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  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的介紹與分類

  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又叫步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，所以又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。

  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅(qū)動(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。

  步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有累積誤差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，制造成本低，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載慣量的能力大，適用于中小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方，缺點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱大，有時(shí)會(huì)“失步”。

  機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

  機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由鐵心、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵心心子運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，通過(guò)抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置;線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

  磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

  磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。主要有永磁式、磁阻式和混合式。

  (1)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子有永磁體的磁極，在氣隙中產(chǎn)生極性交替磁場(chǎng)，定子由四相繞組組成。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場(chǎng)方向。當(dāng)A相斷電、B相繞組被通電勵(lì)磁時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被勵(lì)磁相的順序決定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向。若定子勵(lì)磁的變化太快，轉(zhuǎn)子將不能和定子磁場(chǎng)方向的變化保持一致，轉(zhuǎn)子即失步。起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低，是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)缺點(diǎn)。但永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率較小，效率較高。20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子是盤式的永磁盤式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使步距角及工作頻率達(dá)到磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的水平。

  (2)磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用定、轉(zhuǎn)子鐵芯齒槽相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片或軟磁材料做成，當(dāng)定子某相被勵(lì)磁時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)到使磁路磁阻最小的位置。當(dāng)另一相被勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到另一位置，使磁路磁阻為最小時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角θb，即式中N為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距的運(yùn)行拍數(shù);ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。

  磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式較多。定子鐵芯有單段式、多段式;磁路有徑向、軸向;繞組相數(shù)有三相、四相、五相。磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)與運(yùn)行頻率較高，但功耗較大，效率較低。

  (3)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它的定、轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)與磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相似。轉(zhuǎn)子有永磁體在氣隙中產(chǎn)生單極性磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)還被轉(zhuǎn)子上軟磁材料的齒槽調(diào)制。

  混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兼有永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)步距角小，精度高，工作頻率高，且功耗小，效率高。

  直線式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

  有反應(yīng)式和索耶式兩類。索耶式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止部分(稱為反應(yīng)板)和移動(dòng)部分(稱動(dòng)子)組成。反應(yīng)板由軟磁材料制成，在它上面均勻地開(kāi)有齒和槽。電機(jī)的動(dòng)子由永久磁鐵和兩個(gè)帶線圈的磁極A和B組成。動(dòng)子是由氣墊支承，以消除在移動(dòng)時(shí)的機(jī)械摩擦，使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)并提高定位精度。這種電機(jī)的最高移動(dòng)速度可達(dá)1.5米/秒，加速度可達(dá)2g，定位精度可達(dá)20多微米。由兩臺(tái)索耶式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相互垂直組裝就構(gòu)成平面電動(dòng)機(jī)。給x方向和y方向兩臺(tái)電機(jī)以不同組合的控制電流，就可以使電機(jī)在平面內(nèi)做任意幾何軌跡的運(yùn)動(dòng)。大型自動(dòng)繪圖機(jī)就是把計(jì)算機(jī)和平面電動(dòng)機(jī)組合在一起的新型設(shè)備。平面電動(dòng)機(jī)也可用于激光剪裁系統(tǒng)，其控制精度和分辨力可達(dá)幾十微米