几类步进电机的原理

步进电机：

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。 [1]

简而言之，步进电机是一步一步的往前走的，而且每走一步都可以保持在当前步子；因而可以精确地控制电机输出轴的角度，且在低转速下获得更高的扭矩；

得益于开环控制，性价比较高；

基本原理：

单独看一个相可能更加的清晰一些：

什么是步进角度？

就是步进电机每转动一个次，定子所改变的角度；如图所示的，我们每改变一次通电线圈的方向，转子转动90度，于是就得到了不仅角度；

双极性指的是什么呢？

就是需要不断地改变通电线圈的电流方向，来改变磁极，进而控制电机

有双极性的同时，那么就一定有单极性步进电机：

在线圈中间设置电源正极，这样这需要控制线圈两端接地，就可以改变线圈的方向了，这样一来呢，可以避免像双极性那样改变电流方向；

一般而言，单极性步进电机的线束为5,6条；双极性步进电机的线束为4条；

对于单极性步进电机的两种情况如图：

如果你对DIY感兴趣的话，那么28BYJ-48型号的步进电机应该就是上图所示的5线结构；

需要注意一点的是：

从结构上来说，你可以发现，单极性的步进电机每次通电只通了半根螺线管。所以说，相较于双极性的，磁力肯定不够，所以扭矩比双极性低；

但是，单极性只用控制那根线，接地就行；而双极性则需要控制线圈的电流方向；所以双极性在电路控制上会相对复杂一些；

参数方面和普通电机相似；

定位转矩：电机不通电的时候，转子自身的锁定力矩；

相数：可以独立通电的定子电磁线圈数；（可能有些抽象，我们上面说的模型都是两相的，都是两相四线的步进电机）

举个例子：

如果看左边的电路图，你很容易看出来这是一个4相8线的步进电机；

但是注意一点的是，如果你抛开左边的电路图，只看右边的剖面的话，你很难判断出是，4相还是8相的，因为你不知道连线是怎么样的，注意这个点哦；

(1) 反应式步进电机(VR)：定子上有绕组，绕组由软磁材料组成。其结构简单、成本低、步距角小，可达1.2度，但动态性能差，效率低、发热大，可靠性难以保证。

(2) 永磁式步进电机(PM)：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机度差，步距角大（一般为7.5度或15度）。

(3) 混合式步进电机(HB)。混合式步进电机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，其定子上有很多相绕组，转子上采用永磁材料，转子和定子均有多个小齿以提高步距精度。其特点是输出力矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

注意看混合式，是有前后两个带转子齿的齿轮的哦

简而言之：

永磁式：转子是由永磁铁制成的；

上面介绍到的都是永磁式的步进电机，这里不作过多描述；

反应式：转子是由软磁铁制成的；（软磁材料，就是容易被周围磁场所吸引，但是自身不具备词性）

你会发现，这种电机的转子相较与之前增多了，我们之前讨论的一些电机，虽然没有明确的说明，但是，你可以看到：转子都是只有两个齿的；

基本运动方式，和之前的一致，可以看到电机的步进角度为30度，这样每次通电一组线圈的方式，我们也叫作全步进模式；

那么，有没有不一样的方式呢，同时通电两组线圈这不就出来了吗，如图，这样每次旋转的角度只有15度，我们也叫作半步进模式；

混合式:

结合了永磁式以及反应式的特大点，常见的比如说NEMA 17就是混合式的电机；

需要注意一点的是， NEMA 17 与混合式不是必然关系；需要注意一点的是，大部分的 NEMA 17 都是混合式的；

NEMA 17电机内部是由50个小齿的，外围是有48个小齿的；

由引出的四根线，我们很容易判断这是一个两相的步进电机；

比如说，红色和黄色为一组，一相；蓝色和绿色为一组，一相；

对应到电机上就是这样的；

那么每转一步的角度是多少呢？实际上我们需要先测算出，没转过一个小齿是多少度，

开始我们将小齿和底部的红色区域的小齿对齐，然后开始旋转一步，这时候，刚好和这个右侧的蓝色区域小齿对齐，我们在转动，则刚好和右侧黄色的小齿对齐，依次转动，当第四次的时候，转子的齿轮重新和底部红色的小齿对齐；一共4步；

所以我们反推：

360/50=7.2

7.2/4=1.8

得到每次转动的角度是1.8度

如果选用半步进的方式，那么最终每次旋转的角度仅仅为0.9度；

最后一点就是：NEMA 17步进电机实际上有两个齿轮帽，一个在南极上面，一个在北极上面：

但是，你并不需要担心，他们的齿轮是相互错开的，所以彼此不会相互影响，单独分析两个齿轮帽的话，都是一个作用，用来促进电机的转动；

值得注意的一点是，这里所介绍的原理只是一个通用的知识，具体还要根据不同电机作不同判断；
图片均来自太极创客望周知；
往期回顾：有刷与误无刷电机原理