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超声 电机 减速器 传动 设计

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超声电机星型减速器传动器的设计,超声,电机,减速器,传动,设计

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洛阳理工学院毕业设计（论文）任务书 填表时间：2015 年 3 月 5 日 （指导教师填表）学生姓名骆开阳专业班级B110208指导教师杨奎民课题类型科研题目超声电机星型减速器传动器的设计主要研究目标(或研究内容)研究内容：1.技术领域:本装置涉及到一种新型电动执行器，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。2.背景技术:大型射电望远镜由于自身重量及风载的影响，其主反射面会偏离标准抛物面形状，这会严重降低射电望远镜的效率，其高频效率更会衰减5倍以上。为了提高其高频工作效率，需要将其主反射面切割成许多小块，每一块由一台电动执行器控制，利用电动执行器的主动运动来补偿主反射面的变形量，这种技术称之为主反射面主动调整技术。该系统的核心就是主反射面主动调整用电动执行器，与其他电动执行器相比其具有以下特点：1.功率重量比大；2. 定位精度高；3. 承受侧向力 4.可靠性高；5. 防水防尘 6. 防电磁辐射；7.掉电可自锁；8.能通过现场总线控制。由于国内现有电动执行器无法满足上述设计要求，因此有必要重新设计一台射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器。新型电动执行器的设计实践是巩固和深化大学生所学知识，提高他们理论综合分析和设计能力的一种行之有效的方法。通过设计可以培养学生在工程设计中包括结构分析、参数拟定、传动设计、强度计算等能力。3. 传动器技术要求：a) 传动形式：直线式b) 有效行程：60 mmc) 最大行程：60 mmd) 额定出力（N）：350e) 额定速度（mm/sec）：0.3f) 定位精度（mm）：0.05（负载不变的情况下）g) 内部防转机构：有h) 防护等级：IP67i) 使用温度范围（）：-40 - +60j) 抗侧向负载能力（N）：6000k) 垂直破坏负载力（N）：8000课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）目标：培养学生具有独立完成较复杂的电动传动器的能力。要求：1. 分析题目和设计技术要求，查阅18篇以上的相关文献资料。2. 图纸量不少于3张A0（至少1张中等难度的计算机绘图、1号图幅量的手工绘图）装配和零件图总量。验算设计参数并进行主要有零部件的强度校核；3. 英文翻译一篇、撰写12000字的毕业设计论文、开题报告各一份。进度计划第3周 第 5周 查阅资料，撰写开题报告第 6周 第11周 进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。第12周 第14周 完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书(论文)，写中文摘要并翻译。第15周 毕业设计论文定稿，打印。第1617周：答辩。主要参考文献1） 机械设计课程设计 于惠力等 科学出版社，20072) 机械设计课程设计 杨光等 高等教育出版社 20103) 简明机械设计手册 宋宝玉等 哈尔滨工业大学出版社20084) 机械设计手册第3卷：机械零部件设计(轴系、支承与其他),机械工业出版社，20105) 机械设计手册：单行本减速器和变速器 机械设计手册编委会编机械工业出版社，20076) 机械设计课程设计图册 向敬忠等 化学工业出版社 20097) 机械设计课程设计手册 张龙 国防工业出版社，20068) 机械原理 （第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001年）机械设计课程设计于惠力等.科学出版社，2007机械设计课程设计杨光等.高等教育出版社,2010指导教师签字： 系主任签字： 年 月 日洛阳理工学院毕业设计（论文）开题报告系（部）：机械工程学院 2015 年 4月23日 （学生填表）课题名称超声电机行星减速器促动器的设计学生姓名骆开阳专业班级B110207课题类型工程设计指导教师杨奎民职称课题来源科研1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 射电望远镜（radio telescope）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录处理和显示系统等。2012年10月28日，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海天文台正式落成。这台射电望远镜的综合性能排名亚洲第一、世界第四，能够观测100多亿光年以外的天体，将参与我国探月工程及各项深空探测。射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大，有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制成的射电望远镜。射电天文所研究的对象有太阳那样强的连续谱射电源有辐射很强但极其遥远因而角径很小的类星体有角径和流量密度都很小的恒星也有频谱很窄角径很小的天体微波激射源等。为了检测到所研究的射电源的信号将它从邻近背景源中分辨出来并进而观测其结构细节射电望远镜必须有足够的灵敏度和分辨率。灵敏度是指射电望远镜最低可测的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径越大分辨率越高。分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力因为两个点源角距须大于天线方向图的半功率波束宽度时方可分辨故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的半功率宽。为电波的衍射所限对简单的射电望远镜它由天线孔径的物理尺寸D 和波长决定。射电望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的望远镜镜简，也没有物镜，目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。 1931年，在美国新泽西州的贝尔实验室里，负责专门搜索和鉴别电话干扰信号的美国美国无线电工程师卡尔央斯基(Karl Guthe Jansky)发现：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰。 经过仔细分析，他在1932年发表的文章中断言：这是来自银河系中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元。当时他使用的是长30.5米、高3.66米的旋转天线阵，在14.6米波长取得了30度宽的 “扇形”方向束。此后，射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度。自从杨斯基宣布接收到银河系的射电信号后，美国人G雷伯潜心试制射电望远镜，终于在1937年制造成功。