直流有刷电机驱动项目需求分析

一、 项目名称：《直流电机驱动器设计》

二、 项目需求分析

我们想设计一款直流有刷电机驱动器，那么在设计驱动器之前，我们需要明确驱动器的控制对象，知道控制对象的参数，这样才能设计出一款适合控制对象、稳定、鲁棒性强的驱动器。所以，下面我们需要先来介绍下项目的控制对象。

控制对象信息：

电机型号：140有刷电机

电压范围：1.5V-6V

电流：500mA

转速：14000转/分，有正负5%的误差

电机重量：16g

电机内阻（实测）：1.2欧姆

如下图一为电机实物展示图。

图一：140直流有刷电机

明确了控制对象的参数之后，接下来就需要根据这些参数来设计属于这款电机的驱动器了。那么，我们可以根据电机的电压参数，确定出Vbus电压，因为电压的范围是1.5V至6V，而一般5V比较常用，所以我们决定选5V作为Vbus电压。

电压确定好之后，我们需要根据要实现的控制功能来选择相应的控制方案。或者说，我们要使用单片机控制的话，需要根据功能来对单片机选型。

所以，接下来先对我们要实现的控制功能进行说明（注意：如果项目是别人或者别的公司的话，控制功能需要由项目提供者给出）。这里我们就自己定一个需要实现的功能来实现驱动器的设计了。

下面将控制功能罗列如下：

1.实现电机正反转调速控制。

2.LED灯状态显示。

3.电压采集。

4.电压保护。

那么，要实现电机正反转调速控制的话，正反转的实现，就需要用到H桥了，调速的话，就要使用到PWM波了。那么，也就是说，至少需要选型的这款单片机至少能够输出2路PWM信号，其它两路的话可以使用电平控制。这样的话，我们可以选择H桥的上桥用电平来控制，只需要两个普通的IO口即可实现。H桥的下桥用PWM控制来实现电机调速的功能，所以下桥的驱动信号使用PWM即可。

然后LED显示的话，使用一个普通的IO口就可以实现。

要实现电压保护的话，需要用到ADC模块了，需要一个模拟IO口。PWM占空比的调节可以通过一个电位器来实现，电位器的电压采集也需要ADC模块，同样需要一个模拟IO口。

然后需要考虑程序的下载，我们可以找一款SWD协议的单片机，这样只需要两个专用的下载引脚加上电源VDD和地VSS即可实现程序的下载。

那么，单片机要供电的话，至少需要2个引脚，一个VDD和一个VSS。电源电压可以选择3.3V供电。

外部复位，需要一个专用的复位引脚。

综上分析，我们可以选用一款20pin引脚的单片机，那么这里我们可以选用一款ST的单片机，如STM32030F4P6这个型号。这款单片机的引脚封装如下图二所示：

图二：STM32F030F4P6封装和引脚示意图

这款单片机的功能描述如下图三所示：

从图中红色方框描述，我们需要实现的功能都可以实现。

图三：STM32F030F4P6单片机功能描述

电机正反转控制实现方案：

我们前面分析了，要实现电机的正反转控制的话，需要使用H桥，那么就需要考虑到H桥的元器件选择了。H桥的元器件选择需要根据负载电机的参数进行选取，前面我们介绍电机的参数的时候，知道了电机给定的额定电流是500mA，但是经过我们实际上电测试，电机带载时，最大可达到1A以上的电流。所以H桥选型需要考虑过电流能力。

所以，基于以上分析，我们可以选择H桥使用上管P型三极管，下管N型三极管的方式，那么考虑到过电流能力，所以这里的P管可以选择B772，封装可以选用DPARK封装的，N管可以选择P管的对应型号，D882，封装同样也可以选用DPARK的。这样就选定了H桥的功率器件了。

