丝杆步进电机的运行原理与用途解析

采用一根螺杆和螺母相啮合，采取某种方法防止螺杆螺母相对转动，从而使螺杆轴向移动。一般而言，目前有两种实现这种转化的方式，第一种是在电机内置一个带内螺纹的转子，以转子的内螺纹和螺杆相啮合而实现线性运动，第二种是以螺杆作为电机出轴，在电机外部通过一个外部驱动螺母和螺杆相啮合从而实现直线运动。这样做的结果是大大简化了设计，使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线步进电机进行精密的线性运动。直线步进电机被广泛应用于包括制造、精密校准、精密流体测量、精确位置移动等诸多高精度要求领域。

　　丝杆步进电机的工作原理

　　丝杆步进电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。丝杆步进电机输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

丝杆步进电机

　　丝杆步进电机发热原理通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。丝杆步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

　　丝杆步进电机的用途

　　1、丝杆步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。

　　2、每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。

　　3、丝杆步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。

　　4、丝杆步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。

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　　线性模组丝杆型可进行重复定位，意在准确记录精度，达到movement效果。接下来看一下重复定位的精度要求。定位系统的可重复性指企图连续经过某一特定位置时实际定位位置的变化程度。具有高度可重复性的系统(准确性可能高也可能不高)当反复经过同一给定position时，无论从哪个方向，均表现非常低的位置分散性。 从相同方向朝(单一方向可重复性)一点移动，与相反方向(双向可重复性)朝一点移动之间的the difference。 一般来说，双向移动的位置变化要比单向移动来的高。只单独看单向移动可重复性数据，不会发现齿轮隙的显著influences。

　　如果可重复性的要求较高，最好不使用导螺杆而换用直线电机作为carried out元件。尽管这样作要求增加使用直线编码器并且滑座与伺服控制器需要工作在闭环模式，但得到的性能却会大大improve，此时所受的限制仅仅来自编码器的分辨率和不可避免的热效应影响。

　　虽然上述为消除热效应对测量可重复性的影响的做法过于accurate，但是我们之所以这样的目的就是要充分展示我们的反背隙螺母(与导螺杆驱动的滑座一起使用)设计的高内在可重复性的特点。利用激光干涉仪所作的大量测试表明，典型的单向值低于 0.05 毫米(而许多其他product在 0.01 到 0.02 毫米之间)，双向值低于±0.01 -0.02毫米(许多其他产品为 0.02 到 0.05 毫米之间)。 除此之外，反背隙螺母设计还具有自我补偿characteristic，即使经过长期使用，设备的可重复性值的下降也不会超过 0.05 毫米。由上可知， 线性模组丝杆型对于重复定位的精度的要求是非常严格的，精度越高产品的quality也就越有保障。