步进电动机详解及其在国内外的发展概况
步进电机详细讲解
03
步进电机的性能参数
步进电机的步进角度
步进角度
步进电机每接收一个脉冲信号，就会转动一个固定的角度，这个角度被称为步进角度。步进角度决定了电机的最 小转动单位，是实现精确控制的重要参数。
步进角度的精度
步进电机的步进角度通常很精确，可以在几十到几百毫度范围内进行控制。这种精确的控制能力使得步进电机在 许多高精度应用中具有重要价值。
1 2
3
根据负载需求选择
根据需要带动的负载大小、扭矩和转速等参数，选择合适的 步进电机。
考虑精度要求
根据控制精度需求，选择步角距较小的步进电机，提高定位 精度。
考虑电源和控制信号
根据电源和控制信号的规格，选择合适的步进电机。
步进电机的安装与调试
安装
按照说明书正确安装步进电机， 确保电机与驱动器之间的连接稳 定可靠。
步进电机的未来展望
更广泛的应用领域
更智能的控制方式
随着步进电机技术的不断成 熟，其应用领域将越来越广 泛，包括机器人、医疗器械 、航空航天等高科技领域。
01
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随着物联网、云计算等技术 的发展，步进电机的控制方 式将更加智能化，实现远程
监控和自动控制。
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更高的性能和稳定性
未来步进电机将具备更高的 性能和稳定性，能够适应更 复杂、更恶劣的工作环境。
步进电机详细讲解
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目 录
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的选型与使用 • 步进电机的发展趋势与未来展望
01
步进电机简介
步进电机的定义
步进电动机的工作原理与特点
步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
1 步进电机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。
步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。
因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。
每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。
根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。
步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
2国外的研究概况步进电机是国外发明的。
中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。
步进电动机应用及发展趋势[论文]
![步进电动机应用及发展趋势[论文]](https://img.taocdn.com/s3/m/c92bface2cc58bd63186bd4b.png)
浅析步进电动机的应用及发展趋势步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。
自从步进电动机在计算机外设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。
一、步进电动机的基本结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。
每当输入一个电脉冲，电动机就转动一个角度前进一步。
脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，因此，这种电动机称为步进电动机。
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。
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性，因而广泛用于数字控制系统中。
在数控开环系统中作为一种伺服驱动元件。
二、步进电动机的应用步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位的数字执行部件，因此它在数字控制系统中、程序控制系统及许多航天工业系统中得到了应用。
随着微型计算机的发展，步进电动机得到了更广泛的应用，有相当一部分步进电动机正应用在计算机的外部设备如打印机、纸带输送机构、卡片阅读机、主动轮驱动机构和磁盘存储器存取机构等。
1、步进电动机驱动系统在数控铣床中的应用在进给伺服系统中，步进电动机需要完成两项任务：一是传递转矩，这应克服机床工作台与导轨间的摩擦力及切削阻力等负载转矩，通过滚珠丝械带动工作台，按指令要求快速进退或切削加工；另外是传递信息，即根据指令要求精确定位，接收一个脉冲，步进电动机就转过一个固定的角度，经过传动机构驱动工作台，使之按规定方向移动一个脉动当量的位移。
因此指令脉冲总数也就决定了机床的总位移量，而指令脉冲的频率决定了工作台的移动速度。
每台步进电动机可驱动一个坐标的伺服机构，利用两个或三个坐标轴联运就能加工出一定几何开头的零件来。
步进电机发展史
步进电机发展史引言步进电机是一种将电脉冲转化为机械运动的电机，具有精确定位、结构简单、体积小等特点，在自动化控制领域得到广泛应用。
