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永磁式步进电机原理2019年4月

1中山惠利普电机有限公司永磁式步进电机原理1中山惠利普电机有限公司目录一、步进电机概述；二、永磁式步进电机结构及工作原理（爪极型）;三、步进电机常用术语四、步进电机的特性；五、步进电机主要性能参数；六、测试方法及规则；七、摩擦机构打滑原理；八、常见故障及改善对策；2中山惠利普电机有限公司目录2中山惠利普电机有限公司一.步进电动机概述步进电机特点步进电动机（steppingmotor）也称脉冲电动机、脉动电动机、分级电动机；更老一些叫法也叫阶动电动机。步进电机是将电脉冲转换成角位移位的一种执行机构。3中山惠利普电机有限公司一.步进电动机概述步进电机特点3中山惠利普电机有限公司型号含意；如：24BYJ–48一.步进电动机概述电机直径步进电机永磁式减速装置4相8对极对数4中山惠利普电机有限公司型号含意；一.步进电动机概述电机直径步进电机永磁式减速装置4二、永磁式步进电机机构及工作原理（爪极型）1.结构由定子、转子、减速箱三大部分组成永磁爪极步进电机的典型结构如图1所示。整个电动机定转子的轴向均分为两段，中间由隔磁片隔开，两段互相间叉开一个步距角，每均由定子，转子以及套在定子的一个环形绕组所组成。每段定子内孔圆周上的极片呈爪形作环形对称排列，外面并绕两套反向串联的环形绕组，定子两段环形磁钢同向同轴联结径向充磁。5中山惠利普电机有限公司二、永磁式步进电机机构及工作原理（爪极型）1.结构5中山惠步进电机结构图6中山惠利普电机有限公司步进电机结构图6中山惠利普电机有限公司电机分解图7中山惠利普电机有限公司电机分解图7中山惠利普电机有限公司电机定子由---线圈（线球）、机壳、中齿板、上齿板组成。电机定子极爪之间的间隙要均等，极爪之间不能短路。8中山惠利普电机有限公司电机定子由---线圈（线球）、机壳、中齿板、上齿板组成。电机电机转子材料：烧结铁氧体、注塑铁氧体、稀土钕铁硼等电机转子通过充磁分为8个极对数与定子的8爪相匹配电机转子9中山惠利普电机有限公司电机转子材料：电机转子9中山惠利普电机有限公司定子与转子的间隙与力的关系1、定子与转子的间隙过大，电机的输出力及自定位力矩就会变小，出现吊力不良等现象。2、定子与转子的间隙过小，就会出现转子与定子容易擦壳，出现吊力不良、擦壳声等现象。10中山惠利普电机有限公司定子与转子的间隙与力的关系1、定子与转子的间隙过大，电机的输二、永磁式步进电机机构及工作原理2.工作原理设上段两反向绕组分别为A，A-两相，其中下段两反向绕组分别为B，B-两相，当在AO和BO两相绕组通电时，同一段内相领极片呈相反极性，转子在定子极片处于图3（a）所示的平衡位置。11中山惠利普电机有限公司二、永磁式步进电机机构及工作原理2.工作原理11中山惠利普永磁爪极步进电机工作原理图当把A，B相通电转换成AO，B-O两相通电后，这时定子极片极性全部反向。转子将向右移动一步，如图3(b)所示.如果继续改变通电状态，即由AB→AB-→A-B-→AB转子就会步进旋转，若改变通电顺序AB→A-B→A-B-→AB则电机反向旋转。12中山惠利普电机有限公司永磁爪极步进电机工作原理图当把A，B相通电转换成AO，B-O永磁爪极步进电机工作原理图13中山惠利普电机有限公司永磁爪极步进电机工作原理图13中山惠利普电机有限公司三、步进电动机的常用术语

1、步距角：

指每给一个电脉冲信号电动机转子应转过的角度的理论值。步距角（°）：θb=360°/m1p

式中P---转子极对数；m1----动行拍数，通常等于相数或相数的整数倍，即m1=km;m----电动机相数。2、转速

通常指转子运转一周的速度（减速步进电机指输出轴速度）

转速（RPM）:n=fθb/6°

式中：f=电源频率

θb=步距角

14中山惠利普电机有限公司三、步进电动机的常用术语1、步距角：14中山惠利普电三、步进电机的常用术语

3、静态转矩特性（a）保持转矩(holdingtorque)是指步进电机在励磁状态，用外力旋转输出轴时，抗拒外力所产生的最大转矩。保持转矩也叫最大静止转矩、最大保持转矩、堵转转矩。保持转矩大小随励磁电流的大小、励磁方式不同而不同。同一电动机二相励磁比起一相励磁通常保持转矩大1.4倍，但不能误认为通电相数越多，合成转矩越大。由于转矩受电源参数及电流大小的影响，会出现通电相数少时的转矩反而比通电相数多时大。步进电机的转速和转矩变化范围较宽，又受电源结构的影响，很难用功率表示步进电机的力能指标，而只能给出最大静转矩值。15中山惠利普电机有限公司三、步进电机的常用术语3、静态转矩特性15中山惠利普电

