αSTEP/步进电动机 步进电动机的工作原理

以5相步进电动机为实例,针对经过磁化后的转子和定子小齿的位置关系进行说明。

A相信号励磁时

当A相励磁时,磁极会被磁化为S极,吸引持有N极极性的转子1的小齿,与持有S极极性的转子2的小齿排斥,达到平衡并停止。此时,未被励磁的B相磁极的小齿与持有S极极性的转子2的小齿有0.72°的偏差。这就是A相励磁时定子和转子小齿的位置关系。

A相信号励磁时

B相信号励磁时

接下来,从A相励磁切换到B相励磁,B相的磁极会被磁化为N极,吸引持有S极极性的转子2,与持有N极极性的转子1排斥。

B相信号励磁时

也就是说,从A相励磁切换到B相励磁,转子转过了0.72°。由此可知,通过将励磁相从A相→B相→C相→D相→E相→A相切换,步进电动机就会以0.72°的精度准确旋转。如果想要反向旋转,可以通过将励磁顺序反过来,即A相→E相→D相→C相→B相→A相来实现。
0.72°这样的高分辨率是由定子和转子的结构上的机械偏差产生的,这也是不使用编码器等传感器就能准确定位的原因。同时,停止精度也受定子和转子的加工精度、组装精度、线圈直流电阻的波动影响,因此能够获得±3分(无负载时)的高停止精度。在实际的步进电动机中,励磁相的切换由驱动器完成,切换的时机由输入到驱动器的脉冲信号控制。以上是单相励磁的例子,但实际上为了有效利用线圈,通常是同时励磁4相或5相。