本文将从步进电机的起源、发展、应用等方面进行介绍。
一、步进电机的起源步进电机的起源可追溯到19世纪末的欧洲。
当时，科学家们开始研究如何利用电力驱动机械运动。
1882年，法国科学家Paul-Gustave Froment发明了第一台电磁式步进电机，它利用电磁铁产生的磁力来推动转子旋转。
此后，步进电机的概念逐渐被人们认可，并在不同领域得到了应用。
二、步进电机的发展1. 电磁式步进电机电磁式步进电机是最早应用的一种步进电机，它利用电流通过线圈产生的磁场来推动转子运动。
20世纪初，电磁式步进电机得到了进一步的发展和改进，例如增加线圈数目、改善磁路结构等，使其性能和精度有了显著提升。
2. 磁滞式步进电机磁滞式步进电机是20世纪40年代出现的一种新型步进电机。
它采用了磁化和磁滞现象来推动转子运动，具有响应速度快、力矩大、噪音低等优点。
磁滞式步进电机的出现使步进电机在工业自动化领域得到了更广泛的应用。
3. 混合式步进电机混合式步进电机是20世纪60年代出现的一种新型步进电机。
它结合了电磁式步进电机和磁滞式步进电机的优点，具有高精度、高扭矩和低噪音等特点。
混合式步进电机的出现推动了步进电机在精密仪器、医疗设备、数控机床等领域的广泛应用。
4. 直线步进电机直线步进电机是21世纪初出现的一种新型步进电机。
与传统的旋转步进电机不同，直线步进电机的转子是直线运动的，可用于实现直线定位和运动控制。
直线步进电机具有高精度、高速度和高加速度等优点，广泛应用于机器人、印刷设备、光刻机等领域。
三、步进电机的应用步进电机的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 机床行业：步进电机广泛应用于数控机床、激光切割机、雕刻机等设备，用于实现精密定位和运动控制。
2. 自动化设备：步进电机被广泛应用于自动包装机、输送机、机械手臂等设备，用于实现物料输送和自动化操作。
步进电机发展趋势介绍
步进电机发展趋势介绍步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。
为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。
自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。
另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。
任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程（专、精度）。
现在，步进电动机的发展—（结构的发展）已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。
爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位。
最典型的产品是二相8极50齿的电动机，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）；还有五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机，五相电动机主要用于运行性能较高的场合。
到目前，工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见。
步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。
现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台。
日本松下电机也不错哦。
另外的结论是HB型电动机更适合于低速大转矩用途；RM型适用于平稳运行以及转速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低转速时的振动和高转速时的大转矩方面，三相PM型电动机比两相电动机的性能要好。
步进电动机国内外近期发展展望
收稿日期:2000-08-14 专家论坛 步进电动机国内外近期发展展望蔡耀成(常州微特电机总厂,江苏213011)An Overview on Recent Developments of Stepping MotorsCAI Yao cheng(Changzhou Micro &Special Motors Com pany ,Jiang su 213011,China ) 摘 要:步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。
在经历了一个大的发展阶段后,目前其发展趋于平缓。
然而,由于步进电动机的工作原理和其它电动机有很大的差别,具有其它电动机所没有的特性。
因此,它仍然能根据市场的需求,沿着小型、高效、低价的方向发展。
