步進(jìn)電機(jī)選型
步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)。要正確選擇步進(jìn)電機(jī)，需要考慮轉(zhuǎn)矩、負(fù)載、電流、慣量、轉(zhuǎn)速、精度等因素，只有明確這些要素，才能選擇出適合特定應(yīng)用場(chǎng)景的步進(jìn)電機(jī)。 1、選擇步進(jìn)電機(jī)的種類（PM型、VR型、HB型） 步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造大體可分為以下三種類型：一是由鈑金爪極與圓筒線圈組成的定子和永磁鐵氧體組成的PM型；二是轉(zhuǎn)子不使用永久磁鐵的VR型；三是轉(zhuǎn)子由兩個(gè)磁極中間加一個(gè)磁鐵組成的HB型。三種類型步進(jìn)電機(jī)各自的特點(diǎn)如下表：
如上述表格所示，需要考慮轉(zhuǎn)矩、步距角、時(shí)間常數(shù)以及價(jià)格這四點(diǎn)，依據(jù)這些來判斷哪種步進(jìn)電機(jī)是合適的。 例如，PM 型電機(jī)的軸承不像 HB 型電機(jī)使用滾柱軸承，而是采用金屬滑動(dòng)軸承。當(dāng)施加彈性負(fù)載時(shí)，如果采用皮帶傳遞負(fù)載或者利用滾珠絲杠進(jìn)行轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)，金屬滑動(dòng)軸承的徑向載荷或止推載荷的允許值容易出現(xiàn)故障，并且在使用 PM 型電機(jī)時(shí)需要注意其溫度范圍。VR 型步進(jìn)電機(jī)在作為伺服電機(jī)使用時(shí)需要進(jìn)行閉環(huán)控制，所以這種應(yīng)用場(chǎng)景很少。這是因?yàn)?VR 型步進(jìn)電機(jī)價(jià)格接近 HB 型步進(jìn)電機(jī)，但其分辨率只有 HB 型的 ½，而且效率不如永磁電機(jī)高，暫態(tài)特性也較差。HB 型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大、分辨率高，多用于位置定位或低速運(yùn)行的情況，不過它容易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲問題。 2、判斷需要多大的力矩，靜力矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一 在判斷需要多大的靜力矩時(shí)，要確保步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩，以此保障整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種，在實(shí)際情況中，單一的慣性負(fù)載或單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接啟動(dòng)時(shí)，慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載都要考慮：加速啟動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載、恒速運(yùn)行時(shí)則主要考慮摩擦負(fù)載。在計(jì)算整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)的矩頻特性要能滿足機(jī)械負(fù)載的需求，并且要有一定余量以保證可靠運(yùn)行（步進(jìn)電機(jī)的安全系數(shù)一般選擇 1.3 - 2）。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須處于矩頻特性曲線范圍內(nèi)。一般而言，靜力矩越大的電機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)矩越大，承受負(fù)載的能力也就越強(qiáng)。 3、如何判斷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度？ 選用市面上出售的產(chǎn)品時(shí)，依據(jù)使用速度讓步進(jìn)電機(jī)工作在良好狀態(tài)是非常重要的。在選型過程中，要盡量避免出現(xiàn)電機(jī)功率不足（即所謂 “小馬拉大車”）和性能過剩的情況。那么，如何從轉(zhuǎn)速角度選擇合適的步進(jìn)電機(jī)呢？這需要分清步進(jìn)電機(jī)工作的三種速度狀態(tài)：①僅在低速狀態(tài)下使用；②在2000rpm以上的高速工況下使用；③從低速到高速的寬范圍使用這三種速度狀態(tài)。 在低速運(yùn)行時(shí)，步進(jìn)電機(jī)容易產(chǎn)生振動(dòng)和共振。為了避免或減小這種情況，應(yīng)選擇步距角小的電機(jī)，而且兩相電機(jī)在這方面不如三相電機(jī)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，由于線圈電感的影響，會(huì)對(duì)線圈電流的流入形成限制。因此，要選擇相電流較大、電感較小的電機(jī)，這樣可以增加輸入功率。并且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)采用高供電電壓。 4、選擇電機(jī)的安裝規(guī)格 目前，市面上使用較多的步進(jìn)電機(jī)安裝規(guī)格有 20*20mm（NEMA8）、28*28mm（NEMA11）、35*35mm（NEMA14）、39*39mm（NEMA16）、42*42mm（NEMA17）、57*57mm（NEMA23）、86*86mm（NEMA34）、110*110mm（NEMA42）這幾種。一般來說，步進(jìn)電機(jī)的機(jī)座尺寸越大，其輸出力矩也就越大。如果電機(jī)安裝空間有限且存在輸出力矩不足的情況，可以考慮鳴志力矩增強(qiáng)型步進(jìn)電機(jī)。這種電機(jī)的力矩增強(qiáng)技術(shù)能夠使電機(jī)在全速度段內(nèi)的輸出力矩提升 25% - 40%。該技術(shù)是通過優(yōu)化磁路設(shè)計(jì)來提高輸出力矩的，無需提高輸入電壓或輸入電流。 5、確定步進(jìn)電機(jī)的定位精度 高定位精度步進(jìn)電機(jī)具備高分辨率、齒槽轉(zhuǎn)矩小、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大、暫態(tài)特性良好等特性。一般而言，步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)越多，其位置定位精度越高；步距角越小，位置定位精度也越高。不過，因?yàn)殡姍C(jī)是多相構(gòu)造，所以加工制造的復(fù)雜程度會(huì)相應(yīng)增加。目前，市場(chǎng)上大多采用兩相 1.8° 和 0.9°、三相 1.2°、五相 0.72° 和 0.36° 等方案。若對(duì)振動(dòng)和噪音方面有要求，還可以采用微步細(xì)分的方式。 6、根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇合適的驅(qū)動(dòng)器。 另外，您還可以使用鳴志的智能選型軟件 SEARCH ROBOT 來幫助自己快速選型。該軟件不僅支持傳統(tǒng)選型方式，還增加了不同工作頻率下力矩和溫升的選型功能，從而解決了客戶的選型難題。
| PM型 | HB型 | VR型 | |
| 步距角 | 7.5°∼15°較多 | 1.8°較多 | 1.8°∼15° |
| 轉(zhuǎn)矩 | 小 | 大 | 中∼大 |
| 時(shí)間常數(shù) | 小∼中 | 小 | 大 |
| 價(jià)格 | 便宜 | 高價(jià) | 高價(jià) |