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米，在1.87米波长取得了12度的 “铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其它一些天体发出的无线电波。因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。1946年英国曼彻斯特大学开始建造直径66.5米的固定抛物面射电望远镜1955年建成当时世界上最大的76米直径的可转抛物面射电望远镜。与此同时澳美苏法荷等国也竞相建造大小不同和形式各异的早期射电望远镜。除了一些直径在10米以下主要用于观测太阳的设备外还出现了一些直径2030米的抛物面望远镜发展了早期的射电干涉仪和综合孔径射电望远镜。六十年代以来相继建成的有美国国立射电天文台的42.7米加拿大的45.8米澳大利亚的64米全可转抛物面美国的直径 305米固定球面工作于厘米和分米波段的射电望远镜（见固定球面射电望远镜）以及一批直径10米左右的毫米波射电望远镜。因为可转抛物面天线造价昂贵固定或半固定孔径形状（包括抛物面球面抛物柱面抛物面截带）的天线的技术得到发展从而建成了更多的干涉仪和十字阵（见米尔斯十字）。1962年 Ryle 发明了综合孔径射电望远镜并获得了1974年诺贝尔物理学奖。射电天文技术最初的起步和发展得益于二战后大批退役雷达的军转民用。射电望远镜和雷达的工作方式不同，雷达是先发射无线电波再接收物体反射的回波，射电望远镜只是被动地接收天体发射的无线电波.。20世纪50、60年代，随着射电技术的发展和提高，人们研究成功了射电干涉仪，甚长基线干涉仪，综合孔径望远镜等新型的射电望远镜射电干涉技术使人们能更有效地从噪音中提取有用的信号；甚长基线干涉仪通常是相距上千公里的。几台射电望远镜作干涉仪方式的观测，极大地提高了分辨率。六十年代末至七十年代初不仅建成了一批技术上成熟有很高灵敏度和分辨率的综合孔径射电望远镜还发明了有极高分辨率的甚长基线干涉仪这种所谓现代射电望远镜。另一方面还在计算技术基础上改进了经典射电望远镜天线的设计建成直径100米的大型精密可跟踪抛物面射电望远镜（德意志联邦共和国波恩附近。上世纪80年代以来，欧洲的VLBI网美国的VLBA阵日本的空间VLBI相继投入使用，这是新一代射电望远镜的代表，它们的灵敏度分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。其中，美国的超常基线阵列（VLBA）由10个抛物天线组成，横跨从夏威夷到圣科洛伊克斯8000千米的距离，其精度是哈勃太空望远镜的500倍，是人眼的60万倍。它所达到的分辨率相当让一个人站在纽约看洛杉矶的报纸。这样的精度是很多光学仪器都很难达到的，而射电望远镜只是通过电波信号的接受，就可以达到这种地步实在是令人叹为观止，这种先进的科技完全可以让人类生活发生巨大的改变，我们我合理利用这种先进技术去为人类服务。今天射电的分辨率高于其它波段几千倍，能更清晰地揭示射电天体的内核；综合孔径技术的研制成功使射电望远镜具备了方便的成像能力，综合孔径射电望远镜相当于工作在射电波段的照相机。为了更加清晰的接受到宇宙的信号，科学家们建议把射电望远镜搬到太空。2015年02月10日，科学家正计划从地球向宇宙发射信息，希望主动与太阳系其他生命取得联系，获取它们的信号。天文学家将通过射电望远镜把信号发射到数百个遥远的星系，希望获得开创性发现。这个计划由加利福尼亚州“地外智能生物搜索研究所”科学家负责。他们认为这个计划是人类太空探索的重要一步。如果计划进展顺利，距地球20光年的太空区域将收到这些信息。 巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线，球面天线，半波偶极子天线，螺旋天线等。最常用的是抛物面天线。天线对射电望远镜来说，就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波导）把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。2012年3月，65米口径可转动射电天文望远镜工程在上海佘山脚下紧张施工，这将是亚洲最大的该类型射电望远镜，总体性能在国际上处于第四位。据介绍，这台望远镜属于中国科学院和上海市政府重大合作项目，已于2012年10月28日在沪启动。据了解，这台65米的射电望远镜是中国科学院和上海市人民政府于2008年10月底联合立项的重大合作项目。其接收范围覆盖8个波段，总体性能列全球第四。这台65米的射电天文望远镜如同一只灵敏的耳朵，能仔细辨别来自宇宙的射电信号。它覆盖了从最长21厘米到最短7毫米的8个接收波段，涵盖了开展射电天文观测的厘米波波段和长毫米波波段，是中国目前口径最大、波段最全的一台全方位可动的高性能的射电望远镜，总体性能仅次于美国的110米射电望远镜、德国的100米射电望远镜和意大利的64米射电望远镜。望远镜采用的修正型卡塞格伦天线能在方位和俯仰两个方向转动，下方轨道上有6组共12个轮子驱动天线的方位转动，上方的俯仰大齿轮控制天线的俯仰运动，这使得望远镜可以以高精度指向需要观测的天体和航天器，其最高指向精度优于3角秒。 望远镜的主反射面面积为3780平方米（相当于9个标准篮球场），由14圈共1008块高精度实面板拼装成，每块面板单元精度达到0.1毫米，代表了国内大尺度高精度面板设计与制造技术的最高水平。主反射面的安装则采用了国内首创的主动面技术，在面板与天线背架结构的连接处安装有1104台高精度促动器，用以补偿跟踪观测时重力引起的反射面变形，提高高频观测的天线接收效率。促动器的单位精度可达15微米，即一根头发丝直径的一半左右。根据天线总体结构的不同，射电望远镜按设计要求可以分为连续和非连续孔径射电望远镜两大类。按机械装置和驱动方式，连续孔径射电望远镜（它通常又是非连续孔径的基本单元）还可分为三种类型。主要天线反射面固定，一般用移动馈源（又称照明器）或改变馈源相位的方法。 望远镜坐落的轨道由无缝焊接技术全焊接而成。这是国内首次采用全轨道焊接技术，解决了轨道焊接变形等多项技术难题。本次研究课题主要是针对射电望远镜中单盘抛物面天线的经典射电望远镜的的主反射面的抛物面的微调而准备的。主要的目的就是能够快速、准确的调整射电望远镜以达到清楚接受到远距离的宇宙信号，为我国的天文事业做出一丝微不足道，但是又是必不可少的贡献。不积跬步，无以至千里。本次的研究课题就是射电望远镜的小小基础，但是也是保证射电望远镜正常，准确运行的重要保证。而且我在这个课题中主要致力于研究射电望远镜的支架的电机系统，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。我采用的超声电机星型减速器传动器。超声电机的雏形最早由前苏联在60年代初提出。1973年，美国IBM公司的H.V Barth博士、前苏联的V.H.Lavrinenko等人研制出原理性的超声电机。80年代，日本许多科学工作者致力将美国和苏联的原理性样机开发成使用的超声电机，并于90年代初投入到商业应用。至今，日本、美国、俄罗斯、德国竞相研制各种类型和用途的超声电机。 超声电机与传统电机相比，具有结构简单、小型轻量、响应速度快，噪声低、低速大转矩、控制特点好、断电自锁、不受磁场干扰，运动准确等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。首先由于质量轻，低速且大转矩从而不需要附加齿轮等变速结构，避免了使用齿轮变速而产生的震动、冲击与噪声、低效率、难控制等一系列问题；其次它突破了传统电机的概念，没有电磁绕组和磁路，不用电磁相互作用来转换能力，而是利用压电陶瓷的逆压电效应、超声振动和摩擦耦合来转换能量。从而实现了安静、污染小；定位精度高；不受电磁干扰等优点。