步進(jìn)電機(jī)微步驅(qū)動(dòng)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)可以通過被稱為“微步”的驅(qū)動(dòng)方法來實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的步距角控制。在本文中將介紹其工作原理。

步進(jìn)電機(jī)：微步驅(qū)動(dòng)原理

在上一篇文章“步進(jìn)電機(jī)的基本旋轉(zhuǎn)原理”中，有一個(gè)兩相雙極線圈逐相勵(lì)磁的示例。在該示例中，按步（使電流流經(jīng)一組線圈中的一個(gè)而不流經(jīng)另一個(gè)線圈）介紹了步進(jìn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)90°的原理。而微步驅(qū)動(dòng)則可以使步進(jìn)電機(jī)按照更精細(xì)的步距角旋轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)的微步驅(qū)動(dòng)有優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)：一個(gè)是可以控制微小角度的位置。另一個(gè)是可以降低低速范圍內(nèi)的振動(dòng)和噪聲。步進(jìn)電機(jī)在每一步都伴隨著阻尼振動(dòng)，最終停止在所定位置。也就是說，相對于停止位置經(jīng)過多次向前過頭和后退過頭后最終完全停止。如果步進(jìn)電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)，則這種阻尼振動(dòng)可能會(huì)引起振動(dòng)和噪聲。通過減小步距角可以減少阻尼振動(dòng)，通過微步驅(qū)動(dòng)可以降低低速范圍的振動(dòng)和噪聲。

接下來使用下圖來介紹步進(jìn)電機(jī)微步驅(qū)動(dòng)的工作原理。該圖是兩相雙極結(jié)構(gòu)，按照簡單的線圈切換，步距角應(yīng)該為90°，但下圖是將其均分為四的1/4微步驅(qū)動(dòng)示例。當(dāng)使電機(jī)按90°的1/4 = 22.5°旋轉(zhuǎn)時(shí)，各線圈的電流和磁場如①～⑤的順序所示。

①

?使電流從線圈1的左側(cè)流入，從線圈1的右側(cè)流出。

?勿使電流流過線圈2。

?此時(shí)，左線圈1的內(nèi)側(cè)變?yōu)镹，右線圈1的內(nèi)側(cè)變?yōu)镾。

?中間的永磁體* 被線圈1的磁場吸引，變?yōu)樽髠?cè)S和右側(cè)N的狀態(tài)并停止。

?假設(shè)當(dāng)線圈電流為Io時(shí)，產(chǎn)生的磁場大小為M0。

* 為了避免圖片過于繁雜，未在①～⑤的圖中表現(xiàn)出來，具體請參考右圖。

②

?若要使之從①順時(shí)針旋轉(zhuǎn)22.5°（90°的1/4），需要保持磁場強(qiáng)度M0并產(chǎn)生使永磁體在相應(yīng)位置停止的磁場。

?要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要使線圈1產(chǎn)生M0×cos（22.5°）≒M0×0.924的磁場，使線圈2產(chǎn)生M0×sin（22.5°）≒M0×0.383的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（22.5°）≒Io×0.924，將線圈2的電流控制為Io×sin（22.5°）≒Io×0.383。

③

?若要再向前旋轉(zhuǎn)22.5°（即從①順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°），需要產(chǎn)生相應(yīng)的磁場M0。

?要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要使線圈1產(chǎn)生M0×cos（45°）≒M0×0.707的磁場，使線圈2產(chǎn)生M0×sin（45°）≒M0×0.707的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（45°）≒Io×0. 707，將線圈2的電流控制為Io×sin（45°）≒Io×0.707。

④

?若要再向前旋轉(zhuǎn)22.5°（即從①向前旋轉(zhuǎn)67.5°），同樣需要產(chǎn)生相應(yīng)的M0。

?要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要使線圈1產(chǎn)生M0×cos（67.5°）≒M0×0.383的磁場，使線圈2產(chǎn)生M0×sin（67.5°）≒M0×0.924的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（67.5°）≒Io×0.383，將線圈2的電流控制為Io×sin（67.5°）≒Io×0.924。

⑤

?若要再向前旋轉(zhuǎn)22.5°（即從①旋轉(zhuǎn)90°），需要使電流Io通過線圈2，并使線圈1中的電流為0。

如上所述，磁場的大小恒定、根據(jù)角度控制流過各線圈的電流來形成磁場、并通過任意步距使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和停止的工作稱為“微步驅(qū)動(dòng)工作”。

該圖是將90°均分為四的1/4步進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)示例，不過目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)1/32步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。如前所述，步進(jìn)電機(jī)通過微步驅(qū)動(dòng)可進(jìn)行微小角度位置控制并減少噪聲和振動(dòng)。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?步進(jìn)電機(jī)可以通過微步驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的步距角控制。

?步進(jìn)電機(jī)使用微步驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行微小角度的位置控制，并且可以減少步進(jìn)電機(jī)的低速范圍的振動(dòng)和噪聲。

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