步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。
步進電動機按其輸出轉(zhuǎn)矩的大小來分，可以分為快速步進電動機和功率步進電動機�？焖俨竭M電動機連續(xù)工作頻率高而輸出轉(zhuǎn)矩較小，一般在N•cm級，可以作為控制小型精密機床的工作臺(例線切割機床)也可以和液壓轉(zhuǎn)矩放大器組成電液脈沖馬達去驅(qū)動數(shù)控機床的工作臺，而功率步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩就比較大是N•m級的，可以直接去驅(qū)動機床的移動部件。 步進電動機按其勵磁相數(shù)，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來說隨著相數(shù)的增加，在相同頻率的情況下，每相導(dǎo)通電流的時間增加，各相平均電流會高些，從而使電動機的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數(shù)的增加，電動機的尺寸就增加，結(jié)構(gòu)亦復(fù)雜，目前多用3～6相的步進電動機。 由于步進電動機的轉(zhuǎn)速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調(diào)速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現(xiàn)同步控制，所以廣泛地使用在開環(huán)系統(tǒng)中，也還可用在一般通用機床上，提高進給機構(gòu)的自動化水平。 步進電動機按其工作原理來分，主要有磁電式和反應(yīng)式兩大類，這里只介紹常用的反應(yīng)式步進電動機的工作原理，現(xiàn)用下圖的步進電動機的簡化圖來加以說明。
在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 首先有一相線圈(設(shè)為A相)通電，則轉(zhuǎn)子1、3兩齒被磁極A吸住，轉(zhuǎn)子就停留在圖5—5a的位置上。然后，A相斷電，6相通電，則磁極A的磁場消失磁極B產(chǎn)生了磁場，磁極召的磁場把離它最近的2、4兩齒吸引過去，停止在圖b的位置上，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了30°。再接下去B相斷電，C相通電。根據(jù)同樣道理，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)了30°，停止在圖c的位置上。若再A相通電，C相斷開，那么轉(zhuǎn)子再逆轉(zhuǎn)30°，使磁極A的磁場把2、4兩個齒吸住。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進電動機就一步一步地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。通電線圈每轉(zhuǎn)換一次，步進電動機旋轉(zhuǎn)30°，我們把步進電動機每步轉(zhuǎn)過的角度稱之為步距角。如果把步進電動機通電線圈轉(zhuǎn)換的次序倒過來換成A→C→B→A→C→B→…的順序，則步進電動機將按順時針方向旋轉(zhuǎn)，所以要改變步進電動機的旋轉(zhuǎn)方向可以在任何一相通電時進行。
步進電動機
步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機。傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用�？墒窃谌祟惿鐣M入自動化時代的今天，傳統(tǒng)電動機的功能已不能滿足工廠自動化和辦公自動化等各種運動控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機系統(tǒng)，其中較有自己特點，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進電動機。
步進電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)密切相關(guān)。自從步進電動機在計算機外圍設(shè)備中取代小型直流電動機以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進了步進電動機的發(fā)展。另一方面，微型計算機和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進電動機推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機床、小功率機械加工機床、測量儀器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機械等。
任何一種產(chǎn)品成熟的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡化的過程�，F(xiàn)在，步進電動機的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。爪極電機價格便宜，性能指標不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動機，由于混合式步進電動機具有控制功率小，運行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導(dǎo)地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動機，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）； 還有五相10極50齒和一些轉(zhuǎn)子100齒的二相和五相步進電動機，五相電動機主要用于運行性能較高的場合。到目前，工業(yè)發(fā)達國家的磁阻式步進電動機已極少見。
步進電動機最大的生產(chǎn)國是日本，如日本伺服公司、東方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特別是日本東方公司，無論是電動機性能和外觀質(zhì)量，還是生產(chǎn)手段，都堪稱是世界上最好的�，F(xiàn)在日本步進電動機年產(chǎn)量（含國外獨資公司）近2億臺。
德國也是世界上步進電動機生產(chǎn)大國。德國B.L.公司1994年五相混合式步進電動機專利期滿后，推出了新的三相混合式步進電動機系列，為定子6極轉(zhuǎn)子50齒結(jié)構(gòu)，配套電流型驅(qū)動器，每轉(zhuǎn)步數(shù)為200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步進電動機的分辨率，還可以在此基礎(chǔ)上再10細分，分辨率提高10倍，這是一種很好的方案，充分運用了電流型驅(qū)動技術(shù)的功能，讓三相電動機同時具有二相和五相電動機的性能。
與此同時，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進電動機。該公司阪正文博士研制了三種不同的永磁式三相步進電動機，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式相似，轉(zhuǎn)子則同永磁式環(huán)形磁鐵相似）和爪極PM型。將三相步進電動機同二相步進電動機進行比較后顯示：
⑴在獲得小步距角方面，三相電動機比二相電動機要好。
⑵三相電動機的兩相勵磁最大保持力矩為√3T1（T1為單相勵磁轉(zhuǎn)矩），而二相電動機為 √2T1，所以三相電動機的合成力矩大。
⑶三相電動機的轉(zhuǎn)矩波動比二相電動機要小。
⑷三相電動機連續(xù)2步用于半步的轉(zhuǎn)矩差比二相電動機的要小。
⑸三相電動機繞組可以星形連接，三個終端驅(qū)動，勵磁電路晶體管6個； 而二相電動機是8個。
⑹連續(xù)運轉(zhuǎn)時，由于三相步進電動機結(jié)構(gòu)原因，磁通和電流的三次諧波被消除了，所以三相電動機的振動力矩比二相電動機的要小。
結(jié)論是顯而易見的。另外的結(jié)論是HB型電動機更適合于低速大轉(zhuǎn)矩用途；RM型適用于平穩(wěn)運行以及轉(zhuǎn)速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低轉(zhuǎn)速時的振動和高轉(zhuǎn)速時的大轉(zhuǎn)矩方面，三相PM型電動機比兩相電動機的性能要好。
因此，當前最有發(fā)展前景的當屬混合式步進電動機，而混合式電動機又向以下四個方向發(fā)展：
發(fā)展趨勢之一，是繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小，在57、42機座號的電動機應(yīng)用了多年后，現(xiàn)在其機座號向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近還研制出外徑僅10mm的步進電動機。
發(fā)展趨勢之二，是改圓形電動機為方形電動機。由于電動機采用方型結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子有可能設(shè)計得比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣機座號的電動機，方形的力矩比圓形的將提高30％～40％。
發(fā)展趨勢之三，對電動機進行綜合設(shè)計。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動機本體綜合設(shè)計在一起，這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性能。
發(fā)展趨勢之四，向五相和三相電動機方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅(qū)動電路比三相電動機復(fù)雜，因此三相電動機系統(tǒng)的性能價格比要比五相電動機更好一些。
我國的情況有所不同，直到20世紀80年代，一直是磁阻式步進電動機占統(tǒng)治地位，混合式步進電動機是80年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結(jié)構(gòu)類型同時并存。盡管新的混合式步進電動機完全可能替代磁阻式電動機，但磁阻式電動機的整機獲得了長期應(yīng)用，對于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進電動機的步距角（0.9°/1.8°）與典型的磁阻式電動機的步距角（0.75°/1.5°）不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不是很容易的，這就使得兩種機型并存的局面難以在較短時間內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對步進電動機的發(fā)展是不利的。
