步进电机振动却不转的原因

随着对机器自动化需求的增加，企业常常需要考虑在相同的面积内最大限度地提高生产率的方法，使用高扭矩步进电机是一种通过增加现有机器的生产能力或通过使机器更小来最大化生产率的方法，因此，机器制造商需要高扭矩步进电机为机器提供高性能。

使用大扭矩步进电机有什么好处

增加的负载能力或吞吐量：高转矩步进电机与其他同尺寸电机相比，具有更大的转矩，因此可以在不增加电机占地面积的前提下，提高电机的负载能力和输出能力。

机器占地面积可以最小化：通过使用能够与较大电机的扭矩输出相匹配的较小电机，机器或设备（如3D打印机、机械臂、医疗泵或阀门）的尺寸可以最小化。

其他隐性好处：增加占空比，增大输出能力；延长预期寿命，有效减少维修费用；减少电力消耗，减少工作成本。

由于其高功率密度低，步进电机传统上运行发热，不能连续运行，高转矩步进电机提出了以下几种提高性能的替代方案。电动机的工作温度与输入电流近似成正比，15°C（27°F）的降低可以使电动机的预期寿命增加一倍。通过将电流降低到刚好适合电机和应用的水平，步进电机实际上可以运行更冷和更长的时间，这意味着更多的生产输出功率和更少的机器维护。最后，由于瓦特=伏特x安培，降低电流意味着降低功耗，这也有助于降低运营成本。步进电机振动却不转的原因

如何从马达中获得更多的扭矩

扭矩的来源，转矩可以描述为定子中的电磁铁与转子中的永磁体相互作用所产生的旋转力。虽然铝镍钴（AlNiCo）和钐钴（SmCo）磁体在过去很受流行，但现在市场上的大多数电机由于磁场强度高，在转子中使用钕铁硼（NdFeB）稀土磁体。假设永磁体保持不变，转矩与定子磁极上的绕组匝数乘以输入电流成正比。

为了增加电动机的转矩，需要增加绕组匝数或输入电流，但两种方法都有问题。由于电机制造商通常将绕组匝数设计为其最大值，因此增加绕组匝数的最简单方法是增大电机尺寸。增加输入电流也会提高电机的工作温度，这会限制占空比，如果长时间使用，可能会损坏铜绕组。

为了增加转矩，使用更强的磁铁，增加更多的定子齿，或在定子齿槽之间增加永磁体，但这些高转矩设计往往使电机更昂贵一些。

另一种增加转矩的方法是在双极串联或并联配置中使用步进电机，而不是单极或双极半线圈配置。通过这样做，绕组的电气特性，如电压、电阻和电感，可以改变，电机的转速和转矩性能也会改变。通过使用电机绕组的全线圈，扭矩可以增加一个系数的√2倍，或约41%。当前降低驱动器成本同时提高性能的趋势，已将双极步进电机配置定位为大多数应用的主要选择。

我们基于对设计和制造的整个过程，对磁铁、齿轮、绕组及电流进行改善，并取得了一些技术进步。

转子/定子磁路优化设计

转子和定子直径比：定子内径和转子外径之间的特定比值最大化了它们的磁场。但是，使转子过大会增加转子惯性，并使电机对速度变化的响应降低。较大的转子直径也会导致定子绕组的空间减小，从而减小产生的磁场。通过反复试验确定最佳配比。

定子叠片：为了最大限度减少磁损耗，我们重点设计了定子叠片上的凸极宽度、后轭宽度和小齿表面积。与过去的设计相比，齿形也更为方形，这使得定子齿和转子齿之间的磁场损失最小化。

转子叠片： 转子是通过在永磁体的每一侧固定若干薄齿状硅钢片制成的，有一个理想的层压数量，可以提升最大限度地扭矩。通过观察磁化特性的峰值电压和饱和电压，我们可以同时增大转矩和减小转矩脉动引起的振动。

提高刚性：采用较大的轴承来提高刚度和增加径向载荷，轴的底座直径增加了。这导致径向载荷比过去的设计大1.4到1.5倍。在电机输出侧的轴承总成上还添加了粘合剂，从而减少了轴承箱总成上的间隙、增加转子长度的空间和振动。我们还改进了定子叠片的紧固方法，以增加转子和定子铁芯的刚度，这也有助于进一步降低电机产生的振动。

扁平连接器：对连接器更新了设计，增加了电缆输出方向的自由度，并为连接器和电缆组件创建了更小的占地面积，以帮助机器变得更小。

最小气隙：减小定转子齿间的微小气隙是电机设计的一个关键部分，因为加工不精确会导致旋转不均匀、步进丢失、振动、噪音，甚至转子卡住。这需要对许多设计和制造过程进行广泛的审查和反复测试。

通过独特的刀具管理技术以及更高精度机械的适应，我们能够降低转子和定子叠片的直径公差以及滚珠轴承直径和轴压的最终安装间隙。这种精密度还需要对零件和机械进行更大的保养。对于定子和转子铁心，我们经常使用高压清洗和超声波清洗来去除工艺中的杂质。

为了证明我们的制造和装配精度，能够将气隙减小到30微米（0.03毫米）。经验上看，大多数电机制造商都是从气隙约为100微米的设计开始的，研究表明，气隙减小10微米，扭矩增加约5%。

高卷绕密度

在不增加电机尺寸的情况下增加电机的转矩输出是困难的，随着高密度绕线技术的发展，在绕线匝数不变的情况下，通过增大绕线直径，使绕线密度提高8%。线径越大，绕组电阻越低，电机的功率损耗（I2R）降低2W以上，这种效率的提高有助于提高转矩、降低发热和降低电机振动。

结果：扭矩更大，振动更小 步进电机振动却不转的原因

步进电机可以提供1.2至1.7倍的扭矩比电机在相同的大小，但同样重要的是，我们能够降低电机的振动。

总结

提高步进电机转矩的方法有很多，通过结合电机设计中不同部分的改进，如磁路设计、刚性、气隙和绕组密度，能够创造出更好的整体步进电机，同时保持实际应用的价格经济。