
步进电机应用及特点
步进电机是一种精密电动机，具有许多特点。
本文将围绕步进电机的
应用和特点展开讨论。
一、步进电机的应用
步进电机因其精度高、定位准确、摆动小、可靠性好等特点，在工控、机器人、医疗设备等行业得到广泛应用。
现阐述其具体应用如下：
1. 工业自动化：步进电机可以与传感器、电子尺等联动，实现产品自
动输送、定位、排序等功能。
2. 3D打印：步进电机可以控制打印头运动，实现多维度打印。
3. 摄影设备：步进电机可用于导轨和云台的控制，实现时间轴延时摄
影等功能。
4. 医疗设备：步进电机具有精准定位的特点，在医疗设备中可用于手
术机器人、影像设备等。
5. 家电行业：步进电机被广泛应用于各类家电产品中，如汲水泵、洗
衣机等。
二、步进电机的特点
步进电机由于其特殊的建构，具有许多特点。
现详细介绍其特点如下：
1. 精度高：步进电机的转动可达到微米级精度，定位准确。
2. 控制方式多样：步进电机的控制方式主要有全步、半步、微步等。
不同控制方式运动效果不同，可以根据需求进行调整。
3. 静音运行：步进电机运转时噪声小，能够使设备运行更加安静。
4. 输出转矩大：在一定条件下，步进电机高速运转时可承受较大的负载。
5. 体积小、重量轻：步进电机通常体积小，重量轻，安装维护方便。
综上所述，步进电机应用广泛，既可以实现一些定位、传动功能，又可以在一些特殊领域中起到比较重要的作用。
同时，步进电机具有精度高、控制方式多样、静音运行、输出转矩大、体积小、重量轻等特点，因此得到了越来越多的应用和推广。
步进电动机的应用姓名李鑫班级机电112班学号 10一、简介：步进电动机（stepping motor）把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。
在自动控制装置中作为执行元件。
每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。
步进电动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。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。
步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动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”。
二、步进电动机的分类：步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。
机电式步进电动机机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。
螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。
磁电式步进电动机磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式3种形式。
永磁式步进电动机由四相绕组组成。
A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方向;A相断电、B相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子运动方向。
永磁式步进电动机消耗功率较小，步矩角较大。
缺点是起动频率和运行频率较低。
反应式步进电动机在定、转子铁心的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。
这种步进电动机步矩角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保证，起动和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。
永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。
是永磁式步进电动机和反应式步进电动机两者的结合，并兼有两者的优点。
步进电机的工作方式与应用领域步进电机是一种常用的电动机类型，其工作方式独特而灵活，被广泛应用于许多领域。
本文将介绍步进电机的工作方式以及其在不同应用领域中的应用。
一、步进电机的工作方式步进电机是一种以固定步长方式旋转的电动机，通过控制电流或电压来驱动电机的转动，从而实现精确的位置控制。
步进电机的主要工作方式有以下几种：1. 单相励磁步进电机：单相励磁步进电机是最简单的步进电机类型，它由一个励磁线圈和一个永磁转子组成。
通常使用对开关电路来控制电流的方向和大小，使转子按照固定步长旋转。
2. 双相励磁步进电机：双相励磁步进电机是常见的步进电机类型，它由两个相位的励磁线圈和一个永磁转子组成。
通常使用电子驱动器来控制电流的方向和大小，使转子按照固定步长旋转。
3. 高分辨率步进电机：高分辨率步进电机采用微细步进驱动技术，可以实现更小的步长角度，提高位置控制的精确度。
它通常通过微步控制器以更高的分辨率来驱动电机，以实现更精细的运动。
二、步进电机的应用领域步进电机由于其独特的工作方式和可靠性，广泛应用于许多领域。
以下是步进电机在不同领域中的一些常见应用：1. 机器人技术：步进电机广泛应用于机器人技术中的关节驱动系统和定位系统。
机器人通过控制步进电机的旋转角度和步长，实现精确的动作和位置控制，从而完成各种任务。