（b）自定位转矩：在电动机中使用永磁的PM型步进电机、HB型步进电机，即使没有励磁电流，由于磁钢所产生的磁场也会有持续作用于转子的转矩使之处于一个稳定平衡状态。

在这没有励磁状态下，从外部对输出轴施加转矩时，而产生的最大值称为自定位转矩（detenttorque）。自定位转矩也称为无励磁保持转矩或剩余转矩（residualtorque）。4、动态转矩特性（dynamictorquecharacters）(a)牵入转矩特性所谓牵入转矩（pull-in-torquecharacteristics）就是一种负载转矩,具体做法是用在直接连接在输出轴的滑轮上垂吊砝码的方法对轴加三、步进电机的常用术语16中山惠利普电机有限公司（b）自定位转矩：在电动机中使用永磁的PM型步进电机、上负载,再交替任意加上驱动脉冲、停止，使电动机一会儿启动，一会儿停止，这时电动机不得不有误动所测得的临界转矩。换而言之如果增加了所吊砝码的重量，就要引起电动机误转动，这时求得的临界转矩；表示驱动脉冲同临界转矩之间关系的这种特性称牵入转矩。在空载状态下，究竟多快的脉冲速率电动机就不能启动了，这种临界速度称最大自启动频率（maxstartingfrequency）。步进电机运转速度大多用脉冲速度表示，具体就是用在单位时间内施加的脉冲数（PPS）表示。三、步进电机的常用术语17中山惠利普电机有限公司上负载,再交替任意加上驱动脉冲、停止，使电动机一会儿

(b)牵出转矩特性牵出转矩特性（pull-out-torquecharacteristics）也叫牵出(pullin)特性、转换(slewing)特性。具体就是首先以一定负载使电动机自启动，然后逐步提高输入到电动机的脉冲速率，当脉冲速率提高到某一速率时就会引起电动机误动或者停转，牵出转矩特性就是表示这一临界脉冲和负载转矩之间的关系的特性。当空载时，脉冲速度超过此频率电动机就不能响应，称这一脉冲速率为最大响应频率（maxresponsefrequency）要求牵出转矩曲线时，先使电机启动，保持一定的输入脉冲速度不变，逐渐增加三、步进电机的常用术语18中山惠利普电机有限公司(b)牵出转矩特性三、步进电机的常用术语18负载转矩直到电机停止转动，这时求得临界转矩值，可以得到同样的特性曲线称这一曲线上的转矩为牵出转矩，这一值肯定比牵入转矩高。称牵出转矩和牵入转矩之间的范围为工作区域，在这一区域内运转时必须注意当改变脉冲速率时，不会因误步进或共振而引起失步。

三、步进电机的常用术语19中山惠利普电机有限公司负载转矩直到电机停止转动，这时求得临界转矩值，可以得5、响应特性

步进电机运转时，只要看一看旋转角度（rad）、旋转角速度（rad/s）随时间的推移是如何变化的，就明白转子是一边振动一边旋转的，停止时是先过冲后再一边作衰减振动一边停下来。称表示这种旋转震荡过程的特性为响应特性，其中只输入一个脉冲时旋转震荡结果的特性叫单步响应特性，输入连续脉冲时的响应特性称为连续响应特性。这种响应特性也叫动特性，为了防止共振、振动应采取最合适的运转方式，这是十分重要的特性。单步响应特性，图中所示是静态转矩和单步响应的关系，当输入一次脉冲转子向目标平衡点（A），当到达A点时由于转子惯量不能马上停止，而要略转过头。三、步进电机的常用术语20中山惠利普电机有限公司5、响应特性三、步进电机的常用术语20中山惠利普电机有限公司（b）连续响应特性步进电机应随脉冲信号旋转，应根据输入的脉冲速率按比例变化旋转。但是由于转子、负载的惯量，转子的实际动作总要比脉冲速率早一点或迟一点，有时跟不上脉冲信号的变化会失步。6、共振特性

步进电机每输入一次脉冲目标稳定点就会更换，不断的产生新的转矩，一边牵引着负载转矩一边持续旋转。当接近目标位置，产生的转矩也变小，然后又有新的脉冲输入，转子按照转换成的大转矩加速。这种振动周期三、步进电机的常用术语21中山惠利普电机有限公司（b）连续响应特性步进电机应随脉冲信号旋转，应根据输同输入脉冲的周期同步就会发生共振，这是步进电机的缺点。步进电机的共振频率如果只有电动机的固有振动频率的数倍数，在50～300PPS左右产生共振，称低频共振；如接近电动机的电气常数的1000PPS左右的工作区域产生共振，称中频共振；再往上的高速范围发生共振称高频共振。7、矩角特性步进电机转子离开平衡位置后所具有恢复转矩，随着转角偏移而变化。步进电机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。假设其按正弦规律变化，用数字公式表示如下：T=-TKsinθe三、步进电机的常用术语22中山惠利普电机有限公司同输入脉冲的周期同步就会发生共振，这是步进电机的缺点。步

