αSTEP/步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
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步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特性 |
使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的特性是否符合使用條件，是相當(dāng)重要的一點(diǎn)。在此說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使用時(shí)的重要特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性可大略分為兩項(xiàng)。
● 動(dòng)特性 ：
這是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)有關(guān)的特性，主要會(huì)影響機(jī)器的工作、周期時(shí)間等。
● 靜特性 ：
這是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)角度變化有關(guān)的特性，主要會(huì)影響機(jī)器的精度。
動(dòng)特性
● 轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性這是表示驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，如特性圖所示。
是選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)所必須考慮的特性。橫軸代表電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，而縱軸則代表轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性取決于電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，因使用的驅(qū)動(dòng)器種類不同會(huì)有較大差異。
①最大勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩（TH ：Holding Torque）
是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在通電狀態(tài)（額定電流）下停止時(shí)，本身保有的最大保持轉(zhuǎn)矩（保持力）。
②最大同步轉(zhuǎn)矩（Pullout Torque）
各轉(zhuǎn)速所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，必要轉(zhuǎn)矩必須在本曲線的內(nèi)側(cè)。
③最大自起動(dòng)頻率（fS）
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載為0時(shí)，瞬間（無(wú)加減速時(shí)間）能起動(dòng)、停止的最大脈沖頻率。當(dāng)在超過(guò)此脈沖頻率的情況下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)逐漸進(jìn)行加減速。隨電動(dòng)機(jī)承載的慣性負(fù)載增加，此頻率亦逐漸降低。
（參考慣性負(fù)載―自起動(dòng)頻率特性）
最大響應(yīng)頻率（fr）
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載為0時(shí)，進(jìn)行緩慢的加減速時(shí)可運(yùn)行的最大脈沖頻率。
下圖為代表5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組合產(chǎn)品的轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性。
●慣性負(fù)載―自起動(dòng)頻率特性
表示因自起動(dòng)頻率的慣性負(fù)載而產(chǎn)生變化的特性。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子本身或負(fù)載，因有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量存在，因此于瞬時(shí)起動(dòng)或停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸會(huì)產(chǎn)生延遲或超過(guò)的現(xiàn)象。此數(shù)值會(huì)隨脈沖頻率而變化，但是若超過(guò)某一數(shù)值時(shí)電動(dòng)機(jī)將無(wú)法跟蹤脈沖頻率，而產(chǎn)生失步（miss-step）現(xiàn)象。
將即將失步前的脈沖頻率稱為自起動(dòng)頻率。
表示因自起動(dòng)頻率的慣性負(fù)載而產(chǎn)生變化的特性。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子本身或負(fù)載，因有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量存在，因此于瞬時(shí)起動(dòng)或停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸會(huì)產(chǎn)生延遲或超過(guò)的現(xiàn)象。此數(shù)值會(huì)隨脈沖頻率而變化，但是若超過(guò)某一數(shù)值時(shí)電動(dòng)機(jī)將無(wú)法跟蹤脈沖頻率，而產(chǎn)生失步（miss-step）現(xiàn)象。
