步进电机种类繁多,其中有一些种类的步进电机需要定制专门的驱动器才能够工作。就目前市场上的大多数运动控制需求而言,我们经常用到的两相双极性步进电机驱动器就可以满足应用要求,随着半导体技术的不断发展,原来受制于半导体元器件成本的影响越来越小,单极性步进驱动方案应用越来越少,同样是由于半导体技术的飞速发展,步进驱动器的细分的分辨率也越来越高,但是传统机械加工的精度已经很难再有大的突破,相数更高的步进电机面临加工制造的难点,导致三相和五相步进电机的应用领域越来越少,目前只有特定的少数行业领域还在沿用三相和五相的方案。

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电机尺寸

首先要考虑的事情是你要拿电机来做什么样的工作。 不同机座尺寸的步进电机所能提供的输出功率不一样,一般来说机座尺寸越大,能够提供的转矩越高。 步进电机的体积可以小到花生粒,也可以大到机座尺寸为145*145mm的大体积步进电机。
    步进电机都会有额定转矩这一参数,在我们进行电机选型的时候,我们需要根据厂家提供的电机的矩频曲线来确定在应用所需的转速下,所选电机是否能提供足够的转矩。在步进电机的所有机座尺寸中,常用的机座尺寸是NEMA 17 (42mm*42mm, 国内称42步进电机)。步进电机可以应用在我们生活的方方面面,其中包括:

办公自动化:打印机、扫描仪、复印机、多功能一体机等

舞台灯光:光射方向控制、调焦、色变和光斑调控、灯光效果等

银行领域:ATM机、票据打印、银行卡制作、点钞机等

医疗领域:CT扫描仪、血液分析仪、生化分析仪等

工业:纺织机械、包装机械、机器人、输送、组装流水线、贴片机等

通信:信号调节、移动天线定位等

安防:监控摄像头的运动控制

汽车:油阀/气阀控制、车灯转向系统等
在这里需要提醒的是NEMA 17只是定义了电机安装面的尺寸,并没有具体定义电机的其他参数,不同的NEMA 17电机有可能有两种不同的机械参数和电参数,两种电机之间不一定可以互换使用。

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步数

接下来要考虑的就是步进电机的分辨率。通常步进电机的每圈步数从4到1000不等(不考虑驱动器细分的情况)。两相混合式步进电机的每圈步数通常有200步和400步两种;三相混合式步进电机的每圈步数通常有300步;五相混合式步进电机的每圈步数通常有500步和1000步两种;永磁式步进电机的每圈步数有20步、24步、48步、96步等。这里的步进电机的分辨率指的是整步的步距角,有0.36°、0.72°、0.9°、1.2°、1.8°、3.75°、7.5°、15°、18°等。

高分辨率电机的优势很明显,但同时缺点也很突出,这需要综合考虑应用需求。在振动噪音以及运动平滑性方面,高分辨率电机有着天然的优势,但是在相同输出转速的情况下,类似尺寸1.8°步进电机的输出转矩要大于0.9°步进电机。

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齿轮传动

实现高定位分辨率的另一种方法是齿轮传动。在实际生产应用中可能用不到很高的转速,那么这个时候就需要在电机输出轴端加装减速机来增加转矩降低转速, 举个例子,一个2相1.8°步距角步进电机如果加装10:1减速比的减速机,就相当于将步进电机每步的步距角缩小至0.18°,使输出更加平滑安静,同时运行转矩也得到很大提升。当然这些优化的前提是针对低转速应用需求。

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出轴样式

另外一件需要考虑的是电机出轴如何与负载紧密有效连接,电机出轴的样式可以根据负载的连接方式不同而出现多种出轴种类。常见的出轴种类有D型轴(单扁丝)、键槽、螺纹轴等。

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引线

步进电机的引出线有很多种,我们这里只着重介绍几种常用类型的引线形式,两相电机:引出线可以是4根或8根;四相电机:引出线可以是5根、6根或8根;三相电机:引出线可以是3根或6根;五相电机:引出线可以是5根、6根或10根。

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线圈和相数

所谓“相数”,就是指线圈组数。二、三、四、五相步进电机分别对应有2、3、4、5组线圈。N相步进电机有N个绕组,这N个绕组要均匀地绕制在定子上,因此定子的磁极数必定是N的整数倍,所以,转子转一圈的步数应该是N的整数倍,也就是说3相步进电机转一圈的步数是3的整数倍,5相步进电机转一圈的步数是5的整数倍。

单极性和双极性

步进电机外部的接线和相数没有必然的联系。是根据实际运用的需要来决定的。比如说8根引出线的两、四相电机,可以根据使用要求并接成4根线的两相电机,也可以并接成5根线或6根线的四相电机。

有六个引出线的既可能是3相电机,也可能是2/4相电机,还可能是5相电机。

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