可以说超声电机技术处于世界上最新高科技之一。 采用超声电机是把最先进的科学技术用来服务科研，既可以使超声电机这种比较前沿的电机更快的投入的到民生、科研等等领域，又可以让射电望远镜的支架的传动系统更加简单、方便、降低成本。为天文望远镜事业做出一丝小小的贡献，还可以提高我们这些应届毕业生的设计能力，巩固我们大学生涯中所学到的知识，一举多得。2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 1、 研究射电望远镜的的支架结构 2、 确定超声电机的主要参数规格 3、 整个支架的传动系统的受力分析 4、 整个系统中主要零件的设计计算，并绘出零件图纸 5、 箱体的结构设计 6、 翻译本专业英文一篇3. 研究步骤、方法及措施 1、根据课题内容，查看有关书籍，认真了解和掌握射电望远镜支架的加工特点及加工能力范围，重点了解超声电机在射电望远镜支架中的地位及变速原理。2、通过分析论证，结合实践进行总体方案设计。包括确定支架箱体结构形式，制订变速的各传动轴和主动轴的总体布局形式及一些主要零部件的结构参数。3、根据合理性的要求不断反复的进行修改，以达到最终的设计要求和目的。争取使设计做的全面，正确。4. 研究工作进度 第3周 第 5周 查阅资料，撰写开题报告第 6周 第11周 进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。第12周 第14周 完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书(论文)，写中文摘要并翻译。第15周 毕业设计论文定稿，打印。第1617周： 答辩。5. 参考文献【1】 机械设计课程设计 于惠力等 科学出版社，2007【2】 机械设计课程设计 杨光等 高等教育出版社 2010【3】 简明机械设计手册 宋宝玉等 哈尔滨工业大学出版社2008【4】 机械设计手册第3卷：机械零部件设计(轴系、支承与其他),机械工业出版社，2010【5】 机械设计手册：单行本减速器和变速器 机械设计手册编委会编机械工业出版社，2007【6】 机械设计课程设计图册 向敬忠等 化学工业出版社 2009【7】 机械设计课程设计手册 张龙 国防工业出版社，2006【8】 机械原理 （第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001【9】 滚珠丝杠副及自锁装置 饶振纲等 国防工业出版社，1990【10】 滚珠螺旋传动设计基础 程光仁等 机械工业出版社，1987【11】 谐波齿轮传动的理论和设计 沈允文等 机械工业出版社，1985【12】 机械设计基础课程设计 王昆等 高等教育出版社，2013【13】 SolidWorks机械设计教程2012，詹迪维 机械工业出版社，2012【14】 机械设计第九版 蒲良贵等 高等教育出版社，2013【15】 AutoCAD2007中文版基础教程 孙小捞等 化学工业出版社，2012【16】 机械精度规范学(第二版) 何永熹等 北京理工大学出版社，2012【17】 机械设计制作及其自动化专业英语 马玉录等 化学工业出版社，2012教学系意见系主任签字： 年 月 日 步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。工作原理步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 永磁式步进电机永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度； 永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。 反应式步进电机反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。 混合式步进电机混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 变频器对步进电机的节能改造三相步进电机专用变频器特点： 1低频转矩输出180% ，低频运行特性良好 2.输出频率最大600Hz，可控制高速电机 3.全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动 4.加速、减速、动转中失速防止等保护功能 5.电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性 6.高速停机时响应快 7.丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强 8.采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高 9.全系列采用最新西门子IGBT功率器件，确保品质的高质量 基本原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 反应式步进电机由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。1/3 、2/3 ,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以 表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3 ，C与齿3向右错开2/3 ，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3 ，此时齿3与C偏移为1/3 ，齿4与A偏移（ -1/3 ）=2/3 。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3 ，此时齿4与A偏移为1/3 对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3 ,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3 改变为1/6 。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3 变为1/12 ，1/24 ，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（d/d）成正比 S 其磁通量=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=NI/R NI为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 感应子式步进电机1、特点 感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 4、动态指标及术语： 1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。 2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。 3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 4、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 如下图所示： 其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。 