將即將失步前的脈沖頻率稱為自起動(dòng)頻率。
相對(duì)于慣性負(fù)載的最大自起動(dòng)頻率的變化可以根據(jù)下列公式算出近似值。
●振動(dòng)特性
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以連續(xù)的步距狀態(tài)邊移動(dòng)邊重復(fù)旋轉(zhuǎn)。其步距狀態(tài)的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生如下所示的1步距響應(yīng)。
①停止?fàn)顟B(tài)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入1個(gè)脈沖時(shí)，會(huì)朝下一個(gè)步距角度進(jìn)行加速。
②加速后的電動(dòng)機(jī)通過(guò)步距角度并過(guò)沖某個(gè)角度后，則會(huì)朝反方向被拉回。
③如此般衰減振動(dòng)后，將于既定的步距角度位置上停止下來(lái)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以連續(xù)的步距狀態(tài)邊移動(dòng)邊重復(fù)旋轉(zhuǎn)。其步距狀態(tài)的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生如下所示的1步距響應(yīng)。
①停止?fàn)顟B(tài)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入1個(gè)脈沖時(shí)，會(huì)朝下一個(gè)步距角度進(jìn)行加速。
②加速后的電動(dòng)機(jī)通過(guò)步距角度并過(guò)沖某個(gè)角度后，則會(huì)朝反方向被拉回。
③如此般衰減振動(dòng)后，將于既定的步距角度位置上停止下來(lái)。
產(chǎn)生此一衰減振動(dòng)的步距狀態(tài)的移動(dòng)即為低速旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)原因。振動(dòng)特性所表現(xiàn)的即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)中的振動(dòng)的大小的特性。振動(dòng)幅度越小旋轉(zhuǎn)越順暢。
靜特性
●角度―轉(zhuǎn)矩特性
將電動(dòng)機(jī)以額定電流勵(lì)磁，并由外部朝電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸施加轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子角度產(chǎn)生變化，此時(shí)角度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為角度―轉(zhuǎn)矩特性。下圖即其特性的表示。
將上示特性圖中各點(diǎn)上的定子與轉(zhuǎn)子的小齒的位置關(guān)系表示為如下圖。
在穩(wěn)定點(diǎn)①平衡并停止時(shí)，向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸施加外力，則會(huì)向左產(chǎn)生欲將之拉回穩(wěn)定點(diǎn)①的轉(zhuǎn)矩T（+），并于與外力取得平衡的角度上停止。②
繼續(xù)增加外力時(shí)，即會(huì)有一角度的發(fā)生轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大。此時(shí)所發(fā)生轉(zhuǎn)矩稱為最大勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩TH。③
施加超過(guò)此轉(zhuǎn)矩的外力時(shí)，就會(huì)通過(guò)不穩(wěn)定點(diǎn)⑤，并產(chǎn)生與外力同方向的轉(zhuǎn)矩T（−），而往下一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)①移動(dòng)后停止。
在穩(wěn)定點(diǎn)①平衡并停止時(shí)，向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸施加外力，則會(huì)向左產(chǎn)生欲將之拉回穩(wěn)定點(diǎn)①的轉(zhuǎn)矩T（+），并于與外力取得平衡的角度上停止。②
繼續(xù)增加外力時(shí)，即會(huì)有一角度的發(fā)生轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大。此時(shí)所發(fā)生轉(zhuǎn)矩稱為最大勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩TH。③
施加超過(guò)此轉(zhuǎn)矩的外力時(shí)，就會(huì)通過(guò)不穩(wěn)定點(diǎn)⑤，并產(chǎn)生與外力同方向的轉(zhuǎn)矩T（−），而往下一個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)①移動(dòng)后停止。
穩(wěn)定點(diǎn)：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒于完全相對(duì)的位置而停止的點(diǎn)。此點(diǎn)非常穩(wěn)定，當(dāng)外力為0時(shí)一定會(huì)于此點(diǎn)上停止。
