步进电机的分类、结构和原理

根据转矩产生原理，步进电机可分为励磁型、无功型和混合式步进电机，步进电机按定子数可分为单定子步进电机、双定子步进电机和多定子步进电机。步进电机按励磁相数可分为三相、四相、五相和六相步进电机，根据步进电机各相绕组的分布规律，将步进电机分为径向分相和轴相步进电机。

定子相数的分类、结构和原理

步进电机一次切换定子绕组的磁化电流时，转子会切换一个固定的角度，称为步距角。由于步距角通常是由开关相电流产生的旋转力矩来获得的，因此每相极数应该是偶数。步进电机通常有两个以上的相位，当然也有一些特殊的单相步进电机只有一个线圈。虽然它只有一个相位，但它实际上是一个由线圈驱动转子旋转而引起的磁通方向反转，步进电机的相数有单相、两相、三相、四相和五相。目前使用的步进电机大多采用永磁转子，永磁体广泛使用的原因是效率和高分辨率。

步进电机即使在停止工作时，也同样有供应电流通过步进电机。 因此步进电机具有自我保持力，并且自我保持力的最大值，被称为激励最大静止转矩。运行模式一般分为自起动和加减速模式，不需要设定加速和减速时间，即可瞬间达到启动和停止的自起动模式；设定加速和减速时间，逐渐将脉冲速度加快（减慢）的加减速运行模式。

决定相位角度的因素

步进电机分辨率越高，定位精度越高，为了获得高分辨率，我们应该设计更多的极点，永磁转子位于转子铁芯外表面的N极和S极之间。转子磁极数是N极和S极之和，这是一个简化的解释，假设磁极对数为1，转子永磁步进电机的步距角为θs，下式表示，其中Nr为转子磁极对数，P为定子相数：

Θs=180°/PNr

上式的物理意义：转子旋转一个圆，机械角为360度，如果除以2Nr，相当于180度/Nr的机械角，也就是说，用步距角除以定子相位可以得到机械角。

步距角越小，分辨率越高，因此，为了提高步进电机的分辨率，有必要增加转子的对数Nr或采用定子相数P较多的多项式方法，机械加工限制了Nr的提高，因此需要两种方法来制作高分辨率的步进电机。步进电机驱动电路的任务是通过对步进电机各相线圈的顺序指令来切换直流电源的电流，下图为三相VR型步进电机绕组加电源的原理图，其中驱动电路用开关表示。

在上图中，当开关接通时，连接第一相绕组，当切换到第二相的顺序时，S1将接通为断开状态，S2将接通为接通状态。这样，电机转子旋转一个固定的角度，固定的角度只取决于定子数和转子齿数的关系，这是电机旋转的固有阶跃角。类似地，S3依次打开状态，S2关闭，电机转子再次旋转一个阶跃角。反过来，一旦电路被切换，电机就会以固有的角度旋转。

如果切换n次，则转子旋转n倍阶跃角，如果没有指令，则转子停止旋转。电机以步距角为相位，旋转角度由电机的结构决定，如果将负载与电机轴连接，则可控制旋转角度的位置，改变开关的开关速度（脉冲频率），从而可改变转速。因此，改变转速就是改变上图中开关S1、S2、S3的开关频率，即开关S1、S2、S3的开关频率与转子转速成正比。

结论

步进电机用途十分广泛，除了工厂內的生产设备外，也常用在半导体、医疗仪器、 车站的自动售票机、银行取款机等。步进电机除了用在分度盘等旋转用途以外，也可与螺杆、皮带等组合做直线运动，步进电机除了标准型的电机与驱动器应用外，还可以作減速机以及网络通訊等用途的。