TK------最大静转矩（N.m）θe------用电角度表示的位移角(°)。8、角度精度特性：特别对于用作定位控制的步进电机，角度精度是个十分重要的特性，因为这一精度直接影响到装置本身的性能，可以用这一精度来判定装置是否合格。（a）静态角度精度（Positionalaccuracy）也叫作静止位置精度，理论上是用偏离静止位置的误差来表示的。具体做法是在电机的输出轴上加一个对于评价精度有足够分解力的编码器，当从任何位置使电机旋转N步时，理论上的全部旋转角度NX（基本步距角）同实际从编码器测得的旋转角度之间的误差用曲线表示，其最大值ΔQmax和最小（负最大值）三、步进电机的常用术语23中山惠利普电机有限公司TK------最大静转矩（N.m）三、步进电机ΔQmax之间的1/2幅度，再用%来表示这就是静止角度精度。另外也有用角度来表示静止角度精度。b）步距角精度（stepaccuracy）也叫领接角度精度、步进精度。是评价一步距实际测得角度和理论角度（基本步距角）之间的偏差精度。具体的计算方法是从任意位置，一步一步地使电动机旋转360°，实际测出每一步的旋转位置，再在每一步中算出领接的实际旋转角度αn，最后求出αn和理论步距角Qs之间的差Δdn.。三、步进电机的常用术语24中山惠利普电机有限公司ΔQmax之间的1/2幅度，再用%来表示这就是静

9、温升（a）静态温升：电机静止不动时，按规定的运行方式中最多的相数通额定静态电流，达到稳定热平衡状态时的温升。步进电机是一种效率不太高的机电能量转换器件，应该允许其长时间在静止不动的状态下通以额定电流，温升最高限度有绝缘等级决定。一般采用电阻法测量电机温升。（b）动态温升：电机在某一频率下空载运行，按规定的时间进行工作，运行时间结束后电机达到的温升。和静态温升不同，静态温升仅与绕组的铜耗决定，而动态温升除铜耗外，铁耗也影响动态温升。三、步进电机的常用术语25中山惠利普电机有限公司9、温升三、步进电机的常用术语25中山惠利普电机10、转矩特性：表示最大静转矩和单相通电时电流的关系。随着电流的增加，开始时，静转矩随电流变化线性增加，当电流增加到一定数值时，转矩便缓慢地增加呈线饱和趋势，继而不增加。11、惯频特性

启动频率与负载惯量的关系叫做惯频特性。启动频率在负载转矩及其它条件不变的情况下，随着负载惯量的增加而下降。三、步进电机的常用术语26中山惠利普电机有限公司10、转矩特性：表示最大静转矩和单相通电时电流的关系。随着电四、步进电机运转方式.步进电机的励磁所谓励磁就是让电流流过线圈，使定子极磁化，只要不断交替转换励磁就能够使电机旋转。二相电动机的励磁方式，常见的有如下4中：1）

1相励磁方式2）

2相励磁方式3）

1—2相励磁方式除此之外还有双1—2相励磁方式，这是微步进励磁中步进角最粗的特殊情况。27中山惠利普电机有限公司四、步进电机运转方式.27中山惠利普电机有限公司

1、1相励磁方式1相励磁方式电动机只有1相线圈，对这一相线圈依次通电励磁。由于这种方式在某些期间有线圈完全没有电流通过，所以电机的导体利用率比较低。缺点是产生转矩小，但反过来也带来了输入小、温升低的优点。2、2相励磁方式2相励磁方式是A和B相2个线圈同时励磁的方式，这是步进电机最常见的方法。四、步进电机运转方式.28中山惠利普电机有限公司1、1相励磁方式四、步进电机运转方式.28中山惠利普电

3、1—2相励磁方式

这1—2相励磁方式是1相励磁和2相励磁交替组成的励磁方式，1相励磁的稳定平衡点和2相励磁稳定平衡点电气角45°，及错开1/2基本步距角，所以用这种励磁方式可以使电机停在基本步距角的一半处。因而这种励磁方式又称半步进励磁。与此相对应基本步距角旋转的励磁方式也称为全步进励磁。用1—相励磁产生的转矩变动小，不易受到共振频率变化的影响，因此可以用这种方式解决振动的噪音的问题。四、步进电机运转方式.29中山惠利普电机有限公司3、1—2相励磁方式四、步进电机运转方式.29中山惠利五、步进电机主要性能参数；1.电性能：(electricperformance)1）相数（numberofphase）2）驱动方式(drivemodel)3）步距角(stepangle)4）额定电压(voltage)5）直流电阻(resistanceofperphase)6）最大空载牵出频率(maxresponsefrequency)7）最大牵入频率(maxresponsefrequency)8）牵入转矩(putintorque)9）绝缘电阻(insulationresistance)10)绝缘介电强度(dielectricbreakdownofinsulation)30中山惠利普电机有限公司五、步进电机主要性能参数；1.电性能：(electricp五、步进电机主要性能参数11)绝缘等级12)温升(temperatureofmotorbobbincoil)2.机械性能:(mechanicalperformance)1)外观(outsideview)2)电机结构及外形尺寸(motorstructureandsize)3)重量(weight)4)摩擦转矩(frictionaltorqueofoutputshaft)5)噪音(noiselevel)6)输出轴机械强度(outputshaftmechanicalstrength)7)

引出线强度(leadwirestrength)8)

