步进电动机的基础与最新技术动向

步进电动机的运动

步进电动机根据脉冲信号以一定角度旋转。因此，当脉冲信号快时，看起来像连续旋转，当脉冲信号慢时，就像时钟的秒针那样间歇性地旋转。

基本结构

步进电动机由绕有线圈的定子（固定子）和装有永久磁铁的转子（回转子）组成（图1）。

定子和转子都设有凹凸形状的小齿，并且以一定的间隔排列。通过这些小齿实现了高精度的定位。在保持小齿获得的的高分辨率的同时，通过磁铁获得了高转矩。

旋转原理

东方马达有两种步进电动机，一种是基本步距角为1.8°的2相步进电动机，另一种是基本步距角为0.72°的5相步进电动机。以下以2相步进电动机为例进行说明。
要使电动机旋转，可以利用定子和转子的小齿之间的磁力。将电流从A线圈切换到B线圈，转子将旋转1.8°，并在小齿对准的角度停止（图2）。通过重复这个过程，就像时钟的秒针一样以一定的角度旋转。

步进电动机通过小齿的机械配置以决定的角度旋转，因此无需传感器即可进行定位运行。

系统构成

要驱动步进电动机，需要控制器、驱动器和电动机这三个部分，其中控制器通过脉冲信号发出操作指令，驱动器为电动机供电，电动机将电力转换为动力，并按照指令旋转（图3）。

旋转量与转速

步进电动机根据控制器输入到驱动器的信号，每输入一个脉冲就会旋转一定的角度。旋转角度与脉冲数成正比。
以基本步距角为1.8°的2相步进电动机为例，输入200个脉冲，旋转角度为1.8°×200＝360°，轴旋转1圈（图4）。

另外，每秒的脉冲数称为脉冲速度，单位是Hz。转速与脉冲速度成正比。

静止角度误差

以任意点为原点，旋转1圈，实际停止位置与理论停止位置之间的差称为静止角度误差。代表产品中，误差在±3分（0.05°）以下。即使重复旋转，误差也不会累积，因此可以实现高精度的定位。

停止状态下的位置保持

步进电动机即使在停止状态下，也会通过保持一定的电流流动来产生保持力。只要外力不超过这个保持力，就不会旋转。这对于定位用途来说是一个很大的优点。

同步运行

步进电动机根据输入的脉冲旋转。由于对指令的高度响应，它也适用于微动运行和同时处理多个工件的同步操作。

负载变化

步进电动机由于供给到电动机的电流始终一定，因此产生的转矩也一定。即使转动惯量和摩擦负载发生变化，也会根据产生的转矩进行旋转。因此，无需像伺服电动机那样根据工作进行调整增益。由于这个特征，适用于负载变化大的皮带轮（图5）和拾取和放置等动作的自动化。

步进电动机的种类

步进电动机以单独的标准型为基础，有各种型。东方马达拥有从电动机尺寸、预先安装了高精度齿轮的减速机电动机、带电磁制动、带编码器的广泛产品系列。

驱动器的角色

驱动器是控制步进电动机线圈中电流的方向和顺序的驱动电路，根据输入的脉冲数量和速度，进行电动机电流的切换控制。由于驱动器的组合也会改变电动机特性，因此是重要的组成部分。
旋转的角度由步进电动机的机械结构决定，但需要比基本步距角更小的角度时，可以通过电气回路细分步进角度。

微步驱动

通过控制线圈中电流的分配，可以实现步进角度的细分，从而实现更高的分辨率。这称为微步驱动。因此，CVD系列可以实现低振动、低噪音的平稳旋转。