步進電動機分為機電式、磁電式及直線式三種基本類型:
機電式步進電動機
機電式步進電動機由鐵心、線圈、齒輪機構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時將產(chǎn)生磁力,推動其鐵心心子運動,通過齒輪機構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動一角度,通過抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置;線圈再通電,轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動一角度,依次進行步進運動。
磁電式步進電動機
磁電式步進電動機主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式3種形式。永磁式步進電動機由四相繞組組成。A相繞組通電時,轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場方向;A相斷電、B相繞組通電時,就產(chǎn)生一個新的磁場方向,這時,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一角度而位于新的磁場方向上,被激勵相的順序決定了轉(zhuǎn)子運動方向。永磁式步進電動機消耗功率較小,步矩角較大。缺點是起動頻率和運行頻率較低。 反應(yīng)式步進電動機在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽,利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進電動機步矩角可做到1°~15°,甚至更小,精度容易保證,起動和運行頻率較高,但功耗較大,效率較低。 永磁感應(yīng)子式步進電動機又稱混合式步進電動機。是永磁式步進電動機和反應(yīng)式步進電動機兩者的結(jié)合,并兼有兩者的優(yōu)點。
直線式步進電動機
有反應(yīng)式和索耶式兩類。索耶式直線步進電動機由靜止部分(稱為反應(yīng)板)和移動部分(稱動子)組成。反應(yīng)板由軟磁材料制成,在它上面均勻地開有齒和槽。電機的動子由永久磁鐵和兩個帶線圈的磁極A和B組成。動子是由氣墊支承,以消除在移動時的機械摩擦,使電機運行平穩(wěn)并提高定位精度。這種電機的最高移動速度可達1.5米/秒,加速度可達2g,定位精度可達20多微米。由兩臺索耶式直線步進電動機相互垂直組裝就構(gòu)成平面電動機。給x方向和y方向兩臺電機(圖3)以不同組合的控制電流,就可以使電機在平面內(nèi)做任意幾 用單片機控制的四相步迸電動機的電路圖
何軌跡的運動。大型自動繪圖機就是把計算機和平面電動機組合在一起的新型設(shè)備。平面電動機也可用于激光剪裁系統(tǒng),其控制精度和分辨力可達幾十微米。
步進電機是一種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢,運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖信號和方向信號),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
一、控制精度不同