PM型步进马达的基本构造

一．步进马达的概论

1.步进马达名称的由来---步进马达在英文有多种表达方式，（Stepping motor,Step motor,Stepper motor,Pulse motor),但不管用什么样的方式表示，对中文而言，就是一步一步阶段性的动，也就是输入一个脉波，马达就会有一定的回转角度，所以在中文就称呼为步进马达。

2.步进马达的历史背景---1830年代文献上就有步进马达的记载，但它的性能非常的简单，考虑的只是单纯的动作而已，一直到1930年被应用在船舰遥控技术上，1960年代开始进入工作机械作定位用，更进一步1980年代生产量到3000万台，其中有80%使用在OA有关的产业上，1990年代随信息产业的快速发展，步进马达的使用量也跟着快速成长。

3.步进马达的特征及用途---步进马达具体有下列的特征，所以可以广泛的应用在OA产品上。

3.1 可以作间隙性驱动、正转、逆转、变速以及微型驱动。

3.2 总回转角度与输入脉波的总数成正比，回转速度也与输入频率成正比。

3.3 因为与频率成正比例关系，所以可以利用数字信号来控制定位。

3.4 角度的误差小，而且不会积累误差。

3.5 在低速时具有高转矩的特性。

目前步进马达在各方面应用上主要针对它特征加以活用,以其间隙性动作为纸张传送,以及位置定位最多。

4.步进马达的定位

步进马达因具有优异的控制特性,而且可以达到数百瓦的输出功率,所以作为控制的动力源,具有非常高的价值.在马达的分类上步进马达是属于较特殊的马达,因为它同时输入两种信号,一是DC电源,另一方面输入数字AC信号,但马达一般是依照电源来区分。

AC马达:

感应式马达

同步马达

交直流两用马达

DC马达:

有刷马达

无刷马达

步进马达

二．PM型步进马达的基本构造

1.马达的零件组件

步进马达的零件组件大体上是有转子组,定子组与其它配件所组成

2.转子组(ROTOR)

轴,磁铁保持器,磁铁这三种零件组合

2.1轴心

步进马达属于无刷马达的一种,在可靠性上除了轴心与轴承相互磨损外,无其它因素存在,所以轴心材质及精度必须慎重的选择与控制,才能到高可靠的要求.

2.2磁铁保持器

针对马达惯性量的考虑,目前使用的材质有主要的三种,一为铝合金,二为铜制品,三为塑料制品.铝合金制造上有使用CNC车削,或者压铸成型后CNC车削,车削在大量生产时品质和生产量比塑料制品不容易控制,而且为了将低转子惯性量,大部分会将内部掏空降低重量。

2.3磁铁

钕帖硼(NdFeB)

３．定子组（ＳＴＡＴＯＲ）

ＰＭ型步进马达定子，一般是使用板金折曲成为多爪机型，由于是使用板金结构，所以无法获得较高的磁场，但构造及加工简单，是属于较简单的机型。定子的齿形精度直接影响马达的步进角误差，所以在加工技术和品质检验，必须要非常注意。

４．完成

马达完成后，对马达基本特性的检验非常重要，一般检查标准是以马达规格承认书为依据，我们公司在生产时是采用２次１００％，全数检查，以确保马达品质。

三．步进马达的基本理论

１．动作原理

步进马达的基本理论，与其它种类马达比较之下，并没有比较困难的地方，唯一最大的不同点，是它必须伴随驱动回路才能运转。

２．基本回路

步进马达如刚才所说的，它不像一般的ＤＣ马达一样，只要通上电源就可以使马达运转，它必须要有驱动回路来辅助。一般步进马达的驱动方式有单极性（ＵＮＩＰＯＬＡＲ）和双极性（ＢＩＰＯＬＡＲ）两种其中ＵＮＩＰＯＬＡＲ最普遍。

