CVK系列步進電機和驅(qū)動器套件的特點

CVK 系列步進電機和驅(qū)動器套件的特點

步進電機因其易于使用和準確定位而被廣泛用于各種應(yīng)用。但近年來，大多數(shù)用戶要求高扭矩、低振動和更高的精度。

CVK 系列是一種步進電機和直流輸入驅(qū)動器組合，與傳統(tǒng)步進產(chǎn)品相比具有更高的扭矩、更低的振動和更高的精度。我們開發(fā)了重視扭矩的 1.8° 產(chǎn)品和重視低振動和高精度的 0.72°/0.36° 產(chǎn)品。CVK 系列的版本之間也高度兼容，便于標準化。

這里介紹一下CVK系列的特點和特點：

一、簡介

步進電機因其易于使用和高度精確的定位功能而被廣泛用于各種應(yīng)用。近年來，不斷提出高扭矩、低振動、高精度的要求。

CVK 系列是一種直流輸入步進電機和驅(qū)動器套件，與傳統(tǒng)步進產(chǎn)品相比具有更高的扭矩、更低的振動和更高的精度。1.8°步進電機和驅(qū)動器封裝（“1.8°封裝”）專注于扭矩，0.72°/0.36°步進電機和驅(qū)動器封裝（“0.72°/0.36°封裝”）提供低振動和高精度。1.8° 和 0.72°/0.36° 封裝的驅(qū)動器高度兼容。因此，可以根據(jù)某些特性選擇電機，因為兩種封裝的安裝特性相似，便于標準化。更換電機也可以輕松完成。

步進電機驅(qū)動器可采用交流或直流電源電壓。DC 型驅(qū)動器通常更便宜、更緊湊并且可以很容易地安裝在設(shè)備中。CVK 系列是為直流電源電壓開發(fā)的，適用于需要驅(qū)動器安裝在設(shè)備中的應(yīng)用（參見圖 1）。

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二、CVK系列產(chǎn)品線

CVK 系列提供范圍廣泛的封裝，包括 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進電機。具有最低振動和最高精度的高分辨率類型提供卓越的性能（參見表 1）。

1.8°和0.72°/0.36°步進電機的區(qū)別在于它們的結(jié)構(gòu)。圖 2 顯示了 1.8° 步進電機的定子，圖 3 顯示了 0.72°/0.36°（具體為 0.72°）步進電機的定子。

與0.72°步進電機相比，1.8°步進電機的繞組數(shù)（相數(shù)）較少，因此線圈的匝數(shù)和定子上的齒數(shù)較多，從而產(chǎn)生更高的扭矩.

1.8°和0.72°/0.36°步進電機的振動差異是由于相數(shù)不同。原則上1.8°和0.72°/0.36°步進電機的電機振動應(yīng)該是一樣的，只要步距角一樣。但實際上各相產(chǎn)生的力矩變化很小，導(dǎo)致電機產(chǎn)生抖動。由于0.72°/0.36°步進電機的相數(shù)較多，因此產(chǎn)生的扭矩變化被分散，導(dǎo)致振動低于1.8°步進電機。出于同樣的原因，它在定位方面非常準確。圖 4 顯示了 0.36° 高分辨率步進電機的定子。

高分辨率型的齒比標準型（0.72°）更細更小。由于這些特點，分散了產(chǎn)生扭矩的方差，使其不僅具有較低的振動，而且具有較高的定位精度。

3. CVK系列的特點

CVK系列具有以下特點：

與傳統(tǒng)步進電機相比扭矩更高

低振動，微步驅(qū)動，在整個速度范圍內(nèi)

1.8° 和 0.72°/0.36° 步進電機的通用驅(qū)動器設(shè)計

該驅(qū)動程序具有以下特點：

小巧纖薄的外形

兼容脈沖輸入線路驅(qū)動器或集電極開路型脈沖信號

簡單的電流設(shè)置

配備保護功能（報警輸出）

擴展的工作環(huán)境溫度范圍

4. CVK系列的特點

4.1. 轉(zhuǎn)矩特性

扭矩特性比傳統(tǒng)的直流輸入產(chǎn)品有所改善。1.8° 封裝采用雙極驅(qū)動系統(tǒng) (1)，這是我們傳統(tǒng)步進產(chǎn)品所不具備的。為此，低速扭矩得到了改善。0.72°/0.36°封裝采用專注于高速扭矩的繞組規(guī)格。