电压保护功能实现：

通过前面的分析，要实现电压采样的话，需要设计一个电压采样电路。将采集到的电压作为一个模拟信号送到单片机的引脚，单片机就根据AD转换完成的结果判断是否出现过压和欠压信号，当出现过压或欠压时，可以控制PWM不输出，实现电机的停止转动，达到系统保护的目的。

过压保护的电压，可以根据Vbus电压来确定，我们前面确定了Vbus电压为5V，那么过压的电压可以选择6V，欠压的值，需要考虑LDO最小的压差，单片机的供电电压是3.3V，欠压电压的确定需要确保单片机能正常检测电压信号，LDO我们可以选用AMS1117-3.3这个型号，它的最小压差是1.2V-1.4V，那么欠压值最小需要定为5-1.2(1.4) = 4.8V(4.6V)。这样就可以把欠压的值确定下来了。

综上就是《直流电机驱动器设计》这个项目的需求分析了。接下来就需要根据这个需求来设计方案的原理图和PCB。

关于原理图和PCB的设计，在下面的文章中再给大家介绍。

最后，先给大家展示下项目最终的实物图：

本篇文章就给大家分享到这里，我们下次再见，谢谢大家！

转子位置传感器之霍尔磁敏传感器介绍

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天我们来介绍转子位置传感器之霍尔磁敏传感器。

一、转子位置传感器概述：

转子位置传感器在无刷直流永磁电动机中，主要起两个作用：

    一、通过它检测出转子永磁体磁极相对定子电枢绕组所处的位置，以便确定电子换相驱动电路中功率晶体管的导通顺序;

    二、确定电子换相电路驱动电路中功率晶体管的导通角，从而确定电枢磁场的磁状态。

为了实现这两个目的，工程上可以采用无接触式旋转变压器、光电式传感器、高频耦合式传感器、磁阻元件传感器和霍尔磁敏传感器等。不同的传感器，有不同的特点和不同的应用场合。

无接触式旋转变压器和霍尔磁敏传感器是目前被广泛采用的两种转子位置传感器。无接触式旋转变压器除了结构复杂、体积较大和制造成本较高等缺点外，它具有安装定位方便、输出信号大、精度高、对环境条件要求不严、温度适应范围宽、工作稳定可靠，以及容易与电子换向电路的输入阻抗实现阻抗匹配等一系列优点。因此，旋转变压器被广泛地用于精密数控机床、军事装备和宇航技术领域之中。

霍尔磁敏传感器在具有质量轻、尺寸小、制造成本低和便于大规模生产等优点的同时，存在着对环境条件要求严、温度适应范围窄和可靠性差等缺点。因此，霍尔磁敏传感器被广泛地用于计算机的软硬盘驱动器、激光打印机、视听设备和家用电器等民用电动机产品中。

二、霍尔效应：

当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。

图一：霍尔效应示意图

图二：霍尔效应示意图

三、霍尔器件分类：

（1）按结构分类

霍尔器件按结构可以分为三大类∶霍尔元件、霍尔集成电路和霍尔功能组件。一般而言，霍尔器件是由单独半导体霍尔区构成的分立电子元件，它所产生的电动势很低，在使用时还需要外接放大器，很不方便。随着微电子技术的发展，借助半导体制作工艺将半导体霍尔区及其所需的外周功能电路一起制作在同一块硅外延片上，这就构成了霍尔集成电路和霍尔功能组件。

（2）按功能分类

霍尔器件按功能也可以分为三大类∶线性型、开关型和锁定型。

线性型霍尔器件由电压调节器、霍尔元件、差分放大器和输出级所组成，其结构框图如下图所示。

图三：线性霍尔器件结构框图

线性型霍尔器件的输入量是磁感应强度，输出量是电压。输出量与输入量成直线性函数关系，如下图所示。线性型霍尔器件主要用于测量，可制成用来测量各种物理量，例如，磁通、磁通密度、电压、电流、功率、频率、相位移、电磁转矩、直线位移、角度、振动、转速、流量和压力等物理量的仪表。