2. 数控机床：步进电机在数控机床中用于控制刀具的位置和移动。
通过精确的步进控制，可以实现高精度的切削和加工过程。
3. 3D打印：步进电机被广泛应用于3D打印机中的定位系统和喷嘴控制。
通过精确的步进驱动，可以将材料精确地喷涂或堆积，实现高精度的三维打印。
4. 医疗设备：步进电机在医疗设备中用于控制医疗器械的移动和位置。
例如，用于控制X射线设备的旋转角度和位置，以及控制手术机器人的关节驱动系统等。
5. 自动化仪器：步进电机被广泛应用于各种自动化仪器中的定位和控制系统。
例如，用于控制样品台的位置和移动，以及用于调节光学元件的角度和位置等。
简述步进电机以及步进电机分类步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械运动的电动机。
它通过控制电流的方式，使得电机按照一定的步进角度进行旋转，从而实现精确的位置控制。
步进电机可以根据结构和工作原理的不同进行分类。
以下是几种常见的步进电机分类：1. 永磁步进电机（Permanent Magnet Stepper Motor，PMSM）：永磁步进电机使用永磁体产生磁场，通过改变驱动电流的方向和大小来控制转子的位置。
它具有简单的结构、较高的转矩和较低的成本，常用于低负载和低速应用。
2. 变磁阻步进电机（Variable Reluctance Stepper Motor，VRSM）：变磁阻步进电机利用转子和定子之间的磁阻差异来实现步进运动。
它的转子通常由铁芯组成，通过改变定子绕组的电流来控制转子位置。
变磁阻步进电机具有较高的转速和响应速度，但相对于永磁步进电机来说，转矩较低。
3. 混合式步进电机（Hybrid Stepper Motor）：混合式步进电机结合了永磁步进电机和变磁阻步进电机的特点。
它采用多相绕组和永磁体，通过改变驱动电流的方式来实现精确的位置控制。
混合式步进电机具有较高的转矩、较低的振动和较高的分辨率，广泛应用于需要高精度定位和控制的领域。
此外，步进电机还可以根据驱动方式进行分类，包括全步进 （Full Step）、半步进 （Half Step）和微步进 （Microstepping）。
全步进模式是指每个脉冲信号使电机转动一个完整的步进角度；半步进模式是指每个脉冲信号使电机转动半个步进角度；微步进模式则是通过在每个步进角度之间施加更小的电流变化，使得电机可以以更小的角度进行运动，从而提高了分辨率和平滑性。
步进电机的发展、应用和种类简介
步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。
1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。
往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
步进电机依其构造上的差异可分为三大类：
·可变磁阻式(VR型)：
转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。
其步进角通常为15°。
·永久磁铁式(PM型)：
转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。
依转子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。
·混和式(HB型)：
转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。
目前市场上所使用的工业用步进电机，以混和式(HB型)最为普遍。
步进电机的特征
高精度的定位：
步进电机最大特征即是能够简单的做到高精度的定位控制。
以5相步进电机为例：其定位基本单位(分辨率)为0.72°(全步级)/0.36°(半步级)，是非常小的；停止定位精度误差皆在±3分(±0.05°)以内，且无累计误差，故可达到高精度的定位控制。
(步进电机的定位精度是取决于电机本身的机械加工精度)
位置及速度控制：
步进电机在输入脉冲信号时，可以依输入的脉冲数做固定角度的回转进而得到灵活的角度控制(位置控制)，并可得到与该脉冲信号周波数(频率)成比例的回转速度。
具定位保持力：
步进电机在停止状态下(无脉波信号输入时)，仍具有激磁保持力，故即使不依靠机械式的剎车，也能做到停止位置的保持。
动作灵敏：
步进电机因为加速性能优越,所以可做到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。
开回路控制、不必依赖传感器定位：
步进电机的控制系统构成简单，不需要速度感应器(ENCODER、转速发电机)及位置传感器(SENSOR)，就能以输入的脉波做速度及位置的控制。
也因其属开回路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位控制的场合下使用。
中低速时具备高转矩：
步进电机在中低速时具有较大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。
高信赖性：
使用步进电机装置与使用离合器、减速机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。
小型、高功率：
步进电机体积小、扭力大，尽管于狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