关键词:步进电动机;近期发展中图分类号:TM 383.6 文献标识码:A 文章编号:1004—7018(2000)05—0028—03Abstract :Stepping mo tors anr DA converting elements that can tur n digital pulse sig nals into mechanical ang ular displacementorlineardisplacement.A fterg reatdev elopments,stepping motor developments ar e now quite smo oth in accordance w ith its law s o f dev elopment.Due to the difference in oper ating pr inciples between stepping motor s and other elect ric motor s,stepping motor s have its ow n unique features w hich enable stepping motor s to continue developments w ith smaller size ,higherefficiency and lower cost in accor dance with mar ket demands .Key words :stepping moto rs;recent developments1概 述步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数—模转换元件。
步进电机发展现状
步进电机发展现状
步进电机是一种开环控制的电机，具有精确的位置控制和良好的静态力矩特性。
在过去几十年的发展中，步进电机经历了一系列的改进和创新。
首先，步进电机的结构和工艺逐渐优化。
传统的步进电机结构较为复杂，体积较大，而现代步进电机采用了轻量化设计，减小了尺寸和重量。
同时，随着技术的发展，步进电机的制造工艺也得到了改进，提高了生产效率和产品质量。
其次，步进电机的控制方式不断创新。
传统的步进电机控制方法是以开环方式工作，控制信号直接驱动电机转动。
而现代步进电机引入了闭环控制技术，通过激光传感器或编码器等装置实时监测电机位置，从而实现更加精确的位置控制。
此外，步进电机的性能也得到了提升。
新型步进电机采用了更先进的磁性材料和电子元器件，使得步进电机的动态特性得到了改善。
例如，响应速度更快、转矩更大、噪音更低等。
另外，步进电机也广泛应用于各个领域。
传统应用领域包括打印机、CNC机床、机器人等，而现代步进电机则在3D打印、医疗设备、航空航天等高端领域发挥着重要作用。
总的来说，步进电机在过去几十年间经历了多个方面的发展和创新。
通过结构的优化、控制方式的创新、性能的提升以及广泛应用的拓展，步进电机在各个领域都有着广阔的应用前景。
步进电动机详解及其在国内外的发展概况
步进电动机详解及其在国内外的发展概况摘要：步进电动机广泛应用与生产实践中的各个领域，也是很多领域不可或缺的元件，通过分析它的技术含量无疑可以间接窥探一个国家的科技发展水平。
关键词：步进电动机；脉冲信号1 步进电动机简介步进电动机又称脉冲电动机，是把电脉冲信号变换成角位移、直线位移以控制转子转动的微型特种电动机，在自动控制装置中作为执行元件。
每当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电动机前进一个固定的角度或者直线位移，而且其输出转角、转速与输入脉冲个数及频率有着严格的对应关系。
步进电动机因其本身的特点，在具体的应用中有利于实现设备的小型化和低成本，因而多用于数字式计算机的外部设备、打印机、机器人四肢、绘图机和磁盘等装置，特别是是在人形机器人领域，其步进电动机性能的高低很大程度上决定了人形机器人的先进程度。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电动机的运行性能取决于电动机与驱动电源间的良好配合。
2 步进电动机的分类及其特点步进电动机按其工作原理可以分为永磁式步进电动机（PM）、反应式步进电动机（VR）和混合式步进电动机（HM）三种基本类型。
永磁式步进电动机定子上有多项绕组，转子上有永磁体的磁极，从而在产生极性交替的磁场，如果励磁的变化太快就会导致转子不能和定子磁场方向的变化保持同步，这种现象称为步进电动机转子的失步。
永磁式步进电动机的缺点是它的转矩较小、起动频率和运行频率比较低，优点是其体积小、运行效率高、消耗的功率比较小以及制造成本低。
永磁式步进电动机的步进角一般可分为7.5°、15°、18°、45°等几种。
反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机，其定子、转子铁芯的内外表面上均设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定子、转子铁芯齿槽的相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而输出大转矩。
反应式步进电动机结构形式较多，定子铁芯有单段式、多段式，磁路有径向、轴向，绕组相数有三相、四相、五相。
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步进电动机详解及其在国内外的发展概况
摘要：步进电动机广泛应用与生产实践中的各个领域，也是很多领域不可或缺的元件，通过分析它的技术含量无疑可以间接窥探一个国家的科技发展水平。
关键词：步进电动机；脉冲信号
1 步进电动机简介
步进电动机又称脉冲电动机，是把电脉冲信号变换成角位移、直线位移以控制转子转动的微型特种电动机，在自动控制装置中作为执行元件。
每当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电动机前进一个固定的角度或者直线位移，而且其输出转角、转速与输入脉冲个数及频率有着严格的对应关系。