不穩(wěn)定點(diǎn)：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒互相錯(cuò)開(kāi)1/2螺距的位置。此為非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，施加細(xì)微外力就會(huì)使轉(zhuǎn)子往左邊或右邊的穩(wěn)定點(diǎn)移動(dòng)。
●角度精度
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載狀態(tài)時(shí)，將保持±3分（0.05°）以內(nèi)的角度精度。此一細(xì)微的角度誤差的原因主要是來(lái)自轉(zhuǎn)子與定子的機(jī)械精度以及定子線圈上細(xì)微的電阻不同所造成的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角度精度一般是以下列的靜止角度誤差來(lái)表示。
靜止角度誤差：
是指轉(zhuǎn)子在理論上和實(shí)際上停止位置的差距。此差距所代表的是將轉(zhuǎn)子的任意停止位置作為出發(fā)點(diǎn)，以每1步距測(cè)量360°時(shí)的（+）最大值及（−）最大值之間的寬幅。
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒于完全相對(duì)的位置而停止的點(diǎn)。此點(diǎn)非常穩(wěn)定，當(dāng)外力為0時(shí)一定會(huì)于此點(diǎn)上停止。
不穩(wěn)定點(diǎn)：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒互相錯(cuò)開(kāi)1/2螺距的位置。此為非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，施加細(xì)微外力就會(huì)使轉(zhuǎn)子往左邊或右邊的穩(wěn)定點(diǎn)移動(dòng)。
●角度精度
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載狀態(tài)時(shí)，將保持±3分（0.05°）以內(nèi)的角度精度。此一細(xì)微的角度誤差的原因主要是來(lái)自轉(zhuǎn)子與定子的機(jī)械精度以及定子線圈上細(xì)微的電阻不同所造成的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角度精度一般是以下列的靜止角度誤差來(lái)表示。
靜止角度誤差：
是指轉(zhuǎn)子在理論上和實(shí)際上停止位置的差距。此差距所代表的是將轉(zhuǎn)子的任意停止位置作為出發(fā)點(diǎn)，以每1步距測(cè)量360°時(shí)的（+）最大值及（−）最大值之間的寬幅。
雖然靜止角度誤差在±3分以內(nèi)，然而這是在無(wú)負(fù)載條件下的數(shù)值。但是，實(shí)際的用途上必然有摩擦負(fù)載的存在。
此時(shí)，角度精度會(huì)依據(jù)角度―轉(zhuǎn)矩的特性，根據(jù)摩擦負(fù)載的不同而產(chǎn)生角度變位。當(dāng)摩擦負(fù)載一定時(shí)，若朝同一方向運(yùn)行則變位角度一定，但若從正反兩方向進(jìn)行運(yùn)行，則往返間將產(chǎn)生兩倍的變位角度。因此若需要停止精度時(shí)，務(wù)必只朝單一方向進(jìn)行定位。
電磁制動(dòng)的構(gòu)造與壽命
帶電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型的定位用電磁制動(dòng)。 構(gòu)造例如下所示。
在勵(lì)磁線圈上施加電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與永磁磁鋼的磁力反方向的起磁力，電樞受板簧的力量后被釋放并使制動(dòng)開(kāi)放，電動(dòng)機(jī)軸即可自由旋轉(zhuǎn)。在未施加電壓的狀態(tài)下，電樞通過(guò)永磁磁鋼吸著在軛鐵上，電動(dòng)機(jī)軸遭固定。
在勵(lì)磁線圈上施加電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與永磁磁鋼的磁力反方向的起磁力，電樞受板簧的力量后被釋放并使制動(dòng)開(kāi)放，電動(dòng)機(jī)軸即可自由旋轉(zhuǎn)。在未施加電壓的狀態(tài)下，電樞通過(guò)永磁磁鋼吸著在軛鐵上，電動(dòng)機(jī)軸遭固定。
●工作與壽命
該制動(dòng)在電動(dòng)機(jī)未勵(lì)磁的狀態(tài)下可作為位置保持用途使用。請(qǐng)勿作為停止旋轉(zhuǎn)中負(fù)載的制動(dòng)用途使用。由于沒(méi)有裝備制動(dòng)帶用摩擦襯片，因此，如果頻繁進(jìn)行制動(dòng)會(huì)使金屬之間互相摩擦而產(chǎn)生磨損或燒結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法正常工作。工作壽命是板簧疲勞壽命的100萬(wàn)次。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有保持力，因此，只限裝置的電源ON/OFF時(shí)運(yùn)行電磁制動(dòng)的使用方法。
按用途選擇電動(dòng)機(jī)
針對(duì)您對(duì)電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)要求，助您挑選符合條件的產(chǎn)品。
注意：
本資料僅供參考。選購(gòu)前請(qǐng)仔細(xì)確認(rèn)設(shè)備需求和產(chǎn)品規(guī)格。
如需幫助，請(qǐng)洽詢本公司客戶咨詢中心（電話：400-820-6516）。
