步進電機可以通過被稱為“微步”的驅動方法來實現更精細的步距角控制。在本文中將介紹其工作原理。

步進電機：微步驅動原理

在上一篇文章“步進電機的基本旋轉原理”中，有一個兩相雙極線圈逐相勵磁的示例。在該示例中，按步（使電流流經一組線圈中的一個而不流經另一個線圈）介紹了步進電機每旋轉90°的原理。而微步驅動則可以使步進電機按照更精細的步距角旋轉。

步進電機的微步驅動有優點主要有兩個：一個是可以控制微小角度的位置。另一個是可以降低低速范圍內的振動和噪聲。步進電機在每一步都伴隨著阻尼振動，最終停止在所定位置。也就是說，相對于停止位置經過多次向前過頭和后退過頭后最終完全停止。如果步進電機低速旋轉，則這種阻尼振動可能會引起振動和噪聲。通過減小步距角可以減少阻尼振動，通過微步驅動可以降低低速范圍的振動和噪聲。

接下來使用下圖來介紹步進電機微步驅動的工作原理。該圖是兩相雙極結構，按照簡單的線圈切換，步距角應該為90°，但下圖是將其均分為四的1/4微步驅動示例。當使電機按90°的1/4 = 22.5°旋轉時，各線圈的電流和磁場如①～⑤的順序所示。

①

?使電流從線圈1的左側流入，從線圈1的右側流出。

?勿使電流流過線圈2。

?此時，左線圈1的內側變為N，右線圈1的內側變為S。

?中間的永磁體* 被線圈1的磁場吸引，變為左側S和右側N的狀態并停止。

?假設當線圈電流為Io時，產生的磁場大小為M0。

* 為了避免圖片過于繁雜，未在①～⑤的圖中表現出來，具體請參考右圖。

②

?若要使之從①順時針旋轉22.5°（90°的1/4），需要保持磁場強度M0并產生使永磁體在相應位置停止的磁場。

?要實現這個目標，只要使線圈1產生M0×cos（22.5°）≒M0×0.924的磁場，使線圈2產生M0×sin（22.5°）≒M0×0.383的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（22.5°）≒Io×0.924，將線圈2的電流控制為Io×sin（22.5°）≒Io×0.383。

③

?若要再向前旋轉22.5°（即從①順時針旋轉45°），需要產生相應的磁場M0。

?要實現這個目標，只要使線圈1產生M0×cos（45°）≒M0×0.707的磁場，使線圈2產生M0×sin（45°）≒M0×0.707的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（45°）≒Io×0. 707，將線圈2的電流控制為Io×sin（45°）≒Io×0.707。

④

?若要再向前旋轉22.5°（即從①向前旋轉67.5°），同樣需要產生相應的M0。

?要實現這個目標，只要使線圈1產生M0×cos（67.5°）≒M0×0.383的磁場，使線圈2產生M0×sin（67.5°）≒M0×0.924的磁場即可。

?為此，需要將線圈1的電流控制為Io×cos（67.5°）≒Io×0.383，將線圈2的電流控制為Io×sin（67.5°）≒Io×0.924。

⑤

?若要再向前旋轉22.5°（即從①旋轉90°），需要使電流Io通過線圈2，并使線圈1中的電流為0。

如上所述，磁場的大小恒定、根據角度控制流過各線圈的電流來形成磁場、并通過任意步距使轉子旋轉和停止的工作稱為“微步驅動工作”。

該圖是將90°均分為四的1/4步進的步進電機的驅動示例，不過目前已經可以實現1/32步進驅動。如前所述，步進電機通過微步驅動可進行微小角度位置控制并減少噪聲和振動。

關鍵要點：

?步進電機可以通過微步驅動來實現更精細的步距角控制。

?步進電機使用微步驅動的優點是可以進行微小角度的位置控制，并且可以減少步進電機的低速范圍的振動和噪聲。

責任編輯：tzh