要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。 7、电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。 8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB或()时为反转。 步进电机的一些基本参数电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8（表示半步工作时为0.9、整步工作时为1.8），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 通常步进电机步距角的一般计算按下式计算。 =360/（ZmK） 式中 步进电机的步距角； Z转子齿数； m步进电动机的相数； K控制系数，是拍数与相数的比例系数 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有保持转矩。 步进电机特点1一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 Stepper motorStewart Heitmann , Pulin Gong and Michael Breakspear(1)School of Psychiatry, The University of New South Wales, Randwick, NSW, 2031,Australia(2)Black Dog Institute, Randwick, NSW, 2031,Australia(3)School of Physics, The University of Sydney, Camperdown, NSW, 2006,Australia(4)Faculty of Medicine, The University of Sydney, Camperdown, NSW, 2006,Australia(5)Queensland Institute of Medical Research, Herston, QLD, 4029,Australia(6)Royal Brisbane and Womens Hospital, Herston, QLD, 4029,AustraliaStewart HeitmannEmail: .auPublished online: 18 July 2011 Heitmann et al; licensee BioMed Central Ltd. 2011Stepper motor is the electric pulse signals into angular displacement or lineardisplacement of the open-loop stepper motor control element pieces. In the case ofnon-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequencyand pulse number, regardless of load changes, when the driver receives a step pulsesignal, it will drive a stepper motor to Set the direction of rotation of a fixed angle,called the step angle, which the angle of rotation is fixed step by step operation.Number of pulses can be controlled by controlling the angular displacement, so as toachieve accurate positioning purposes; the same time by controlling the pulsefrequency to control the motor rotation speed and acceleration, to achieve speedcontrol purposes.Work: Induction motor is a stepper motor, does it work is the use of electroniccircuits, the DC power supply into a time-sharing, multi-phase timing control current,this current stepper motor power supply, the stepper motor to work properly , Thedrive is sharing power supply for the stepper motor, the polyphase timing controllerAlthough the stepper motor has been widely used, but the stepper motor does not likea normal DC motor,AC motor in the conventional use. It must be double-ring pulsesignal, power driver circuit composed of the control system can be used. Therefore, itis not easy with a good stepping motor, which involves mechanical, electrical,electronics and computers, and many other specialized knowledge.As the stepper motor actuators, electromechanical integration, one of the keyproducts, widely used in a variety of automatic control systems. With the developmentof microelectronics and computer technology, increasing demand for stepper motor,has applications in all areas of the national economy.Categories:Now more commonly used include the reaction of step motor stepper motor(VR), permanent magnet stepper motor (PM), hybrid stepper motors (HB) andsingle-phase stepper motor.Permanent magnet stepper motorPermanent magnet stepper motor is generally two-phase, torque, and smaller,usually 7.5 degree step angle or 15 degrees;Permanent magnet stepper motor output torque, dynamic performance, but