步进电机

什么是步进电机？

步进电机的工作原理是，转子沿圆形路径分多个独立步骤移动。通过有目的地开启和关闭定子绕组，可以将转子移动至特定位置。这种操作方式使其与连续旋转的传统电机在原理上有所不同。

当电源切断时，转子仍保持在最近的步进位置，其磁铁产生无电流静态转矩。这种特性在许多电池驱动的应用中非常有利。由于电机控制器记录了已完成的步数，它也起到了编码器的作用。通常情况下，操作步进电机不需要额外的编码器。

FAULHABER 步进电机是如何设计的？

FAULHABER的步进电机均为两相设备，可设计成永磁电机或盘式磁电机。在盘式磁电机中，转子的盘形磁体上多达25对磁极像披萨片一样排列。一件式或两件式定子的绕组与圆盘磁体垂直放置。在永磁电机中，转子由一个包含多个小型永磁体的塑料套筒组成。绕组安装在两件式定子中。转子在两个半定子之间运行。

无论定子绕组的数量和排列如何，定子绕组都会以两相交替通电。每个相位，转子都会移动一个磁极段。这两种型号的步进电机相较于传统有刷电机和大量应用于大众电子产品的混合式步进电机，具有一系列设计相关的优势。

通常，传统的步进电机技术会针对速度、转矩或精度等特性进行优化。然而，FAULHABER的步进电机能够在多个类别中同时达到顶尖性能。在定位精度方面，它们可以达到绝对的峰值。例如，使用带有丝杠的FAULHABER步进电机时，最大位置偏差可以小于两微米。与FAULHABER的所有电机一样，这些步进电机的特点是能在极小的体积内提供极大的功率。

对于安全相关的应用场景，电机可以与额外的编码器结合使用。然而，由于电机控制器已经输出了位置数据，使用附加设备进行位置监控实际上是多余的。在实验室诊断、激光技术、技术显微镜、医疗技术、牙科以及半导体行业中，作为保护措施的编码器使用尤为常见。

FAULHABER步进电机如何工作？

步进电机的磁体，无论是作为独立的小磁体还是磁盘上的磁极对，都是转子的组成部分。定子由两个或多个环形排列的绕组组成。每个绕组分配给交替通电的两个相之一。在各相依次通电的过程中，磁场的交替吸引和排斥使转子产生逐步的圆周运动。

供电顺序由控制器确定。每个电流脉冲产生一个特定角度的轴的部分旋转。在相位完全打开和关闭的情况下，转子会在通电相位的磁场上自行定位并执行一个完整的步进。完成一次完整的旋转需要执行最大数量的单步并再次到达起始位置。

通过简单的开关相位，转子以整步移动。然而，不是在各相之间产生完整的电压变化，而是将电源划分为更小的步骤，从而导致绕组上电流的逐渐增大和减小。在这种情况下，供电遵循分级正弦波。接着，转子以子步或微步在各相之间移动。微步操作不仅使电机运行更安静，还实现了特别高的定位精度。

转子对磁场变化的响应具有微小的延迟，因此步进电机在开启后几乎立即达到最大功率。这使得步进电机特别适合需要频繁且快速改变方向的应用场景。