自定位转矩(detenttorque)31中山惠利普电机有限公司五、步进电机主要性能参数11)绝缘等级31中山惠六、测试方法及规则：1.试验电源a)输出电压波动不超过±2%；b)电压波动系数不大于5%；c)各相静态电流不平衡不大于2%。2．直流电阻试验后的电机在常温下放置到稳定温度（不少于2h）后，用电阻测量仪测量每相绕组的直流电阻，按式（1）换算到25℃时的直流电阻。（计算公式见式1）式1:R=Rt/[1+α(t-25)]--------(1)32中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：1.试验电源32中山惠利普电机六、测试方法及规则：R—温度为25℃时的绕组直流电阻，Ω；Rt--温度为t℃时的绕组直流电阻，Ω；α—温度系数，铜导线α=0.004，1/℃；t--测量绕组直流电阻Rt时的室温,℃。3．最大空载牵入频率电机空载，加额定电压，采用预置脉冲数或其它能检查失步的方法，使电机从锁定状态突然起动，测出转子在三个不同位置的正反两个转向的最高牵入频率。4．最大空载牵出频率33中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：R—温度为25℃时的绕组直流电阻，六、测试方法及规则：电机空载，加额定电压，逐渐升高脉冲频率，采用能检查失步的方法，测出电机在正反两个转向的能不失步的最高牵出频率。5．牵入转矩

电机加额定电压、额定频率，采用预定脉冲数或其它能检查失步的方法，先加上一定的负载，然后从锁定状态突然起动，测出转子在三个不同位置的正反两个转向的不失步的最大转矩。6．自定位转矩电机不通电，用力矩表将转矩加到输出轴上，缓慢增加转矩，直到输出轴开始连续旋转前的最大转矩。34中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：电机空载，加额定电压，逐渐升高脉冲六、测试方法及规则：7．摩擦转矩电机两相加额定电压锁定转子，用力矩表将力矩加到输出轴上，使输出轴开始连续旋转时的力矩。8．温升电机在常温常湿下放置到稳定温度（不小于2h）后，测量绕组的直流电阻R1和此时的室温t1，然后电机加额定电压，频率为100Hz空载运行到稳定温度（不小于2h）后，测量同一绕组和直流电阻R2和此时的室温t2，温升按式（2）计算。（计算公式见式2）式2：35中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：7．摩擦转矩35中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：θ=〔（R2-R1）/R1

〕×(235+t1)+（t1-t2）-(2)θ——电机温升，K；R2—绕组达到通电稳定温度时的直流电阻Ω；R1—绕组达到不通电稳定温度时的直流电阻Ω；t1—测量绕组直流电阻R1的室温，℃t2——测量绕组直流电阻R2的室温，℃。9．噪声将电机置于垫有20mm厚毛毡的木制V形槽内，然后电机加额定电压，频率为100Hz，空载运行15s后用精密声级计的传声器置于离电机端面（轴伸侧）100mm处，测出声功率级（A计权）。10．输出轴机械强度36中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：θ=〔（R2-R1）/R1〕×(23六、测试方法及规则：

在电机输出轴离轴端3mm处，逐渐施加19.6N的径向力，历时10s后，无变形和结构破坏。在电机输出轴的轴线方向，逐渐施加19.6N的轴向拉力，历时10s后，无变形和结构破坏。在电机输出轴的轴线方向，逐渐施加19.6N的轴向推力，历时10s后，无变形和结构破坏。11．引出线强度电机端和插头端的引线垂直向下，将9.8N的力分别逐渐施加于每根引出线的末端，加力时应使引出线的芯线和绝缘层均受力，历时10s后，无拉断及绝缘层和芯线无脱落和损伤。37中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：在电机输出轴离轴端3mm处，逐渐施加七、摩擦机构打滑原理

1.作用：起过载保护作用。当电机输出轴受外界冲击或过载时，摩擦机构打滑，从而保护电机内部的传动齿轮不被破坏。2.结构：由输出轴杆和摩擦片1、弹簧片或摩擦片2、齿轮片组成。（见附图）输出轴摩擦片齿轮E摩擦片铆接处输出轴摩擦片齿轮E摩擦片铆接处输出轴蝶形簧片齿轮E摩擦片铆接处输出轴摩擦片齿轮E弹簧片铆接处图4（摩擦机构示意图）38中山惠利普电机有限公司七、摩擦机构打滑原理1.作用：起过载保护作用。当电机输出八、步进电机常见故障及解决办法1.总装生产常见故障(如下).序号故障现象产生原因解决办法备注1虚焊/漏焊/短路1焊接处氧化2电烙铁温度不良3员工作方法不对或员工作业不认真1剔除不良品处理氧化层2调节烙温度至要求值3对操作人员进行培训确保作业标准2电机不转1线圈断路、短路；2线圈引出线焊接错误；3三角弹片卡住转子；4转子或齿轮间有异物卡住；5转子未充磁;1将不良线圈拆下找专业人员维修;2将电机打开将三角弹片更换;3拆开电机将异物清除;4更换合格的电机转子;3牵入转矩偏小