高速運行在電流上升之前快速切換電機繞組電流，這導(dǎo)致扭矩下降。為避免這種情況，可減少線圈的匝數(shù)，從而降低阻抗并加快電流上升。但是，扭矩會通過減少線圈的匝數(shù)而降低。為了解決這個問題，驅(qū)動器被構(gòu)建為兼容大電流輸出。

圖5顯示了CVK 1.8°封裝（CVK244AK）和傳統(tǒng)步進產(chǎn)品（CMK244-PAP）的速度-轉(zhuǎn)矩特性。此外，圖 6 顯示了 CVK 0.72°封裝（CVK544AK）和傳統(tǒng)產(chǎn)品（CRK544PAP）的速度-轉(zhuǎn)矩特性。

如前所述，與0.72°步進電機相比，1.8°步進電機在低速范圍內(nèi)具有更高的扭矩，0.72°步進電機的設(shè)計側(cè)重于高速扭矩。圖 7 顯示了 CVK 1.8° 和 0.72° 步進電機的速度-轉(zhuǎn)矩特性。

4.2. 振動特性

由于步進電機以一定角度為增量旋轉(zhuǎn)，因此有時步進引起的振動會成為問題。通過利用稱為直流測速發(fā)電機的速度傳感器，將速度轉(zhuǎn)換為電壓，可以指示速度與速度波動 (Vp-p) 之間的關(guān)系。圖8為CVK 1.8°步進電機與傳統(tǒng)步進產(chǎn)品的對比。圖9顯示了CVK 0.72°步進電機和傳統(tǒng)步進產(chǎn)品。

CVK 系列在整個速度范圍內(nèi)使用微步驅(qū)動器運行，因此無論速度如何都具有低振動。配合東方馬達特有的平穩(wěn)驅(qū)動功能，在0～50r/min的速度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，可減少振動。配合Oriental Motor對電流的相位修正，在50～200r/min的速度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)也能減少振動。此外，通過CVK驅(qū)動器內(nèi)置的振動抑制控制，在500r/min及以上的速度范圍內(nèi)運行可以減少振動。與傳統(tǒng)步進電機產(chǎn)品相比，1.8° 和 0.72° 步進電機均成功降低了振動，即使步距角發(fā)生變化，振動特性也不會改變。這是Oriental Motor獨有的微步控制功能的結(jié)果。

圖10顯示了CVK 1.8°和0.72°步進電機的振動特性比較。如圖所示，與 1.8° 步進電機相比，0.72° 步進電機的振動更低。

圖 11 顯示了 CVK 1.8° 封裝與相同電機與市售步進電機驅(qū)動器 IC 的振動特性比較。與市售驅(qū)動器相比，CVK 1.8°封裝具有更低的振動。

4.3. 停止位置精度

步進電機的停止位置精度在整步±0.05°以內(nèi)。在微步進過程中，如果驅(qū)動器的輸出電流不是失真較小的正弦波，則與全步進相比，停止位置精度會降低。與傳統(tǒng)步進產(chǎn)品相比，CVK 系列在微步進過程中的驅(qū)動器輸出電流波形更加準確。這導(dǎo)致停止位置精度的提高。圖12顯示了CVK 1.8°步進電機和傳統(tǒng)產(chǎn)品（CMK 1.8°步進電機）的停止位置精度。

圖13為CVK 0.72°步進電機與傳統(tǒng)步進產(chǎn)品（CRK 0.72°步進電機）的停止位置精度。同樣，0.72°步進電機的驅(qū)動器輸出電流波形和停止位置精度也有所提高。與1.8°步進電機相比，0.72°步進電機的繞組數(shù)更多，因此停止位置精度更高。除了標準型0.72°步進電機外，0.36°高分辨率型的停止位置精度也大大提高。圖 14 顯示了 0.36° 高分辨率型步進電機的停止位置精度。

五、CVK系列驅(qū)動器特點

5.1. 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進電機的通用驅(qū)動器設(shè)計

1.8° 和 0.72°/0.36° 封裝共享相同的硬件設(shè)計。由于兩者共享相同的驅(qū)動器功能、尺寸、連接器和 I/O 信號布局，因此很容易相互替換。表 2 顯示了驅(qū)動器的電機連接器引腳分配。1.8°和0.72°/0.36°步進電機的連接器是通用的，如表2所示，每種顏色的電機引線分別對應(yīng)不同的顏色。

