步进电机的分类

  步进电机的分类方法非常多，按照不同的分类方法，步进电机可以被分为以下几种：

按力矩产生的原理分类

磁阻式：又称为反应式步进电机。转子采用软磁材料，一般式硅钢片，本身没有磁性，但极易被磁化。其特点是结构简单，步进角小（可达1.2°），但效率低，发热量大，可靠性难以保障，很早之前就被市场淘汰了。

永磁式：又称为PM步进电机，转子使用永磁性材料，通过改变定子线圈的磁极来驱动转子。内部的圆柱形转子外表均匀分布着N极和S极。一般都为两相，扭矩和体积都比较小。步进角θ 一般为3.75°、7.5°、15°、18°，特点是步进角一般较大，力矩较小，精度比较低，发热小，结构简单，价格低廉，一般用在一些较为低端的产品中。近年来设备小型化，微型永磁式步进电机的应用范围也有了进一步的扩展，例如带可升降型的摄像头的手机。

混合式：定子由两个转子铁芯（一般是硅钢片）和一个磁钢（永磁体）组成，两个转子铁芯极性相反。它的特点是产生的力矩相较于永磁式步进电机更大，发热较小，效率高，转速相对较大，噪音低，步进角小等。两相混合式步进电机的步进角一般为1.8°，三相混合式步进电机的步进角一般为1.2°，五相混合式步进电机的步进角可以达到0.72°。它的相应速度快，适用于频繁启停的场合。

按相数分类：可以分为单相、双相、三相、四相、五相步进电机。相数，指电机内部的闭合线圈组数。

按输出力矩的大小分类

伺服式：输出力矩在小于1N·m的范围内，只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配合使用才能驱动机床、工作台等较大的负载

功率式：输出力矩在5~50N·m之间，甚至更高，可以直接驱动机床工作台等较大的负载

按定子数分类

单定子式

双定子式

三定子式

多定子式

按各相绕组分布分类

径向分布式：电机各相按圆周依次排列

轴向分布式：电机各相按轴向依次排列

单极性步进电机（5线4相）

单相整步驱动：“单相”指每一拍只有一相导电，“整步”指每一拍走过的角度是相邻两相之间的一整步。如下图所示，四个相的导电顺序为：A → B → C → D → A → 依次循环，步距角θ = 90 °（即4相4拍）

双相整步驱动：“双相”指每一拍有两相同时导通，且在数字信号驱动下，两相线圈通电产生的磁场大小相等。四拍的导电顺序为A B → B C → C D → D A  → ，与单相整步驱动相比，双相整步驱动拥有更大的转动力矩（是单相整步驱动力矩的根号2倍）。（也是4相4拍）

半步驱动：半步驱动方式实际上是单相整步驱动和双相整步驱动的结合。相较于前两者，半步驱动有更小的步距角（45°），八拍的导电顺序为：A → A B → B → B C → C → C D → D → D A → A → ，其缺点为转动力矩不稳定，有可能会导致电机本身的震动或者驱动设备的动力不稳定等问题。（即4相8拍）

双极性步进电机（4线2相）

双极性步进电机中的线圈中的电流方向是双相的，通过配置A + 和A − ，B + 和B − 的高低电平来控制电机的旋转。其原理与单极性步进电机类似，优点是相较于前者可以具有更大的转动力矩（可以通过配置一个线圈上的两端电压分别为+5V和-5V来使线圈上的电流增大），缺点是驱动电路和程序较为复杂。由于原理与单极性步进电机类似，以下不做过多赘述。

单相整步驱动

双相整步驱动

半步驱动

细分器驱动原理

  如果驱动电路可以改变每一相通电时的电流大小，就可以控制每一相产生的磁场大小。这样不仅能解决半步驱动时力矩忽大忽小的问题，还能使步距角进一步减小以达到更高的精度控制。

步进电机工作参数

1.1 静态参数

相数：产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数（双极性），也可以理解为步进电机中线圈的组数。一般而言，两相步进电机步距角为 1.8°，三相的步进电机步距角为 1.5°，相数越多的步进电机，其步距角就越小。

拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用 n nn 表示；或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。以四相电机为例，四相四拍运行方式即 A B → B C → C D → D A → ，四相八拍运行方式即 A → A B → B → B C → C → C D → D → D A →  .

步距角：一个脉冲信号所对应的电机转动的角度，可以简单理解为一个脉冲信号驱动的角度，电机上都有标注，一般 42 步进电机的步距角为 1.8°

定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成）。

静转矩：电机在额定静态电压作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。

1.2 动态参数

步距角精度：步进电机转动一个步距角度的理论值与实际值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。

失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。也可以叫做丢步，一般都是因负载太大或者是频率过快。

失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

最大空载起动频率：在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

最大空载的运行频率：电机不带负载的最高转速频率。

运行转矩特性：电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。

步进电机的特点

1、步进电机的精度大概为步距角的 3~5%，且不会积累。

2、步进电机的外表允许的最高温度较高。

步进电机发热的主要原因是铜损和铁损，铜损指铜导线的导电发热效应，铁损指作为铁芯的硅钢片在磁场中产生涡流效应而被加热。一般步进电机会因外表温度过高而产生磁性减小，从而导致力矩减小。一般来说磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度是完全正常的（28BYJ-48不会达到很高的工作温度）。

3、步进电机的转矩与速度成反比，速度越快力矩越小。

4、低速时步进电机可以正常启动，高速时不会启动，并伴有啸叫声。

5、步进电机的空载启动频率是固定的，如果高于这个频率电机不能被启动，并且会丢步或堵转。

文章参考1：CSDN博主「Include everything」的http://t.csdn.cn/gtLzS

文章参考2：CSDN博主「霄耀在努力」的http://t.csdn.cn/QeYpR