1转子磁性能不符合要求；2轴套过紧，；3三角弹片过高；4齿轮啮合不好；5线圈电阻偏大,超出要求范围;1更换合格的电机转子;2测量输出轴杆/盖板孔/轴套内外孔,更换不合格配件;3调节三角弹片的高度;4盘转子轮箱,清啮合不良部位或更换不良齿轮;5更换合格的线球;39中山惠利普电机有限公司八、步进电机常见故障及解决办法1.总装生产常见故障(如下步进电机常见故障及解决办法序号故障现象产生原因解决办法备注4电机旋转方向不对1线圈引出线焊反；2引出线线色排列错误；1调整线圈接线位置；2对接插件线色排列进行返修；5电机运行擦壳

1上磁板、中磁板、外壳极爪变形/不同心或极爪内径偏小引起；2转子外径偏大及转子同轴度偏大引起；3极爪与转子间有屑子或异物引起；1采用专工具对极爪内径进行确认,更换不合格配件或交专业人员采用专用工具进行整形后使用;2更换合格转子组件;3清理转子与极爪间的屑子和异物;6电机内有异物1转子组件表面清理不干净;2线圈组件内孔清理不干净；3工作面不干净导致异物带入；4线圈组件装入未按要求平行装入导致产生异物;1将转子异物清理干净;2将线圈内异物清理干净;40中山惠利普电机有限公司步进电机常见故障及解决办法序号故障现象产生原因解决办法备注4步进电机常见故障及解决办法

序号故障现象产生原因解决办法备注7耐压不良1线球漆包线碰到机壳,主要原因是骨架毛刺挂线\线绕制太松溢出；1将线圈挂线部位整理好采用绝缘胶带将漆包线包扎2-3圈;2控制骨架来料质量,线槽内不允许有毛刺;3线球制作时每圈线的张力要按要求设置,保证绕线的松紧;8电机运转噪音1转子底部润滑油过多或过少；2转子各磁极不均匀；3三角弹片过低；4齿轮间啮合不好。1适当调整转子底部的润滑油量；并对操作者进行培训;2换合格的转子组件；3更换或调整三角弹片高度；4检查齿轮啮合情况更换不良部件;9转轴打滑1输出轴组件摩擦力矩偏小;2操作者操作手法不正确;3转子表磁太高(高性能转子)自定位力矩大于输出轴组件摩擦力矩;1更换合格的输出轴组件;2对操作者进行培训;3高性能转子电机,转轴出打滑的采用扭力计测试,摩擦力矩>1000GF.CM的判为合格;41中山惠利普电机有限公司步进电机常见故障及解决办法序号故障现象产生原因解决办法备谢谢！42中山惠利普电机有限公司谢谢！42中山惠利普电机有限公司永磁式步进电机原理2019年4月

43中山惠利普电机有限公司永磁式步进电机原理1中山惠利普电机有限公司目录一、步进电机概述；二、永磁式步进电机结构及工作原理（爪极型）;三、步进电机常用术语四、步进电机的特性；五、步进电机主要性能参数；六、测试方法及规则；七、摩擦机构打滑原理；八、常见故障及改善对策；44中山惠利普电机有限公司目录2中山惠利普电机有限公司一.步进电动机概述步进电机特点步进电动机（steppingmotor）也称脉冲电动机、脉动电动机、分级电动机；更老一些叫法也叫阶动电动机。步进电机是将电脉冲转换成角位移位的一种执行机构。45中山惠利普电机有限公司一.步进电动机概述步进电机特点3中山惠利普电机有限公司型号含意；如：24BYJ–48一.步进电动机概述电机直径步进电机永磁式减速装置4相8对极对数46中山惠利普电机有限公司型号含意；一.步进电动机概述电机直径步进电机永磁式减速装置4二、永磁式步进电机机构及工作原理（爪极型）1.结构由定子、转子、减速箱三大部分组成永磁爪极步进电机的典型结构如图1所示。整个电动机定转子的轴向均分为两段，中间由隔磁片隔开，两段互相间叉开一个步距角，每均由定子，转子以及套在定子的一个环形绕组所组成。每段定子内孔圆周上的极片呈爪形作环形对称排列，外面并绕两套反向串联的环形绕组，定子两段环形磁钢同向同轴联结径向充磁。47中山惠利普电机有限公司二、永磁式步进电机机构及工作原理（爪极型）1.结构5中山惠步进电机结构图48中山惠利普电机有限公司步进电机结构图6中山惠利普电机有限公司电机分解图49中山惠利普电机有限公司电机分解图7中山惠利普电机有限公司电机定子由---线圈（线球）、机壳、中齿板、上齿板组成。电机定子极爪之间的间隙要均等，极爪之间不能短路。50中山惠利普电机有限公司电机定子由---线圈（线球）、机壳、中齿板、上齿板组成。电机电机转子材料：烧结铁氧体、注塑铁氧体、稀土钕铁硼等电机转子通过充磁分为8个极对数与定子的8爪相匹配电机转子51中山惠利普电机有限公司电机转子材料：电机转子9中山惠利普电机有限公司定子与转子的间隙与力的关系1、定子与转子的间隙过大，电机的输出力及自定位力矩就会变小，出现吊力不良等现象。2、定子与转子的间隙过小，就会出现转子与定子容易擦壳，出现吊力不良、擦壳声等现象。52中山惠利普电机有限公司定子与转子的间隙与力的关系1、定子与转子的间隙过大，电机的输二、永磁式步进电机机构及工作原理2.工作原理设上段两反向绕组分别为A，A-两相，其中下段两反向绕组分别为B，B-两相，当在AO和BO两相绕组通电时，同一段内相领极片呈相反极性，转子在定子极片处于图3（a）所示的平衡位置。53中山惠利普电机有限公司二、永磁式步进电机机构及工作原理2.工作原理11中山惠利普永磁爪极步进电机工作原理图当把A，B相通电转换成AO，B-O两相通电后，这时定子极片极性全部反向。转子将向右移动一步，如图3(b)所示.如果继续改变通电状态，即由AB→AB-→A-B-→AB转子就会步进旋转，若改变通电顺序AB→A-B→A-B-→AB则电机反向旋转。54中山惠利普电机有限公司永磁爪极步进电机工作原理图当把A，B相通电转换成AO，B-O永磁爪极步进电机工作原理图55中山惠利普电机有限公司永磁爪极步进电机工作原理图13中山惠利普电机有限公司三、步进电动机的常用术语