alarge step angle:Reaction Stepper MotorReaction is generally three-phase stepping motor can achieve high torque output,step angle of 1.5 degrees is generally, but the noise and vibration are large. Reactionby the stepper motor rotor magnetic circuit made of soft magnetic materials, anumber of the stator phase excitation winding, the use of permeability changes intorque.Step Motor simple structure, low production costs, step angle is small; but thedynamic performance is poor.Hybrid.Stepping MotorHybrid Step Motor combines reactive, permanent magnet stepper motors of both,its a small step angle, contribute a large, dynamic performance, is currently thehighest performance stepper motor. It is also sometimes referred to as PermanentMagnet Induction Stepping Motor. It consists of two phases and the five-phase: thegeneral two-phase step angle of 1.8 degrees and the general five-phase step angle 0.72degrees. The most widely used Stepper Motor.Stepper motor drive for energy savingThree-phase stepper motor drive special features: 180% low torque output, low frequency characteristics of a good run Maximum output frequency 600Hz, high-speed motor control full range of detection of protection (over voltage, under voltage, overload)instantaneous power failure restart acceleration, deceleration, such as dynamic change in the stall protectionfunction to prevent Electrical dynamic parameters of automatic recognition function to ensure stabilityand accuracy of the system quick response and high-speed shutdown abundant and flexible input and output interface and control, versatility use of SMT production and three full-mount anti-paint treatment process, productstability and high full range of Siemens IGBT power devices using the latest, to ensure thequality of high-qualityBasic principlesUsually for the permanent magnet rotor motor, when current flows through thestator windings, the stator windings produce a magnetic field vector. The magneticfield will lead to a rotor angle of the magnetic field makes the direction of a rotor andthe stators magnetic field direction. When the stator magnetic field vector rotating atan angle. As the rotor magnetic field is also transferred from another perspective.Anelectrical pulse for each input, the motor turning a point forward. It is the angulardisplacement of the output and input the number of pulses proportional to speed andpulse frequency is proportional to. Power to change the order of winding, the motorwill reverse. Therefore, the number of available control pulse, frequency and powerthe motor windings of each phase in order to control the stepper motor rotation.Reaction Stepper MotorAs the response to stepping motor works is relatively simple. The followingdescribes the first principle of three-phase stepping motor response.1, the structure: uniformly distributed rotor with many small teeth, the statorexcitation windings of three teeth, the geometric axis of the rotor tooth axis in orderwere staggered. 