當(dāng)同時使用 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進電機或從 1.8° 更改為 0.72°/0.36° 步進電機以降低振動時，無需更改接線或脈沖輸入。關(guān)于步距角，1.8°和0.72°/0.36°步進電機共用相同的設(shè)置開關(guān)，如表3所示。

5.2. 小巧纖薄的外形

盡管 CVK 系列的驅(qū)動器與傳統(tǒng)的直流輸入封裝產(chǎn)品相比具有改進的特性，但它們的驅(qū)動器框架尺寸保持不變。它比傳統(tǒng)步進電機產(chǎn)品（0.72°/0.36° CRK 系列）更薄，從而可以減小整體設(shè)備尺寸。圖 15 顯示了 CVK 系列驅(qū)動器的尺寸，圖 16 和 17 顯示了傳統(tǒng)步進電機產(chǎn)品驅(qū)動器的尺寸。

5.3. 與脈沖輸入線路驅(qū)動器兼容

CVK系列驅(qū)動器的脈沖驅(qū)動系統(tǒng)除了集電極開路方式外，還兼容線路驅(qū)動方式，與傳統(tǒng)的DC輸入封裝相同。與集電極開路方式相比，線驅(qū)動方式能夠更容易地輸入更高頻率的脈沖，因此即使設(shè)置了高分辨率也可以高速運行。另外，線驅(qū)動方式的耐電氣噪聲性好，具有可以遠距離使用脈沖線的優(yōu)點。圖 18 顯示了脈沖驅(qū)動系統(tǒng)的連接圖。

5.4. 當(dāng)前設(shè)置

CVK系列驅(qū)動器可通過16檔旋轉(zhuǎn)開關(guān)（RUN開關(guān)）輕松設(shè)定電機運行電流，無需電流表。當(dāng)負載較輕時，可以通過將電機運行電流設(shè)置為較低值（降低轉(zhuǎn)矩）來抑制電機的溫升。RUN 開關(guān)的設(shè)定值如表 4 所示。出廠設(shè)置為“F”模式。

可通過 STOP 開關(guān)更改靜止電流比。當(dāng)開關(guān)處于 OFF 位置時，電流為電機運行電流的 25%，當(dāng)開關(guān)處于 ON 位置時，電流為電機運行電流的 50%。

5.5. 保護功能（報警輸出）

CVK 系列驅(qū)動器配備了傳統(tǒng) DC 輸入封裝產(chǎn)品所不具備的保護功能（警報輸出）?？赏ㄟ^輸出信號檢測驅(qū)動器過熱、過電壓和過電流等異常情況。通過使用這些信號，可以從主控制器監(jiān)控條件。另外，發(fā)生警報時，驅(qū)動器的 PWR/ALM LED 閃爍紅色，通過計數(shù) LED 的閃爍次數(shù)，可以確認保護功能動作的原因。該功能便于檢查告警原因。發(fā)生警報時電機電流停止，電機失去保持力矩。表 5 表示報警內(nèi)容。

5.6. 擴展的操作環(huán)境

溫度范圍 驅(qū)動器輸出電路 FET 的導(dǎo)通電阻降低了傳統(tǒng)產(chǎn)品的約 1/20，以減少損耗。因此，即使輸出大電流，也不會產(chǎn)生熱量。此外，由于產(chǎn)生的熱量較少，CVK 驅(qū)動器的工作環(huán)境溫度范圍的上限從 40°C 提高到 50°C（104°F 到 122°F）（CMK 驅(qū)動器）。

6.總結(jié)

CVK 系列不僅充分利用了 1.8° 和 0.72°/0.36° 電機的特點，還實現(xiàn)了兩者之間的兼容性。此外，它還提供多種電機尺寸和優(yōu)勢，可根據(jù)應(yīng)用進行選擇。通過專注于該系列的脈沖驅(qū)動系統(tǒng)、電流設(shè)置和警報輸出功能的易用性，我們的工程師推動了對所有用戶易于使用的產(chǎn)品的開發(fā)。我們的最終目標是隨著未來產(chǎn)品線的擴展，讓CVK系列變得更容易選擇和使用。

　　審核編輯：湯梓紅