1、步距角：

指每给一个电脉冲信号电动机转子应转过的角度的理论值。步距角（°）：θb=360°/m1p

式中P---转子极对数；m1----动行拍数，通常等于相数或相数的整数倍，即m1=km;m----电动机相数。2、转速

通常指转子运转一周的速度（减速步进电机指输出轴速度）

转速（RPM）:n=fθb/6°

式中：f=电源频率

θb=步距角

56中山惠利普电机有限公司三、步进电动机的常用术语1、步距角：14中山惠利普电三、步进电机的常用术语

3、静态转矩特性（a）保持转矩(holdingtorque)是指步进电机在励磁状态，用外力旋转输出轴时，抗拒外力所产生的最大转矩。保持转矩也叫最大静止转矩、最大保持转矩、堵转转矩。保持转矩大小随励磁电流的大小、励磁方式不同而不同。同一电动机二相励磁比起一相励磁通常保持转矩大1.4倍，但不能误认为通电相数越多，合成转矩越大。由于转矩受电源参数及电流大小的影响，会出现通电相数少时的转矩反而比通电相数多时大。步进电机的转速和转矩变化范围较宽，又受电源结构的影响，很难用功率表示步进电机的力能指标，而只能给出最大静转矩值。57中山惠利普电机有限公司三、步进电机的常用术语3、静态转矩特性15中山惠利普电

（b）自定位转矩：在电动机中使用永磁的PM型步进电机、HB型步进电机，即使没有励磁电流，由于磁钢所产生的磁场也会有持续作用于转子的转矩使之处于一个稳定平衡状态。

在这没有励磁状态下，从外部对输出轴施加转矩时，而产生的最大值称为自定位转矩（detenttorque）。自定位转矩也称为无励磁保持转矩或剩余转矩（residualtorque）。4、动态转矩特性（dynamictorquecharacters）(a)牵入转矩特性所谓牵入转矩（pull-in-torquecharacteristics）就是一种负载转矩,具体做法是用在直接连接在输出轴的滑轮上垂吊砝码的方法对轴加三、步进电机的常用术语58中山惠利普电机有限公司（b）自定位转矩：在电动机中使用永磁的PM型步进电机、上负载,再交替任意加上驱动脉冲、停止，使电动机一会儿启动，一会儿停止，这时电动机不得不有误动所测得的临界转矩。换而言之如果增加了所吊砝码的重量，就要引起电动机误转动，这时求得的临界转矩；表示驱动脉冲同临界转矩之间关系的这种特性称牵入转矩。在空载状态下，究竟多快的脉冲速率电动机就不能启动了，这种临界速度称最大自启动频率（maxstartingfrequency）。步进电机运转速度大多用脉冲速度表示，具体就是用在单位时间内施加的脉冲数（PPS）表示。三、步进电机的常用术语59中山惠利普电机有限公司上负载,再交替任意加上驱动脉冲、停止，使电动机一会儿

(b)牵出转矩特性牵出转矩特性（pull-out-torquecharacteristics）也叫牵出(pullin)特性、转换(slewing)特性。具体就是首先以一定负载使电动机自启动，然后逐步提高输入到电动机的脉冲速率，当脉冲速率提高到某一速率时就会引起电动机误动或者停转，牵出转矩特性就是表示这一临界脉冲和负载转矩之间的关系的特性。当空载时，脉冲速度超过此频率电动机就不能响应，称这一脉冲速率为最大响应频率（maxresponsefrequency）要求牵出转矩曲线时，先使电机启动，保持一定的输入脉冲速度不变，逐渐增加三、步进电机的常用术语60中山惠利普电机有限公司(b)牵出转矩特性三、步进电机的常用术语18负载转矩直到电机停止转动，这时求得临界转矩值，可以得到同样的特性曲线称这一曲线上的转矩为牵出转矩，这一值肯定比牵入转矩高。称牵出转矩和牵入转矩之间的范围为工作区域，在这一区域内运转时必须注意当改变脉冲速率时，不会因误步进或共振而引起失步。