0,1 / 3, 2 / 3, (adjacent to the two axes of the rotor tooth pitchdistance between thesaid), that is, with the teeth a relatively homogeneous A, Band staggered tooth 2 to the right 1 / 3, C and the right to stagger tooth 3 2 / 3,Aand the tooth 5 is relatively homogeneous, (A is A, is the gear teeth 5 1) Thefollowing is the rotors expansion plan2, rotation: If theA-phase power, B, C phase is not energized, the magneticfield, alignment of teeth 1 and A, (without any power of the rotor are the same thefollowing). Such as the B-phase power,A, C phase is not energized, gear 2, and Bshould be aligned, when the rotor over to the right 1 / 3, this time offset teeth 3 andC 1 / 3, teeth 4 andAshift (-1 / 3 te) = 2 / 3. Such as the C-phase power,A, Bphase is not energized, gear 3, and C should be aligned, this time right off the rotorYouxiang 1 / 3, 4 andAgear shift time is 1 / 3alignment. Such as theA-phasepower, B, C phase is not energized, 4 and A-aligned teeth, the rotor Youxiang rightover 1 / 3so after A, B, C,Aare energized, gear 4 (ie, the previous tooth 1 teeth) totheA-phase, rotor to the right around a pitch, if you continue to press theA, B, C,A. . power, the motor for each step (per pulse) 1 / 3, Rotate Right. Such as byA,C, B,A. . power, the motor to reverse. This shows that: the location and speed ofmotor conduction times by the (number of pulses) and frequency into one relationship.The direction determined by the conductivity of the order. However, out of torque,smooth, noise and reduce the angle considerations. Often withA-AB-B-BC-C-CA-Athis conductive state, so that each step the original 1 / 3 changed to 1 / 6 Even throughdifferent combinations of two-phase current, so 1 / 3into 1 / 12, 1 / 24, te, whichis the basic theory of the motor-driven basis for subdivision. Easily introduced: mphase on the stator excitation windings, the axis of the rotor tooth axis were offset 1 /m, 2 / m . . (m-1) / m, 1.And conductivity at a certain phase sequence reversingmotor can be controlled - this is the rotation of the physical conditions.As long as wemeet this condition can theoretically create any phase stepper motor, because of cost,and many other considerations, the market generally two, three, four, five-phase ismore.3, the torque: the motor once energized, will produce between the stator androtor magnetic field (magnetic flux ) when the rotor and stator stagger angle toproduce force F and (d / d) is proportional to S the magnetic flux = Br * S Br forthe flux density, F and S for the magnetic area of L * D * Br core is proportionalto L, effective length, D is rotor diameter Br = N I / RN I was excited windingampere turns (current x turns) R for the magnetic resistance. Torque = force * radiusof the torque and the motor turns the effective volume *An * is proportional to theflux density (only consider the linear state), therefore, the greater the effective volumeof the motor, the greater the excitation ampere turns, the smaller air gap betweenstator and rotor, the motor torque, and vice versa.Induction Stepping Motor1,features: Induction, compared with the traditional reactive, structuralreinforced with a permanent magnet rotor, in order to provide the working point ofsoft magnetic materials, and the stator excitation magnetic field changes only need toprovide to provide the operating point of the consumption of magnetic materialsenergy, so the motor efficiency, current, low heat. Due to the presence of permanentmagnets, the motor has a strong EMF, the damping effect of its own good, it isrelatively stable during