四．步进马达的基本特性

１．静特性

１－１角度变位与马达转矩特性

步进马达有一个非常重要的特性，它就是角度变位与马达转矩特性的相关曲线．马达在输入１相激磁状态，此时马达并没有回转，如果在马达出力轴施加一负载转矩，转矩使马达产生角度的变位，而马达本身会产生一力矩来平衡，当负载转矩增加时，变位角度就会增大，而马达所产生的力矩也相对的增大，在此比例增加的范围内，一般称呼为安定区域。可是当负载转矩持续增加到超过马达上午保持转矩值（ＨＯＬＤＩＮＧＴＯＲＱＵＥ）时，马达此时会产生相反方向转矩，从安定领域转移到不安定点。使用步进马达大部分在安定领域范围内运作，也就是说负载转矩不可以超过马达的保持转矩，此时步进角度误差不受外部因素影响。

１－２马达在无激磁时的保持器的保持转矩（ＤＥＴＥＮＴＴＯＲＱＵＥ）

ＰＭ型步进马达转子是使用永久磁铁，在无激磁情况下，由于磁铁和齿形板之间相互引力作用，所以存在的保持转矩（ＤＥＴＥＮＴＴＯＲＱＵＥ）ＤＥＴＥＮＴＴＯＲＱＵＥ值会影响马达阻尼特性及加减功能，所以对于此值的管制非常的重要，而管理重点主要在于磁铁充磁后ＴＯＬＥＲＡＮＣＥ的管制。

２．动态性

马达在正常运转下会出现动态特性，而一般使用者会依照此特性，而一般使用者会依照此特性选择适当的马达。

２－１静特性最大保持转矩（ＨＯＬＤＩＮＧＴＯＲＱＵＥ）

马达在受激磁而不回转状态下，经常加负载转矩使马达所能输出的最大转矩．一般负载转矩都会设计在小于保持转矩下，避免造成马达在静止动作时产生反方向运转，造成角度误差。

２－２最大启动转矩（ＭＡＸＩＭＵＮＳＴＡＲＴＩＮＧＴＯＲＱＵＥ）

可以使马达运转时最大转矩，此时马达使用频率设定在１０ＰＰＳ，一般在实际使用步进马达时，很少使用这么低的频率，大部分会高出１０ＰＰＳ，所以在选择马达最低频率转矩时，会依照客户实际使用频率作为基准。

２－３最大自起动频率（ＭＡＸＩＭＵＮＳＴＡＲＴＩＮＧＰＵＬＳＥＲＡＴＥ）

当马达输入一般频率时，而且频率刚好是马达无法回转的最大频率值。一般实际使用，由于负载本身具有负载转矩，所以使用的起动频率会低于此频率，所以客户应尽可能提供使用的最大自起动给百特尔电子，以便依此频率定马达转矩规格。

２－４最大连续响应频率（ＭＡＸＩＭＵＮＳＬＥＷＩＮＧＰＬＳＥＲＡＴＥ）

当马达在正常运转的状态下，将输入频率增加到马达无法正常运转或者停止运转时的最大频率．当马达用在加减速时，此频率就非常重要，一般使用ＰＵＬＬＯＵＴＴＯＲＱＵＥ时，负载本身转矩有很大关系，所以客户应与百特尔公司的Ｒ＆Ｄ作实物上的协商，较能适当的配合。

２－５引入转矩（ＰＵＬＬＩＮ）

马达在输入一频率后，此时马达会输出一最大转矩，如此依照输入频率由小到最大自起动频率为止，所绘制的频率和转矩相关曲线称为ＰＵＬＬＩＮＴＯＲＱＵＥ曲线．步进马达的特性，ＰＵＬＬＩＮＴＯＲＱＵＥ会随着频率增加而减少。而马达由禁止状态起动，马达转矩必须克服静磨檫力和阻尼，所以选择马达转矩必须要考虑机构本身及马达制造上ＴＯＲＱＵＥ，使用马达转矩最好要比实际使用转矩的平均值高出３０％较为安全。

２－６脱出转矩（ＰＵＬＬＯＵＴＴＯＲＱＵＥ）

马达在输入一频率后，而且马达在正常运转状态下，此时马达会输入一最大转矩，如此依照输入频率由小到大连续响应频率为止，所绘制的最大频率和转矩相关曲线称为ＰＵＬＬＯＵＴＴＯＲＱＵＥ曲线．客户如果使用到ＰＵＬＬＯＵＴＴＯＲＱＵＥ时，必须在回路上作加减动作，一般加减速所使用的频率切换速度比较快，如此可能造成马达失步现象。

五.步进马达的激磁方式与特征