三、步进电机的常用术语61中山惠利普电机有限公司负载转矩直到电机停止转动，这时求得临界转矩值，可以得5、响应特性

步进电机运转时，只要看一看旋转角度（rad）、旋转角速度（rad/s）随时间的推移是如何变化的，就明白转子是一边振动一边旋转的，停止时是先过冲后再一边作衰减振动一边停下来。称表示这种旋转震荡过程的特性为响应特性，其中只输入一个脉冲时旋转震荡结果的特性叫单步响应特性，输入连续脉冲时的响应特性称为连续响应特性。这种响应特性也叫动特性，为了防止共振、振动应采取最合适的运转方式，这是十分重要的特性。单步响应特性，图中所示是静态转矩和单步响应的关系，当输入一次脉冲转子向目标平衡点（A），当到达A点时由于转子惯量不能马上停止，而要略转过头。三、步进电机的常用术语62中山惠利普电机有限公司5、响应特性三、步进电机的常用术语20中山惠利普电机有限公司（b）连续响应特性步进电机应随脉冲信号旋转，应根据输入的脉冲速率按比例变化旋转。但是由于转子、负载的惯量，转子的实际动作总要比脉冲速率早一点或迟一点，有时跟不上脉冲信号的变化会失步。6、共振特性

步进电机每输入一次脉冲目标稳定点就会更换，不断的产生新的转矩，一边牵引着负载转矩一边持续旋转。当接近目标位置，产生的转矩也变小，然后又有新的脉冲输入，转子按照转换成的大转矩加速。这种振动周期三、步进电机的常用术语63中山惠利普电机有限公司（b）连续响应特性步进电机应随脉冲信号旋转，应根据输同输入脉冲的周期同步就会发生共振，这是步进电机的缺点。步进电机的共振频率如果只有电动机的固有振动频率的数倍数，在50～300PPS左右产生共振，称低频共振；如接近电动机的电气常数的1000PPS左右的工作区域产生共振，称中频共振；再往上的高速范围发生共振称高频共振。7、矩角特性步进电机转子离开平衡位置后所具有恢复转矩，随着转角偏移而变化。步进电机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。假设其按正弦规律变化，用数字公式表示如下：T=-TKsinθe三、步进电机的常用术语64中山惠利普电机有限公司同输入脉冲的周期同步就会发生共振，这是步进电机的缺点。步

TK------最大静转矩（N.m）θe------用电角度表示的位移角(°)。8、角度精度特性：特别对于用作定位控制的步进电机，角度精度是个十分重要的特性，因为这一精度直接影响到装置本身的性能，可以用这一精度来判定装置是否合格。（a）静态角度精度（Positionalaccuracy）也叫作静止位置精度，理论上是用偏离静止位置的误差来表示的。具体做法是在电机的输出轴上加一个对于评价精度有足够分解力的编码器，当从任何位置使电机旋转N步时，理论上的全部旋转角度NX（基本步距角）同实际从编码器测得的旋转角度之间的误差用曲线表示，其最大值ΔQmax和最小（负最大值）三、步进电机的常用术语65中山惠利普电机有限公司TK------最大静转矩（N.m）三、步进电机ΔQmax之间的1/2幅度，再用%来表示这就是静止角度精度。另外也有用角度来表示静止角度精度。b）步距角精度（stepaccuracy）也叫领接角度精度、步进精度。是评价一步距实际测得角度和理论角度（基本步距角）之间的偏差精度。具体的计算方法是从任意位置，一步一步地使电动机旋转360°，实际测出每一步的旋转位置，再在每一步中算出领接的实际旋转角度αn，最后求出αn和理论步距角Qs之间的差Δdn.。三、步进电机的常用术语66中山惠利普电机有限公司ΔQmax之间的1/2幅度，再用%来表示这就是静

9、温升（a）静态温升：电机静止不动时，按规定的运行方式中最多的相数通额定静态电流，达到稳定热平衡状态时的温升。步进电机是一种效率不太高的机电能量转换器件，应该允许其长时间在静止不动的状态下通以额定电流，温升最高限度有绝缘等级决定。一般采用电阻法测量电机温升。（b）动态温升：电机在某一频率下空载运行，按规定的时间进行工作，运行时间结束后电机达到的温升。和静态温升不同，静态温升仅与绕组的铜耗决定，而动态温升除铜耗外，铁耗也影响动态温升。三、步进电机的常用术语67中山惠利普电机有限公司9、温升三、步进电机的常用术语25中山惠利普电机10、转矩特性：表示最大静转矩和单相通电时电流的关系。随着电流的增加，开始时，静转矩随电流变化线性增加，当电流增加到一定数值时，转矩便缓慢地增加呈线饱和趋势，继而不增加。11、惯频特性

启动频率与负载惯量的关系叫做惯频特性。启动频率在负载转矩及其它条件不变的情况下，随着负载惯量的增加而下降。三、步进电机的常用术语68中山惠利普电机有限公司10、转矩特性：表示最大静转矩和单相通电时电流的关系。随着电四、步进电机运转方式.步进电机的励磁所谓励磁就是让电流流过线圈，使定子极磁化，只要不断交替转换励磁就能够使电机旋转。二相电动机的励磁方式，常见的有如下4中：1）