步进电动机因其本身的特点，在具体的应用中有利于实现设备的小型化和低成本，因而多用于数字式计算机的外部设备、打印机、机器人四肢、绘图机和磁盘等装置，特别是是在人形机器人领域，其步进电动机性能的高低很大程度上决定了人形机器人的先进程度。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电动机的运行性能取决于电动机与驱动电源间的良好配合。
2 步进电动机的分类及其特点
步进电动机按其工作原理可以分为永磁式步进电动机（PM）、反应式步进电动机（VR）和混合式步进电动机（HM）三种基本类型。
永磁式步进电动机定子上有多项绕组，转子上有永磁体的磁极，从而在产生极性交替的磁场，如果励磁的变化太快就会导致转子不能和定子磁场方向的变化保持同步，这种现象称为步进电动机转子的失步。
永磁式步进电动机的缺点是它的转矩较小、起动频率和运行频率比
较低，优点是其体积小、运行效率高、消耗的功率比较小以及制造成本低。
永磁式步进电动机的步进角一般可分为7.5°、15°、18°、45°等几种。
反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机，其定子、转子铁芯的内外表面上均设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定子、转子铁芯齿槽的相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而输出大转矩。
反应式步进电动机结构形式较多，定子铁芯有单段式、多段式，磁路有径向、轴向，绕组相数有三相、四相、五相。
反应式步进电动机步距角可做到1°～15°，甚至更小，因此精度容易保证，起动频率与运行频率较高，但是功耗大、效率较低。
混合式步进电动机是指结合了永磁式步进电动机和反应式步进电动机的优点，电动机步距角小、精度高、工作频率高、且功耗小、效率高。
它的定子、转子铁芯结构与反应式步进电动机相似，转子有永磁体在气隙中产生单极性磁场，此磁场还被转子上软磁材料的齿槽调制步进角一般有0.72°和1.8°两种，这种步进电动机的应用最为广泛。
3 步進电动机的应用
步进电动机广泛应用与生产实践中的各个领域，也是很多领域不可或缺的元件，通过分析它的技术含量无疑可以间接窥探一个国家的科技发展水平。
3.1 步进电动机在数控机床中的应用
步进电动机在数控机床中的应用最为广泛，因为步进电动机不需要A/D转换就能够直接将数字脉冲信号转换为角位移或者直线位移，进而经过适当传动机构转化为数控机床执行机构的进给运动、调整运动等运动，所以说步进电动机是数控机床最理想的驱动元件。
早期的步进电动机的输出转矩比较小，无法满足数控机床对转矩的要求，随着技术的发展，现在已经能够实现步进电动机在数控机床上单独作为执行元件，比如有些大转矩步进电动机不需要经过传动系统的转矩放大就可以直接和主轴相连。
3.2 步进电动机在工业机械手中的应用
工业机械手是一种模仿人手动作，并按照设定的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或者借助操持工具进行工作的机电一体化自动装置。
大多数现代化工厂里都会有很多机械手，因为机械手不仅让人从繁重、枯燥的事务中解放出来，而且它能干很多工人不能做的工作，比如搬运汽车生产线上沉重的工件，不仅更快速更安全而且更加高效，从而大大提高了工厂的产能，因此工业机械手是建设现代化工厂和无人化工厂所不可或缺的。
工业机械手的控制方式有液压式、气压式和电机式等。
液压式和气压式机械手结构简单、易于控制，但是系统定位需要限位开关来实现，控制精度、可靠性和灵活性均不如电机式机械手，不利于生产的自动化。
步进电动机可以精确控制机械手各个环节的转向的角度和方向，借助其他夹持装置可以完成油漆喷涂、工件抓取和产品装配等多种工作。
3.3 步进电动机在提升装置中的应用
步进电动机可以将脉冲信号转变为角位移或者直线位移，而且在不超载时，它的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和个数，并不受负载变化的影响，这一特性使其被广泛应用在要求速度、位置准确控制的提升装置中，比如矿井的提升装置、垂直式电梯和转塔式吊机等。
4 步进电动机在我国的发展概况
我国步进电动机的研究及制造起始于1958年，当时只有清华大学、华中理工大学等少数高等院校为研究一些装置而开发的少量产品，尽管晚于西方发达国家长达数十年之久，但经过近60年的大发展，我国已经开发了门类众多、性能优良的步进电动机，有些甚至处于世界领先水平。
但总体看来，我国的步进电动机在全球的竞争中总体上处于相对弱势地位。
我国步进电动机行业的发展极不平衡，两极分化现象较为严重，只有极少数处于高端地位，绝大多数处于低端领域，这些处于低端领域的步进电动机制造企业并非专门从事步进电动机研发、制造业务，它们只是在开展其他电机业务的同时顺带开展步进电动机业务，而且其产品
多为应用于家电、办公设备等领域的中低端步进电动机。
当前，我国正处在产业转型升级的过程中，政府提出了“工业4.0”和“物联网+”的大产业布局，作为机电一体化的重要产品，步进电动机的地位将会越来越重要，其市场前景无限光明，因此，我们应该充分利用这个宝贵机会加大发展这一行业的力度，努力追赶和超越发达多家。
参考文献
[1] 王宗培. 步进电动机的发展及建议. 重庆三峡学院学报. 2010
[2] 谢辉，唐勇. 步进电机发展回顾与前景展望. 从重庆三峡学院报. 2010
[3] 《2015-2020年中国无刷直流电机制造行业市场前景与投资战略规划分析报告》. 产业信息网
感谢您的阅读！。