双极步进电机的结构和特点

什么是双极步进电机？

双极步进电机（也称为两相步进电机）是一种特殊的电机类型，它能够将电脉冲信号转换为精确的角位移或线位移。这种电机通常包含两个主要的线圈（或称为相），每个线圈都有两个导线（总共四根线），用于控制电机的转动。

当给双极步进电机的线圈施加适当的电流脉冲时，它会按照预设的步距角（或称为步进角）进行转动。通过精确控制施加在每个线圈上的电流脉冲的顺序和频率，可以精确地控制电机的转动方向和速度。

双极步进电机在许多应用中都非常有用，包括自动化设备、机器人、数控机床、医疗设备、打印机、绘图仪、纺织机械等。在这些应用中，双极步进电机能够提供精确的位置控制和可靠的运行性能。

双极步进电机的结构

双极步进电机被 定义为每相一个绕组、无中心抽头的步进电机。典型的双极步进电机有四根电线，对应于每个绕组的两端。

双极步进电机的优点是它可以比相同尺寸的单极步进电机产生更大的扭矩，因为它使用全绕组而不是一半绕组。缺点是需要更复杂的驱动电路，可以反转每个绕组中的电流方向。

下图展示了双极步进电机的内部结构：

转子由具有北极 (N) 和南极 (S) 极的永磁体组成，而定子具有四个成对排列的电磁体（A、B、C、D）（AB 和 CD）。每对形成电机的一个相。

当电流流过其中一个绕组时，会产生一个磁场，该磁场会吸引或排斥转子磁极，具体取决于电流的极性。通过按特定顺序切换每个绕组中的电流方向，可以使转子逐步旋转。

双极步进电机的特点

高精度定位：

由于采用步进技术，双极步进电机能够精准定位到需要的位置。每个步进位置都非常准确，满足高精度控制需求。

可逆转性强：

双极步进电机的运转方向可以通过改变外部电流的方向来实现。这意味着它可以在不改变电机结构的情况下，实现相反的运转方向，从而适应各种复杂的运动控制需求。

静态扭矩大：

即使在静止状态下，双极步进电机也能够提供很高的扭矩输出。这使得它能够承受各种负载，同时在开始转动时提供良好的启动动力。

控制方式灵活：

由于其内部包含两个线圈和四条线，双极步进电机在控制方式上比单极性步进电机更为灵活。这种灵活性使得它能够适应更广泛的控制策略和应用场景。

驱动电路相对复杂：

与单极性步进电机相比，双极步进电机需要更复杂的驱动电路来提供正向和反向电流。这增加了电路的复杂性和成本，但也提供了更高的控制精度和灵活性。

动态性能优越：

双极步进电机在动态性能方面表现出色，尤其是在低速时。它们具有更好的响应性和较低的振动水平，适用于需要平稳运动的应用场景。

双极步进电机的高精度定位、可逆转性和静态扭矩大的特点使其成为理想的执行元件。同时，其控制方式的灵活性也使得它能够适应各种复杂的运动控制需求。