图四：线性霍尔器件的输出特性

开关型霍尔器件由电压调节器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级等五部分所组成，如图五所示。它的输入量是磁感应强度，输出量是高低电平的数字信号。在正磁场作用之下的开关型霍尔器件的特性曲线如图六所示。所谓正磁场是指磁体的南极 S 指向霍尔器件商标面的磁场;反之，所谓负磁场是指磁体的北极N 指向霍尔器件商标面的磁场。对于开关型霍尔器件而言，当磁感应强度由零开始增大到达某一数值 Bop 时，霍尔器件开通，输出低电平，横坐标上对应 Bop的点被称之为"磁工作点"。当磁感应强度从"磁工作点"开始继续增大时，霍尔器件一直保持开通状态，即一直输出低电平;当磁感应强度由一个大于 Bop 的数值开始减小返回时，在磁感应强度减小返回到达"磁工作点"数值的情况下，霍尔器件仍然保持开通状态，输出低电平; 只有当磁感应强度减小至某一数值 BrP时，霍尔器件才关闭，输出高电平，横坐标上对应 BrP的点被称之为"磁释放点"。磁工作点与磁释放点之差，即数值（Bop-Brp）=B_HYS 被称之为开关型霍尔器件的"磁滞区"。不同设计的开关型霍尔器件具有不同的磁滞区B_HYS，外加磁场的大小不会改变某一开关型霍尔器件的磁滞区的数值大小。开关型霍尔器件的磁滞回线相对于零磁场纵坐标轴是不对称的，它的导通和截止过程只和外界磁场的大小有关，不需要磁场极性的变换。图六给出了开关型霍尔器件在交变磁场作用之下的输出特性。

图五：开关型或锁存型霍尔器件结构框图

图六：开关型霍尔器件的输出特性曲线示意

锁存型霍尔器件同样也是由电压调节器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级等五部分所组成。锁存型霍尔器件实质上也一种开关型霍尔器件，它与一般开关型霍尔器件的差别在于∶它是由双磁极激发的，其输出特性曲线如下图所示。由图可见，锁存型霍尔器件的输出特性曲线相对于零磁场纵坐标轴是对称的，因此在交变磁场的作用之下可以获得占空比为1∶1的输出波形，如下图七所示，且不受外界温度和交变磁场峰值大小的影响。

图七：锁存型霍尔器件的输出特性曲线示意

锁存型霍尔器件的基本工作过程是，当外加磁场方向为正时，差分放大器的输出电压为正，并作为施密特触发器的触发信号。差分放大器的输出电压随着外加磁感应强度的增强而增加，当达到施密特触发器的导通电压阈值时，电路的输出V。由高电平变为低电平。由于触发器的导通和截止的电压阈值被设计成对称的，所以当外加磁感应强度减弱时，触发器仍保持导通状态∶只有当改变磁体的极性并达到一定强度，致使差分放大器输出的负触发信号达到施密特触发器的截止电压阈值时，触发器才由导通突变为截止。因此，磁体的极性每变换一次，锁存型霍尔器件的输出就完成一次开关转换，这种特性特别适用于在无刷直流永磁电动机中作转子位置的传感器件。

四、霍尔器件的空间配置：

传感器定子上的霍尔器件的数目和配置方法取决于∶ 电动机本体的相数m、磁极对数p、电枢绕组、逻辑信号处理电路、换向电路、电动机运行时的磁状态角a_z和逆变电路中功率开关器件的导通角a_i等。归结起来，传感器定子上的霍尔器件的数目和配置必须满足以下两个条件∶

1）霍尔器件在电动机的一个电周转内所产生的开关状态是不能重复的，每一个开关状态所占的电角度应相等;

