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本文将为您介绍步进电机的基础知识，包括其工作原理、构造、控制方法、用途、类型及其优缺点。 

步进电机基础知识

步进电机是一种通过步进（即以固定的角度移动）方式使轴旋转的电机。其内部构造使它无需传感器，通过简单的步数计算即可获知轴的确切角位置。
这种特性使它适用于多种应用。

步进电机工作原理

与所有电机一样，步进电机也包括固定部分（定子）和活动部分（转子）。定子上有缠绕了线圈的齿轮状突起，而转子为 永磁体或可变磁阻铁芯。
稍后我们将更深入地介绍不同的转子结构。图1显示的电机截面图，其转子为可变磁阻铁芯。 图1: 步进电机截面图步进电机的基本工作原理为：给一个或多个定子相位通电，线圈中通过的电流会产生磁场，而转子会与该磁场对齐；依次给不同的相位施加电压，转子将旋转特定的角度并Zui终到达需要的位置。图2显示了其工作原理。
线圈A通电并产生磁场，转子与该磁场对齐；线圈B通电后，转子顺时针旋转60°以与新的磁场对齐；线圈C通电后也会出现同样的情况。下图中定子小齿的颜色指示出定子绕组产生的磁场方向。 图2: 步进电机的步进

步进电机的类型与构造

步进电机的性能（无论是分辨率/步距、速度还是扭矩）都受构造细节的影响，这些细节也可能会影响电机的控制方式。

实际上，并非所有步进电机都具有相同的内部结构（或构造），因为不同电机的转子和定子配置都不同。

转子

步进电机基本上有三种类型的转子：

永磁转子：转子为永磁体，与定子电路产生的磁场对齐。这种转子可以保证良好的扭矩，并具有制动扭矩。这意味着，无论线圈是否通电，电机都能抵抗（不是很强烈）位置的变化。

但与其他转子类型相比，其缺点是速度和分辨率都较低。图3显示了永磁步进电机的截面图。

图3: 永磁步进电机

可变磁阻转子：转子由铁芯制成，其形状特殊，可以与磁场对齐（请参见图1和图2）。这种转子更容易实现高速度和高分辨率，但它产生的扭矩通常较低，并且没有制动扭矩。

混合式转子：这种转子具有特殊的结构，它是永磁体和可变磁阻转子的混合体。其转子上有两个轴向磁化的磁帽，并且磁帽上有交替的小齿。这种配置使电机具有永磁体和可变磁阻转子的优势，尤其是具有高分辨率、高速度和大扭矩。当然更高的性能要求意味着更复杂的结构和更高的成本。

图3显示了这种电机结构的简化示意图。线圈A通电后，转子N磁帽的一个小齿与磁化为S的定子齿对齐。由于转子的结构，转子S磁帽与磁化为N的定子齿对齐。步进电机的工作原理是相同的，但实际电机的结构更复杂，齿数要比图中所示的更多。大量的齿数可以使电机获得极小的步进角度，小至0.9°。

图4: 混合式步进电机

定子

定子是电机的一部分，负责产生转子与之对齐的磁场。定子电路的主要特性与其相数、极对数以及导线配置相关。

相数是独立线圈的数量，极对数则表示每相占用的主要齿对。两相步进电机Zui常用，三相和五相电机则较少使用（请参见图5和图6）。

图5: 两相定子绕组（左）和三相定子绕组（右） 图6：两相单极定子（左）和两相双极定子（右）。在A+和A-之间施加正电压时产生的磁场用字母N和S表示。

步进电机的控制

从上文我们知道，电机线圈需要按特定的顺序通电，以产生转子将与之对齐的磁场。可以向线圈提供必要的电压以使电机正常运行的设备有以下几种（从距离电机更近的设备开始）：晶体管桥：从物理上控制电机线圈电气连接的设备。晶体管可以看作是电控断路器，它闭合时线圈连接到电源，线圈中才有电流通过。每个电机相位都需要一个晶体管电桥。预驱动器：控制晶体管激活的设备，它由MCU控制以提供所需的电压和电流
MCU：通常由电机用户编程控制的微控制器单元，它为预驱动器生成特定信号以获得所需的电机行为。
图7为步进电机控制方案的简单示意图。预驱动器和晶体管电桥可以包含在单个设备中，即驱动器。

图7: 电机控制基本方案