operation, low noise, low frequency vibration. Induction canbe seen as somewhat low-speed synchronous motor.Afour-phase motor can be usedfor four-phase operation, but also can be used for two-phase operation. (Must bebipolar voltage drive), while the motor is not so reactive. For example: four phase,eight-phase operation (A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A) can use two-phase eight-shotrun. Not difficult to find the conditions for C =, D =. a two-phase motors internalwinding consistent with the four-phase motors, small power motors are generallydirectly connected to the second phase, the power of larger motor, in order to facilitatethe use and flexible to change the dynamic characteristics of the motor, its externalconnections often lead to eight (four-phase), so that when used either as a four-phasemotors used, can be used for two-phase motor winding in series or parallel.2,classificationInduction motors can be divided in phases: two-phase motor,three phase motor, four-phase motor, five-phase motor. The frame size (motordiameter) can be divided into: 42BYG (BYG the Induction Stepping motor code),57BYG, 86BYG, 110BYG, (international standard), and like 70BYG, 90BYG,130BYG and so are the national standards.3, the stepper motor phase number of static indicators of terms: very differentlyon the N, S the number of magnetic field excitation coil. Common m said. Beatnumber: complete the necessary cyclical changes in a magnetic field pulses orconducting state with n said, or that turned a pitch angle of the motor pulses needed tofour-phase motor, for example, a four-phase four-shot operation mode thatAB-BC-CD-DA-AB, shot eight four-phase operation mode thatA-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.Step angle: corresponds to a pulse signal, theangular displacement of the rotor turned with said. = 360 degrees (the rotor teethnumber of J * run shot), the conventional two, four-phase, the rotor teeth 50 toothmotor as an example. Four step run-time step angle = 360 / (50 * 4) = 1.8 degrees(commonly called the whole step), eight-shot running step angle = 360 / (50 * 8) =0.9 degrees (commonly known as half step.) Location torque: the motor is notenergized in the state, its locked rotor torque (as well as by the magnetic field profileof harmonics caused by mechanical error) static torque: the motor under the ratedstatic electricity, the motor without rotation, the motor shaft locking torque. The motortorque is a measure of volume (geometry) standards, and drive voltage and drivepower, etc. has nothing to do.Although the static torque is proportional to theelectromagnetic magnetizing ampere turns, and fixed air gap between the rotor teethon, but over-use of reduced air gap, increase the excitation ampere-turns to increasethe static torque is not desirable, this will cause the motor heating and mechanicalnoise.4, the dynamic indicators and terminology:1, step angle accuracy: turn a stepper motor step angle for each actual value withthe theoretical value of the error. Expressed as a percentage: Error / StepAngle *100%. Its value is the number of different running different beat, four beat runningshould be within 5%, eight runs should take less than 15%.2 step: the motor running operation steps, is not