据估计,在需要少于1千瓦功率的运动系统中,有一半可以由步进电机或伺服电机同等提供服务。在负载稳定且转速低于1,000转/分钟的应用中,工程师可以通过选择步进而不是伺服来节省反馈设备的成本。

步进电机主要有三种类型:永磁式、可变磁阻式和混合式。在工业运动控制应用中,混合步进器比其他两种更常用。

在永磁步进器中,转子轴被具有径向相对的杆的磁体包围。它没有牙齿。定子是一系列带卷绕线圈的杆。激励线圈产生一个吸引转子杆的电磁场。转子捕捉到通电位置并保持在那里。依次激励线圈使转子旋转,因为它遵循移动电磁场。由于磁体,即使电动机未通电,转子也会抵抗运动。

“永久磁铁步长电机用于低成本,低功耗的应用,”丹纳赫运动(Rockford,IL)高级产品经理Rich Lenzing说。“自动售货机内的纸币送料器由永磁体步骤电机驱动。”

可变磁阻步长电动机就像永磁步道一样,除了转子没有磁体。相反,转子由固体铁或钢叠层制成,具有向外突出的多个齿。没有动力,转子自由旋转。这些电动机用于不需要太多扭矩的应用,例如微定位表。

混合步进电机结合了永磁和变磁阻电机的特点。在混合步进器中,转子轴被轴向相反的磁体包围。磁铁由带有多个齿的铁或钢薄片补充。转子是这样配置的,在磁铁两端的齿不与定子齿对齐。

混合步进器的分辨率取决于其转子中的齿数。具有50齿的转子每转提供200个步骤,或每一步1.8度。带有200齿的转子提供每次旋转800步,或每一步0.45度。

Lenzing说:“如果你将每转200步的电机与每英寸转5圈的丝杠配对,你就可以以0.001英寸的增量定位负载。”

通过一个称为微步的过程,可以通过电机控制器获得更精细的分辨率。“不是先在一个绕组上加满电压,然后再在另一个绕组上加满电压,你可以在一个绕组上加一半电压,在另一个绕组上加一半电压。这将产生半步,”Lenzing解释道。“如果在一个线圈上施加80%的电压,在另一个线圈上施加20%的电压,转子就会移动整整一步的20%。”

除了增加电机的分辨率外,Microstepping还使电机更平滑地运行,噪音较小。它还有助于防止电机共振问题。

每个步进电机都具有谐振频率,随着应用和负载而变化。当阶梯速率等于电机的谐振频率时,电机可能会振动甚至错过的步骤。

混合步进电机的关键参数包括步进角、位置精度、转子惯性、保持转矩、阻转矩、动转矩、相电压、相电流、直流相电阻、相电感、工作温度和机架尺寸。