步进电机的速度—转矩特性
速度-转矩特性取决于电机及驱动器，尤其与所搭配的驱动器有着极大的影响；使用的驱动器不同，特性上的差异也就会有明显的不同。
步进电机速度-转矩特性说明：
(1)激磁最大静止转矩：当运转脉冲速度等于0 Hz时，曲线与Y轴交接的点即称为激磁最大静止转矩。
也就是指电机在通电但无输入脉冲信号的情况下，其所具备的保持转矩即称为激磁最大静止转矩。
(2)脱出转矩：又称最大转矩，为电机于运转时所能带动的最大负荷。
(3)最大响应频率：在无负载、负荷惯性为0时，电机所能够响应之最快的速度。
(4)最大自起动频率：电机在无载的状态下可以做到瞬时的起动而不失步的速度谓之最大自起动频率。
二相与五相步进电机的差异
步进电机主要是依相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。
二相步进电机每转最细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。
二相/五相步进电机差异比较
步进电机的驱动系统
步进电机在单单仅给予电压时，电机是不会动作的，必须透过脉波产生器提供位置(脉波数)、速度的脉波信号指令，以及驱动器驱动电流流过电机内部线圈、依顺序切换激磁相序的方式才能够让电机运转。
所以欲使步进电机动作的必要系统组成有：
1.脉冲产生器：给予角度(位置移动量)、动作速度及运转方向之脉冲信号的电机驱动指令。
2.步进驱动器：依控制器所投入的脉冲信号指令，提供电流来驱动步进电机动作。
3.步进电机：提供转矩动力输出来带动负载。
所以步进电机系统构成简单，不需要速度感应器(ENCODER、转速发电机)、位置传感器(SENSOR)，即能依照脉冲产生器所输入的脉冲来做到速度及位置的控制。
步进电机的速度、位置控制
速度控制：
步进电机的运转速度会与输入的脉冲速度成等比例的关系，所以在脉冲的速度愈快时，步进电机的转速也会跟着加快；脉波速度愈慢时，电机的转速自然也跟着变慢。
电机的运转速度(RPM)与脉冲速度(PPS，又称Hz)间的关系式如下：
电机的运转速度(RPM)＝脉冲速度(PPS或Hz) × 60 ÷步进电机分割数/圈
说明：
1.RPM为一般电机的速度单位，即rev / min，为每分钟电机所转的圈数；PPS为步进、伺服电机的速度单位，即pulse per second，为每秒所送出的脉冲数。
2.由于RPM与PPS的单位不同，所以于转换的过程中要先将PPS的秒钟乘以60变为分钟。
3.步进电机分割数/圈，又代表要让电机转一圈所必须送出的脉冲数。
4.上述公式拆解后之单位表示为→ re v/min = pulse/sec ×60 ×1/分割数
实例：五相半步级角0.36°时(即1000分割/圈)
(1)电机的运转速度600RPM时，即相当于脉冲速度10,000PPS。
(2)脉冲速度3,000PPS，即相当于电机的运转速度180RPM。
位置控制：
步进电机不需要位置传感器(SENSOR)，就可依照输入的脉冲数决定移动量，并将负载顺利、正确的送达指定位置点上。
而移动量的大小，是依照电机分辨率的大小与输入的脉冲数来决定。
脉冲数(PULSE)与移动量间的关系式如下：
位置移动量( °)＝步进电机分辨率( °)×输入脉冲数
实例：二相全步级角1.8°时
＊当输入1000个脉冲数(即1000PULSE)，此时之移动量会是1800°，刚好为5圈。
步进电机疑难杂症处理
如何有效改善步进电机的温升问题？
可依下列步骤作做检查及确认：
1.是否用于连续运转的场合？
(步进电机的特性并不适合于连续运转的场合下使用,在此场合下使用时一定会有较高的温升产生。
请重新确认机构动作需求条件并重新评估使用的电机。
)
2.请确认机构动作频度、周期？
(走停的动作频度过高将可能因脉冲输入停止的时间过短而导致电流尚未下降就又重新激活，故此时的温升一定会较高。
建议您可将动作频度降低以改善温升问题。
3.将RUN电流调小情况可否改善？
(在转矩足够的情况下将驱动器的RUN电流调小将可有效的使温升降低。
但若因扭力的关系一定得使用到较大的电流时,则建议您可将电机更换为大一等级的电机后再将电流调低以改善温升问题。
)
4.将STOP电流调小情况可否改善？
(在保持力足够的情况下将驱动器的STOP电流调小将可于电机停止时有效的使温升降低。
但若因停止保持力的关系一定得使用到较大的STOP电流时,则建议您可将电机更换为大一等级的电机后再将电流调低以改善温升问题。
)
5.驱动器上的指拨开关是否打开电流自动降低档？
(若未打开,电机停止时电流将无法自动下降,温升会因此而较高。
建议使用此功能，将可避免步进电机及驱动器的温升问题。
)
6.目前使用的速度是否界于温升较高(即电流较大)的范围内？(由特性曲线图中的电流曲线得知)
(请尽量避开温升较高的速度范围使用,对于温升的降低将有帮助。
)
7.周围环境温度如何?是否过高？
(电机温度＝环境温度＋电机温升，故环境温度较高时，电机的温度也会因此而较高。
建议以加装安装散热面板或散热风扇的方式来帮助散热。
)
8.请确认电机端的接线是否正确？
(相位接错将造成电机运转不顺的抖动现象，亦可能因此而产生温升较高的问题。
) 若皆无上述原因问题时，此情况下电机温度应为正常，并未过热才是，请您直接以温度计测量电机确实温度。
以我们的驱动器来说，因为有具备过热保护功能，故若温度过高,保护功能将开启，同时并将电机断电,让客户更能安心使用。
