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步進馬達 (7369 views - Electrical Engineering)

步進馬達(Stepper motor;Step motor)是直流無刷馬達的一種,為具有如齒輪狀突起(小齒)相鍥合的定子和轉子,可藉由切換流向定子線圈中的電流,以一定角度逐步轉動的馬達。 步進馬達的特徵是因採用開迴路控制(Open-loop control)處理,不需要運轉量檢知器(sensor)或編碼器,且因切換電流觸發器的是脈波信號,不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置,所以步進馬達可正確地依比例追隨脈波信號而轉動,因此就能達成精確的位置和速度控制,且穩定性佳。
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步進馬達

步進馬達

步進馬達(Stepper motor;Step motor)是直流無刷馬達的一種,為具有如齒輪狀突起(小齒)相鍥合的定子和轉子,可藉由切換流向定子線圈中的電流,以一定角度逐步轉動的馬達

步進馬達的特徵是因採用開迴路控制(Open-loop control)處理,不需要運轉量檢知器(sensor)或編碼器,且因切換電流觸發器的是脈波信號,不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置,所以步進馬達可正確地依比例追隨脈波信號而轉動,因此就能達成精確的位置和速度控制,且穩定性佳。

歷史

1923年,蘇格蘭人James Weir French發明三相可變磁阻型(Variable reluctance),此為步進馬達前身。

構造

  • 永久磁鐵PM式(permanent magnet type)
  • 可變磁阻VR式(variable reluctance type)
  • 複合卡匣(hybrid type)

系統組合

  • 控制器:發出運轉指令,傳送需求速度以及運轉量的指令脈波信號。需使用步進馬達專用控制器或可程式控制器的定位模組。傳送的運轉指令脈波信號有如心臟跳動般的呈現矩形的波形,是間斷性的發出信號。
  • 驅動器:提供電力以保證馬達按指令運轉,驅動器會隨控制器傳送來的脈波信號來控制電力,由決定的電流流通順序的來激磁迴路,並控制提供給馬達的電力以驅動迴路
  • 馬達本體:將電力轉化為動力,並按指令需求脈波數運轉。

主要特徵

步進馬達只需要通過脈波信號的操作,即可簡單實現高精度的定位,並使工作物在目標位置高精度地停止。步進馬達是以基本步級角的角度為單位來進行定位。以5相步進馬達為例,其基本步級角為0.72,因此可以將馬達轉1圈分為500等分(=360度 / 0.72),以此方式來細分每次行進量做為定位基準。

選用特點

在步進馬達的選用上必須注意以下幾點:

  • 步級角:亦即步進馬達之解析度(此指1脈波的移動量),步進馬達的步級角就是依馬達旋轉一圈(360°)而分割成多少來決定。
  • 轉動速度:亦即脈波輸入速度(pulse/s),依馬達轉矩而有變化。
  • 轉矩:選擇步進馬達時,需以有負荷時之最大轉矩(kg-m)的1.5倍~2倍來決定。
  • 負荷慣性慣量:依據使用場合計算負荷慣性慣量,再依步進馬達規格表,選擇容許負載慣性慣量需大於計算值之1.3倍以上。
  • 驅動器:連結控制器或直接接受外部訊號,進而控制步進馬達動作。驅動器將直接影響步進馬達的性能表現。
  • 搭配減速機:使用減速機型步進馬達可達到減速、高轉矩、高解析度、降低施加於馬達軸之負荷慣性慣量、改善起動與停止時的阻尼特性,進而降低運轉之振動。

參見

外部連結



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