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相信大家看过我上期的blog,都对两种传统马达,直流马达和交流马达,有了初步的认识。来到今期我会为来家介绍一种大家平常不太会接触到,而且较迟才出现的马达,步进马达。其实它的用途很广阔,不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中,只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置,步进电机就一定能派上用场。同时它更是是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。

 

步进马达

 

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它是脉冲马达的一种,一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。但他不能像直流马达和交流马达般使用,它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。即是说它不能单独使用,必须连接控制器及驱动器。

 

虽然在外型上它与交流马达有少许相似,但我们可从它的构造中看到它的不同。

运作原理:

当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

步进马达步级角构造,黄色部分为每次脉波行走量

除马达本身,使用它需配备控制器及驱动器。

控制器是发出运转指令,传送需求速度以及运转量的指令脉波信号。传送的运转指令脉波信号有如心脏跳动般的呈现矩形的波形,是间断性的发出信号。

驱动器为马达提供电力以保证马达按指令运转,驱动器会随控制器传送来的脉波信号来控制电力,由决定的电流流通顺序的来激磁回路,并控制提供给马达的电力以驱动回路。

可以步进马达的使用方法比较烦复,一般用家很少会用到或接触到。

步进马达的分類

 步进马达在构造上有三种主要类型:反应式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。

反应式:结构简单、成本低、步距角小,但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。

永磁式:动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大。

混合式: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。

而現市場上最受歡迎的是混合式步进马达,原因是性价比高。 

 

优点

 

缺点



    • 没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命


    • 不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性


    • 可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本


    • 由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围


    • 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转


    • 如果控制不当容易产生共振


    • 难以运转到较高的转速


    • 在体积重量方面没有优势,能源利用率低


    • 超过负载时会破坏同步,高速工作时会发出振动和噪声

 

生活应用

 步进马达用途很广泛,主要应用于位置及角度的控制上,如软碟机、硬碟机、印表机、XY 工作台等方面。而且随着嵌入式系统的发展,步进马达用途变得更多,如玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等。

 电脑软式磁碟机

另一簡單例子:

 

 

 

如大家想看看更多步进马达的产品可到以下网址:

 

控制器及驱动器

 

http://hongkong02.rs-online.com/web/c/automation-control-gear/electric-motors-motor-controllers-peripherals/stepper-drives-indexers/

 

步进马达

 

http://hongkong02.rs-online.com/web/c/automation-control-gear/electric-motors-motor-controllers-peripherals/stepper-motors/

 

在这三期中都为大家详细介绍了三种用途广泛的马达。但马达的种类当然不止这三类。除着科技的发展,更多不再类别的马达被开发出来。如用于磁悬浮列车、粒子加速器及武器的线性马达; 80年代面世的超音波马达,为医疗及太空科技贡献不小。

 

而未来马达的发展方向相信会以体积及散热能力为主。因为现时产品都趋向体积小型化,因此为配合市场及消费者的须求,马达的发展必须配合。同时马达运作时所产生的热量是一个不可忽视的问题,它会影响产品的寿命、体积及重量等等,所以必须在这方面着手解决。

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