混合式步进电机与普通步进电机——详细对比
工程师在工作中经常会遇到“步进电机”这一广义术语,而在这一大类中,性能更为优异的是混合式步进电机。本文对比了混合式步进电机与普通步进电机,重点将混合式结构与两种主要的传统步进电机类型——永磁式(PM)和反应式(VR)——进行了比较。到课程结束时,您将确切地知道哪种类型最适合您的应用场景。

导言
工程师经常遇到术语 “步进电机” 作为一个广泛的类别,但在这个类别中是优越的混合式步进电机。这篇文章比较了混合式步进电机vs步进电机-特别对比混合设计与两种主要的传统步进电机类型: 永磁 (PM) 和可变磁阻 (VR)。到最后,您将确切知道哪种类型适合您的应用程序。
定义比较组
A步进电机是任何以离散步骤移动的电动机。三种常见的亚型是:
永磁 (PM) 步进电机-转子是永磁体。
可变磁阻 (VR) 步进电机-转子是带齿的软铁; 没有磁铁。
混合式步进电机-结合了这两种技术。
因此,“混合式步进电机vs步进电机” 本质上意味着将混合电机与其他两种设计进行比较。
比较 #1: 施工
PM步进电机
转子: 圆柱形永磁体,在表面上具有交替的N/S极。
定子: 无齿 (或粗齿) 缠绕磁极。
VR步进电机
转子: 齿状软铁堆栈 (无磁铁)。
定子: 齿极。
混合式步进电机
转子: 由轴向永磁体隔开的两个齿杯。
定子: 细齿极。
的混合式步进电机具有最复杂的转子,这就是为什么它实现了最好的步进角。
比较 #2: 步进角度和分辨率
典型步距角度每转步数PM步进电机7.5 ° - 15 ° 24-48vr步进电机5 ° - 15 ° 24-72混合步进电机0.9 ° - 1.8 ° 200 - 400
A混合式步进电机还可以微步进 (例如,1/16、1/32步进) 以实现甚至更高的有效分辨率,而PM电机对微步进的响应较小。
比较 #3: 扭矩特性
保持扭矩混合步进电机提供最高的保持扭矩为给定的帧大小。
动态扭矩-混合动力设计在高达1000-2000 RPM的速度下保持扭矩更好,而PM扭矩急剧下降超过300 RPM。
制动力矩 (无动力)-PM电机具有显著的制动转矩 (齿槽效应); 混合电机具有非常低的制动转矩; VR电机没有。
典型扭矩比较 (NEMA 17尺寸,额定0.5 N·m):
PM步进电机-保持扭矩 ~ 0.2 N·m; 500 RPM时的扭矩 <0.05 N·m。
混合式步进电机-保持扭矩 ~ 0.4 N·m; 500 RPM时的扭矩 ~ 0.2 N·m。
比较 #4: 控制和驱动电子设备
FeaturePM步进电机vr步进电机混合步进电机驱动电压5-12v (通常为单极) 12-48v (双极或单极) 12-70v (首选双极) 微步支持有限的中优 (平稳运动) 电流控制不重要 (斩波驱动)
因为混合式步进电机具有更复杂的磁路,它需要双极斩波器驱动器以获得最佳性能。但是,许多现成的步进电机驱动器 (例如TMC2209、A4988) 是专门为混合式步进电机设计的。
比较 #5: 成本和可用性
PM步进电机-成本最低; 用于低端玩具、汽车仪表。
VR步进电机-今天很少见; 在许多应用程序中已过时。
混合式步进电机-成本适中; 广泛可用; 主导工业运动控制。
尽管前期成本较高,但混合式步进电机由于可靠性和精度,提供更好的长期价值。
什么时候选择每种类型?
选择永磁步进电机时:
步距角> 7.5 ° 是可接受的。
低成本是当务之急。
不需要高速扭矩。
示例: 简单的旋转显示,低成本的泵。
选择可变磁阻步进电机时:
你有一个遗留系统。
需要非常低的惯性 (转子中没有磁铁)。
(今天很少使用。)
选择混合式步进电机时:
您需要步步角 ≤ 1.8 °。
需要中等速度 (500-2000 RPM) 下的高扭矩。
平稳的运动和低振动的物质。
您正在使用微步。
例如: 3D打印机,数控,机器人,医疗设备。
现实世界的性能示例
考虑台式数控铣床:
带PM步进电机: 步距角7.5 ° → 48步/转 → 分辨率0.1毫米/步 (差)。扭矩在200 RPM时下降,导致遗漏步骤。
带混合式步进电机:: 步距角1.8 ° → 200步数/转 → 分辨率0.025毫米/步数 (良好)。扭矩高达800 RPM,使加工速度更快。
这个例子清楚地说明了为什么混合式步进电机vs步进电机(PM型) 是没有竞争的精密应用。
汇总表-混合式步进电机vs步进电机 (PM & VR)
参数pm步进电机vr步进电机混合步进电机转子磁性转子上的 (轴向) 齿步距角 (典型) 7.5 ° - 15 ° 5 ° - 15 ° 0.9 ° - 1.8 ° 保持扭矩中等高速扭矩每个低中-高制动扭矩 (无动力) 高零 $ 典型应用仪表,打印机,CNC
结论
比较时混合式步进电机vs步进电机(更广泛的类别),混合动力版本在分辨率,扭矩和控制方面几乎总是出色的。选择基本的PM步进电机的唯一原因是极大的成本降低或非常不苛刻的应用。对于任何需要精度的现代运动控制系统,混合式步进电机是标准。