equal to the theoretical numberof steps. Called the step.3, offset angle: the axis of the rotor tooth offset angle of the axis of the statorteeth, the motor is running there will be misalignment angle, the error caused by themisalignment angle, using division drive can not be solved.4, the maximum no-load starting frequency: a drive motor in the form of voltageand rated current, in the case without load, the maximum frequency can be starteddirectly.5, the maximum operating frequency of load: a drive motor in the form ofvoltage and rated current, the motor maximum speed with no load frequency.6, running torque-frequency characteristics: the motor under test conditions in ameasured frequency of operation between the output torque and running torque curveis called the frequency characteristic curve which is the motor number of the mostimportant dynamic is the fundamental basis for motor selection. As shown below:There used to frequency characteristics of other features, starting frequencycharacteristics. Electrical Once selected, the motor torque to determine the static anddynamic torque is not the case, the motor torque depends on the dynamics of theaverage motor current (rather than static current), the average current increases, thegreater the output torque of the motor, that motor frequency characteristics of themore hard. As shown below: where the maximum curve 3 current, or voltages; curve aminimum current, or voltage is the lowest curve and the load maximum speed of theintersection point of the load. For the average current, voltage increase as much aspossible, so that the use of small inductor high current motor.7, the resonance point of the motor: stepping motor has a fixed resonanceregion, two, four-phase Induction in the resonance region is generally between180-250pps (1.8 degree step angle) or about the 400pps (step angle 0.9 degrees), thehigher the motor drive voltage, motor current increases, the lighter the load, thesmaller the size the motor, the resonance shift upward, and vice versa, the motoroutput torque is large, yet further, and the whole system noise reduction, the generaloperating point should be offset more resonance.8, motor reversing control: timing is energized when the motor windingsAB-BC-CD-DAor () is a positive turn, power the timing for the DA-CD-BC-AB or ()when reversed.Some of the basic parameters of the stepper motorNatural step angle motorIt said each of the control system sends a pulse signal, the motor rotation angle.Motor factory, a step angle is given a value, such as 86BYG250Amotors is given in0.9 / 1.8 (half-step work that is 0.9 , when the work of the whole step 1.8 ), thestep angle can be called natural step angle motor, which is not necessarily true whenthe actual work the motor step angle, the real step angle and drive on.Stepper motor step angle is usually the general computing calculated as follows. = 360 / (Z m K)Where -stepper motor step angle;Z-rotor teeth;m-phase stepper motor number;K-control factor, the film is the ratio of the number of coefficients with the phasenumberPhase stepper motorRefers to the number of the motor coil group, the commonly used two-phase,three phase, four-phase, five-phase stepper motor. Different number of motor phases,the step angle is diffe