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1產(chǎn)品介紹

步進(jìn)電機(jī)的原始模型起源于1830年至1860年間世紀(jì)年代后期，隨著永磁材料和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)很快的發(fā)展并成熟起來(lái)。20世紀(jì)60年代后期我國(guó)開(kāi)始研究和制造步進(jìn)電機(jī)。從那時(shí)到60年代末，主要是高校和科研院所為研究一些裝置而開(kāi)發(fā)的少量產(chǎn)品。70年代初開(kāi)始，生產(chǎn)和研究才有所突破。70年代中期至80年代中期進(jìn)入發(fā)展階段，各種高性能產(chǎn)品不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。80年代中期以后，由于對(duì)混合式步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)發(fā)和研制，我國(guó)混合式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)，包括本體技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)在內(nèi)，都逐漸接近國(guó)外產(chǎn)業(yè)的水平，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品應(yīng)用逐漸多起來(lái)。
步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。混合式步進(jìn)電機(jī)是綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)。它又分為兩相、三相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8度，三相步進(jìn)角 一 般為 1.2度 ，而五相步進(jìn)角 一 般為0.72度。

2工作原理

混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)不同，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子均為一體結(jié)構(gòu)，而混合式電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子都被分為下圖所示的兩段，極面上同樣都分布有小齒。
定子的兩段齒槽不錯(cuò)位，上面布置有繞組。上所示為兩相4對(duì)極電機(jī)，其中的l、3、5、7為A相繞組磁極，2、4、6、8為B相繞組磁極。每相的相鄰磁極繞組繞向相反，以產(chǎn)生上圖中x、y向視圖中所示的閉合磁路。
B相與A相的情況類(lèi)似。轉(zhuǎn)子的兩段齒槽相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距（見(jiàn)圖5．1．5），中間用環(huán)形磁鋼連接，兩段轉(zhuǎn)子的齒的磁極相反。根據(jù)反應(yīng)式電機(jī)同樣的原理，電機(jī)只要按照A—B—A—B—A或A—B—A—B—A的順序通電，步進(jìn)電機(jī)就能逆時(shí)針或順時(shí)針連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
顯然，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反。混合式步進(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的大區(qū)別在于當(dāng)磁化的磁性材料退磁后，則會(huì)有振蕩點(diǎn)和失步區(qū)。
混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身具有磁性，因此在同樣的定子電流下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要大于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，且其步距角通常也較小，因此，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般需要用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但混合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、轉(zhuǎn)子慣量大，其快速性要低于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。

3結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠 家很多，其工作原理是是一樣的，下面以國(guó)產(chǎn)某兩相混合式步進(jìn)電機(jī)42B Y G2 50C 及其驅(qū)動(dòng)器SH20403為例介紹混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法。 [2] 
兩相混合步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)
工業(yè)控制中采用如圖1所示的定子磁極上帶有小齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多的結(jié)構(gòu)，其步距角可以做得很小。如圖1兩
相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，和圖2步進(jìn)電機(jī)繞組接線圖，A、B兩相繞組沿徑向分相，沿著定子圓周有8個(gè)凸出的磁極，1、3、5、7磁極屬于A相繞組，2、4、6、8磁極屬于B相繞組，定子每個(gè)極面上有5個(gè)齒，極身上有控制繞組。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩段鐵芯組成,環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子中部，軸向充磁，兩段鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，使得轉(zhuǎn)子軸向分為兩個(gè)磁極。轉(zhuǎn)子鐵芯上均勻分布50個(gè)齒，兩段鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，定轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同。
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程
當(dāng)兩相控制繞組按的次序 輪流通電，每拍只有一相繞組通電，四拍構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。當(dāng)控制繞組有電流通過(guò)時(shí)便產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，它與磁鋼產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，在轉(zhuǎn)子N*磁極1上的繞組產(chǎn)生的S磁極吸引轉(zhuǎn)子N極，使得磁極1下是齒對(duì)齒，磁力線由轉(zhuǎn)子N極指向磁極1的齒面，磁極5下也是齒對(duì)齒，磁極3和7是齒對(duì)槽，如圖 4所示 
A相通電轉(zhuǎn)子 N*定轉(zhuǎn)子平衡圖。由于兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上的小齒相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，在轉(zhuǎn)子S*， 磁極1’和5’產(chǎn)生的S極磁場(chǎng)，排斥轉(zhuǎn)子S極，與轉(zhuǎn)子正好是齒對(duì)槽，磁極3’和7’齒面產(chǎn)生N極磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子 S極，使得齒對(duì)齒。A相繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子N*、S*轉(zhuǎn)子平衡圖。
因轉(zhuǎn)子上共有50個(gè)齒，其齒距角為360° /50=7.2°，定子每個(gè)極距所占的齒數(shù)為不是整數(shù)，因此當(dāng)定子的A相通電，在轉(zhuǎn)子N極，磁極1的5個(gè)齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒，旁邊的B相繞組的磁極2的5個(gè)齒和轉(zhuǎn)子齒有1/4齒距的錯(cuò)位，即 1.8°，如圖4所示 A相通電時(shí)定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖畫(huà)圓圈的地方，A相磁極3的齒和轉(zhuǎn)子就會(huì)錯(cuò)位 3.6°，實(shí)現(xiàn)齒對(duì)槽了。
磁力線是沿轉(zhuǎn)子N端→A（1）S磁極→導(dǎo)磁環(huán)→A（3’）N磁極→轉(zhuǎn)子S端→轉(zhuǎn)子N端，成一閉合曲線 。當(dāng)A相斷電B相通電時(shí)，磁極2產(chǎn)生N極性，吸合離它近的S極轉(zhuǎn)子7齒，使得轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)1.8°，實(shí)現(xiàn)磁極2和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齒，B相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開(kāi)圖如圖5所示，此時(shí)磁極3和轉(zhuǎn)子齒有1/4齒距的錯(cuò)位。
依次類(lèi)推若繼續(xù)按四拍的順序通電，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，每通電一次即每來(lái)一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1.8°，即稱步距角為1.8°，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一圈需要360°/1.8°=200個(gè)脈沖（見(jiàn)圖4、5）。
在轉(zhuǎn)子S*也是同樣道理，當(dāng)繞組齒對(duì)齒時(shí)，其旁邊一相磁極錯(cuò)位1.8°。3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電,控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī) 42BYG250C的驅(qū)動(dòng)器為SH20403。為10V～40V直流供電， A+、A-、B+、B-端 子要連接步進(jìn)電機(jī)的四條引線，DC+、DC-端子接驅(qū)動(dòng)器工作直流電源，輸入接口電路包括公共端（接輸入端子電源正極）、脈沖信號(hào)輸入端（輸入一系列脈沖，內(nèi)部分配以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)A、B相）、方向信號(hào)輸入端（可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)）、脫機(jī)信號(hào)輸入端。

4優(yōu)點(diǎn)

混合式步進(jìn)電機(jī)分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，混合式步進(jìn)電機(jī)隨著相數(shù)（通電繞組數(shù)）的增加，步進(jìn)角減小，精度提高，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用為廣泛。混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)：極對(duì)數(shù)等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)，可以根據(jù)需要在很大范圍內(nèi)變化；繞組電感隨
轉(zhuǎn)子位置變化較小，易于實(shí)現(xiàn)佳運(yùn)行控制；軸向充磁磁路，使用高磁能積的新型永磁材料，有利于電機(jī)性能的提高；轉(zhuǎn)子磁鋼提供勵(lì)磁；在整個(gè)運(yùn)行區(qū)域沒(méi)有明顯的振蕩。