2）霍尔器件在电动机的一个电周转内所产生的开关状态数应和该电动机的磁状态数相对应。

锁存型霍尔器件是一个仅有"0"和"1"两种状态的双值器件。一个双值器件有两种状态，二个双值器件有四种状态，n个双值器件有 2"种状态。根据上述原则，对于最常见的"二相导通星形三相六状态"的电动机而言，一般采用三个霍尔器件，它们在圆周空间的配置有两个方案∶ 相互间隔 60°电角或相互间隔 120°电角。两种方案的输出波形组合图分别如下图所示：

图八：60度电角度安装霍尔波形及输出状态

图九：120度电角度安装霍尔波形及输出状态

对于"一相导通星形三相三状态"的电动机而言，至少要两个霍尔器件，然后借助逻辑电路把两个霍尔器件的四种状态处理成相互间隔 120°电角的三个状态;在此情况下，也可以采用三个霍尔器件，然后借助逻辑电路把三个霍尔器件的六种状态处理成相互间隔 120°电角的三个状态。

综上所述，对于"一相导通星形三相三状态"和"二相导通星形三相六状态"的电动机而言，其霍尔器件的数目和配置方法如图所示。

图十：霍尔器件数目和相邻两霍尔器件之间的夹角

无刷直流电机基础知识总结

今天给大家分享下电机控制中需要了解的一些基础知识，供大家参考学习。

一、三个基本定则

1.左手定则

左手定则是用来判断一个通电导体在磁场中受力方向的。具体受力方向如何判断，如下：

1）伸开左手，使大拇指和其余四指垂直；

2）手心面向N极，四指顺着电流的方向，那么大拇指所指方向就是导体受力方向。

力的大小计算公式为：F =    BILsinθ，其中B 为磁感应强度（单位 T），I 为电流大小（单位 A），L 为导体有效长度（单位 m），F 为力

的大小（单位 N），θ 为： B 和 I 的夹角。左手定则示意图如下图一所示：

图一：左手定则受力方向判断示意图

2.右手定则

由于通电导体的运动会切割磁感线，此时就会产生感应电动势，那么感应电动势的方向就可以用右手定则进行判定。右手定则具体内容如下所示：

右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，让磁感线从掌心进入（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流（感应电动势）的方向。

感应电动势的大小可以通过公式E = vBLsinθ进行计算，其中v 为导体的运动速度（单位 m/s），B 为磁感应强度（单位 T），L 为导体长度（单位

m），θ 为B 和L的夹角。右手定则判定方向示意图如下图二所示：

图二：右手定则感应电动势方向判断示意图

3.右手螺旋定则

通电螺线管中流过电流时，会产生磁场，产生的磁场方向可以通过右手螺旋定则来进行判定。具体法则为：右手握住通电螺线管，使四指弯曲

与电流方向一致，大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的 N 极。

右手螺旋定则判定示意图如下图三所示：

图三：右手螺旋定则判定磁场方向示意图

我们都知道，如果我们将一个小磁针放入磁场中，那么小磁针N方向的转动方向是往静止磁场的N方向转动，也就是说，当把小磁针放入磁场中时，静止后，小磁针的N方向跟磁场的N方向是一致的。

静止时刻的方向示意图如下图四所示：

图四：小磁针静止时的指向

二、电机基本概念

1.电机

电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。下图所示为直流无刷电机。

图五：直流无刷电机

2.转子

电机工作时转动的部分称为转子。下图六所示为转子为永磁体的外转子电机转子结构。

图六：转子示意图

3.定子和绕组

电机工作时不转动的部分称为定子。如下图七所示为外转子无刷电机的定子示意图，定子结构上绕制了线圈。绕组就是定子上的线圈，通电后就会形成一定的磁场，从而推动转子旋转

图七：定子示意图

4.内转子电机

转子在定子内部，示意图如下图八所示：

图八：内转子电机示意图

5.外转子电机

转子在定子外部的电机称为外转子电机，如下图九为外转子电机示意图：

图九：外转子电机示意图

6.极数与极对数

极数是N极,S级的总数，一般都是指永磁体的磁极数,下图十所示的电机有6极。极对数是 一个南极(S极) ，一个北极(N极) ，算一对磁极，极对数=级数÷2,下图十所示的电机有3对极。

