选择合适的步进电机

步进电机的类型

永磁步进电机

永磁 (PM) 步进电机是一种具有凸极的步进电机，其定子绕组集中在极上，永磁体由高保持力钢制成。该步进电机在转子上有两个磁极，在定子上有四个磁极。

在永磁步进电机的运行中，磁极根据绕组的励磁与定子磁极对齐。该电机可在低速水平下产生高扭矩。在两相永磁步进电机中，定子绕组 A 和 B 可以通过四种不同的方式进行电励磁。 

可变磁阻步进电机

可变磁阻（VR）步进电机是一种转子由软磁材料制成，定子由绕制线圈组成的步进电机。制定线圈通电的特定顺序以使步进电机进行小步旋转。反过来，这可以控制电机速度和位置。

以下是可变磁阻步进电机的一些关键特性。

磁阻：转子中的磁阻是VR步进电机的主要技术特性之一。该磁阻是定子中的磁场和转子中的磁场的阻力或对抗的量度。当转子线圈通电时，转子中的磁阻使其旋转，使得 VR 步进电机反应灵敏，能够在低速下产生高扭矩。

步数分辨率：步数分辨率是VR步进电机的另一个特性，它决定了每转的步数和定子线圈的数量。VR步进电机的分辨率相对低于其他步进电机，但可以在低速运行时产生高扭矩。

简单、紧凑的设计：与其他步进电机设计相比，VR步进电机设计紧凑、简单，因为它们不需要稀土矿物，使其更具成本效益。

 混合式步进电机

这种类型的步进电机集合了 VR 和 PM 步进电机的特性。这种组合使其控制和定位更加。

以下是混合式步进电机的一些关键特性；

步进分辨率： 混合电机的分辨率低于永磁步进电机的分辨率，但高于 VR 步进电机的分辨率，因此适合高精度和精密应用。

扭矩输出：扭矩是旋转力的量度。混合式步进电机可以在低速下产生高扭矩，使其适合重型和精密操作。

选择合适的步进电机

需要考虑的因素

选择合适的电机意味着要考虑一些重要因素，以确保电机满足您的特定要求。

步数精度： 这是每转步数和电机运动精度的度量。高步进精度对于机器人等高精度应用至关重要。

扭矩： 这是电机旋转时产生的力。重载运行时会施加更高水平的扭矩。这些扭矩水平 也适合快速加速和减速。

速度： 这是步进电机可以旋转的速率。可以根据您的应用或要求选择速度。低速电机精度更高。

尺寸和重量：这两个是在有限空间应用或需要便携式电机的情况下需要考虑的关键因素。 

计算

步进电机计算对于确定电机针对特定应用的性能和适用性至关重要。这些计算可以帮助工程师在电机和控制系统中做出正确的选择，以获得性能。

步距角计算： 步距角是转子每一步的角位移，以度表示。要计算步距角，请确定每转的步数和定子极数。

扭矩计算： 步进电机中旋转力的测量可以通过将摩擦扭矩 (Tf) 与惯性扭矩 (Ti) 相加来确定。

因此总扭矩可以表示为：

T=Tf+TiT=Tf+Ti

为了确定摩擦力Tf，使用以下表达式；$Tf=F\text{乘}以r$

其中 F 是移动负载所需的力，r 是旋转半径。

计算惯性扭矩Ti可以用下式表示

$Ti=I\left(\frac{\omega }{t}\right)\pi \theta K$

其中I为电机的惯性负载

t 是以秒为单位的时间

是每秒的步数

是步距角

K 是一个常数

步进电机中的扭矩也可以使用电流I、转子半径r 和扭矩常数 Kt 来计算。扭矩由以下等式表示

$$T=\frac{Kt?I}{2\pi r}$$

保持扭矩计算：这是施加到转子而不引起其旋转的扭矩。可以表示为：

$$Th=\frac{Vm?N}{2\pi r}$$

其中 Vm 是磁通密度

N 是定子匝数

谐振频率：这是 系统以其固有频率运行时的振荡频率。可以表示为：

$$f=\frac{1}{2}\pi ?\sqrt{\frac{Kt}{J}}$$

其中 f 是谐振频率

Kt 是扭矩常数

J是转子的转动惯量

磁阻：定子和转子磁场相反的测量可以使用以下公式计算：

$$Rm=\frac{\mu L}{A}$$

其中 Rm 是磁阻

L是转子的长度

A是转子的横截面积

步进电机要点

以下是本文中需要注意的要点的摘要。

步进电机是一种以较小的增量旋转的电动机，以实现的定位和控制。

步进电机有永磁电机、可变磁阻电机和混合电机。

步进精度、速度、扭矩、尺寸和重量是选择合适的步进电机时需要考虑的因素。

步进电机涉及的计算包括：步距角、扭矩、磁阻和共振频率计算。

计算公式

扭矩为

$$T=\frac{Kt?I}{2\pi r}$$

保持扭矩为

$$Th=\frac{Vm?N}{2\pi r}$$

磁阻为

$$Rm=\frac{\mu L}{A}$$

共振频率为

$$f=\frac{1}{2}\pi ?\sqrt{\frac{Kt}{J}}$$