1相励磁方式2）

2相励磁方式3）

1—2相励磁方式除此之外还有双1—2相励磁方式，这是微步进励磁中步进角最粗的特殊情况。69中山惠利普电机有限公司四、步进电机运转方式.27中山惠利普电机有限公司

1、1相励磁方式1相励磁方式电动机只有1相线圈，对这一相线圈依次通电励磁。由于这种方式在某些期间有线圈完全没有电流通过，所以电机的导体利用率比较低。缺点是产生转矩小，但反过来也带来了输入小、温升低的优点。2、2相励磁方式2相励磁方式是A和B相2个线圈同时励磁的方式，这是步进电机最常见的方法。四、步进电机运转方式.70中山惠利普电机有限公司1、1相励磁方式四、步进电机运转方式.28中山惠利普电

3、1—2相励磁方式

这1—2相励磁方式是1相励磁和2相励磁交替组成的励磁方式，1相励磁的稳定平衡点和2相励磁稳定平衡点电气角45°，及错开1/2基本步距角，所以用这种励磁方式可以使电机停在基本步距角的一半处。因而这种励磁方式又称半步进励磁。与此相对应基本步距角旋转的励磁方式也称为全步进励磁。用1—相励磁产生的转矩变动小，不易受到共振频率变化的影响，因此可以用这种方式解决振动的噪音的问题。四、步进电机运转方式.71中山惠利普电机有限公司3、1—2相励磁方式四、步进电机运转方式.29中山惠利五、步进电机主要性能参数；1.电性能：(electricperformance)1）相数（numberofphase）2）驱动方式(drivemodel)3）步距角(stepangle)4）额定电压(voltage)5）直流电阻(resistanceofperphase)6）最大空载牵出频率(maxresponsefrequency)7）最大牵入频率(maxresponsefrequency)8）牵入转矩(putintorque)9）绝缘电阻(insulationresistance)10)绝缘介电强度(dielectricbreakdownofinsulation)72中山惠利普电机有限公司五、步进电机主要性能参数；1.电性能：(electricp五、步进电机主要性能参数11)绝缘等级12)温升(temperatureofmotorbobbincoil)2.机械性能:(mechanicalperformance)1)外观(outsideview)2)电机结构及外形尺寸(motorstructureandsize)3)重量(weight)4)摩擦转矩(frictionaltorqueofoutputshaft)5)噪音(noiselevel)6)输出轴机械强度(outputshaftmechanicalstrength)7)

引出线强度(leadwirestrength)8)

自定位转矩(detenttorque)73中山惠利普电机有限公司五、步进电机主要性能参数11)绝缘等级31中山惠六、测试方法及规则：1.试验电源a)输出电压波动不超过±2%；b)电压波动系数不大于5%；c)各相静态电流不平衡不大于2%。2．直流电阻试验后的电机在常温下放置到稳定温度（不少于2h）后，用电阻测量仪测量每相绕组的直流电阻，按式（1）换算到25℃时的直流电阻。（计算公式见式1）式1:R=Rt/[1+α(t-25)]--------(1)74中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：1.试验电源32中山惠利普电机六、测试方法及规则：R—温度为25℃时的绕组直流电阻，Ω；Rt--温度为t℃时的绕组直流电阻，Ω；α—温度系数，铜导线α=0.004，1/℃；t--测量绕组直流电阻Rt时的室温,℃。3．最大空载牵入频率电机空载，加额定电压，采用预置脉冲数或其它能检查失步的方法，使电机从锁定状态突然起动，测出转子在三个不同位置的正反两个转向的最高牵入频率。4．最大空载牵出频率75中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：R—温度为25℃时的绕组直流电阻，六、测试方法及规则：电机空载，加额定电压，逐渐升高脉冲频率，采用能检查失步的方法，测出电机在正反两个转向的能不失步的最高牵出频率。5．牵入转矩

电机加额定电压、额定频率，采用预定脉冲数或其它能检查失步的方法，先加上一定的负载，然后从锁定状态突然起动，测出转子在三个不同位置的正反两个转向的不失步的最大转矩。6．自定位转矩电机不通电，用力矩表将转矩加到输出轴上，缓慢增加转矩，直到输出轴开始连续旋转前的最大转矩。76中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：电机空载，加额定电压，逐渐升高脉冲六、测试方法及规则：7．摩擦转矩电机两相加额定电压锁定转子，用力矩表将力矩加到输出轴上，使输出轴开始连续旋转时的力矩。8．温升电机在常温常湿下放置到稳定温度（不小于2h）后，测量绕组的直流电阻R1和此时的室温t1，然后电机加额定电压，频率为100Hz空载运行到稳定温度（不小于2h）后，测量同一绕组和直流电阻R2和此时的室温t2，温升按式（2）计算。（计算公式见式2）式2：77中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：7．摩擦转矩35中山惠利普电机有限公司六、测试方法及规则：θ=〔（R2-R1）/R1

〕×(235+t1)+（t1-t2）-(2)θ——电机温升，K；R2—绕组达到通电稳定温度时的直流电阻Ω；R1—绕组达到不通电稳定温度时的直流电阻Ω；t1—测量绕组直