图十：极数及极对数介绍示意图

7.机械角度与电角度

机械角度就是数学中的“空间几何角度”，恒等于360度。电角度指磁场每转过一对磁极,导体的电动势变化一个周期,定义一个周期为360°电角度。

电角度=机械角度*极对数

若电机有K对极,那么整个定子内圆有K*360°电角度,右图电机有4对极,因此一圈是360°机械角度,1440°电角度

图十一：机械角度与电角度介绍示意图

8. KV值

KV值是指输入电压每增加 1 伏特，无刷电机空转转速增加值，转速=KV*电压。比如KV=1000,那么当输入电压10V时,空转转速就是10000rpm  (rpm=转/分钟)。同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的 KV 特性。绕线匝数多的，KV 值低，最高输出电流小，扭力大；绕线匝数少的，KV 值高，最高输出电流大，扭力小。

图十二：KV值示意图

9. 霍尔传感器

霍尔传感器感应磁场方向,并输出高低电平(”1”和”0”),根据霍尔传感器的输出值,就能确定转子的位置。下图十三表示霍尔安装及霍尔波形示意图：

图十三：霍尔安装及霍尔波形示意图

10. 死点

转子在死点位置,电机无启动力矩,一般是转子磁场与定子磁场方向平行，如下图十四所示表示死点示意图：

图十四：死点位置示意图

今天的内容就给大家分享到这里，下次有机会再继续给大家分享更多关于电机相关的基础知识，谢谢大家！

电机控制中MCU的选择应该如何考虑？

大家好，今天我们来聊一聊电机控制中的MCU选型如何考虑？不同应用对器件的要求有很大的区别。目前市场上的控制器/驱动器解决方案各有千秋，包括了针对特定简单应用的标准控制器/驱动器、以及采用外部缓冲栅极驱动器和功率级的MCU、DSP和FPGA。

图一：产品中的MCU示意图

MCU是目前市场主流的电机控制方案，适用于高、中、低端电机控制。通过内部集成的电机控制模块，可简化客户对于电机控制的开发；而相对于DSP较强的控制功能，能更好地实现电机的伺服控制和保护功能。此外在32位处理器，通过提高运算处理速度，也可以很好地实现空间矢量、磁场定位和PD闭环调节的复杂控制。

图二：伺服控制系统示意图

对于小型BLDC冷却风扇等简单的低功耗电机控制应用来说，专用标准电机控制IC可以实现低成本。但对要求苛刻的应用来说，就更适合使用DSP、MCU和FPGA，因为可以增加其他系统管理功能，例如监测电机参数和状态，以及与主机系统的通信等。

 目前，8位MCU主要用于低成本，低性能场合，16位、32位DSP/MCU则用于中/高性能场合。其中DSC的性价比是比较高的。

 关于电机控制方案，DSP、MCU和FPGA各有其优特点。DSP因为数据处理能力强、运算速度快，适用于高端复杂的电机系统控制，如实现交流感应电机的空间矢量控制算法、无传感器的空间定位等，但它依赖于软件算法的成熟度和稳定性，对开发者的要求比较高。此外因为内核电压及接口电平主要是3.3V或者1.8V，对电机驱动器需要相关电平的驱动电路支持。

单片机带DSP的功能一般运用于比较高端的，速度要求比较快的应用。Microchip的16位单片机带有DSP功能，支持定点小数格式数学运算，可以很方便的实现小数乘法。 FPGA有自己的特点，它很灵活，但入门门槛高，单价高。一般用于量不大的领域。

通过上面的介绍，大家应该对MCU、DSP、FPGA各自的特点以及适合的应用场合都有了一些了解了，那么今天主要想跟大家分享在我们电机控制项目中对MCU的选取需要考虑那么东西？

那么我们拿到一个项目，客户会给我们一个项目需求，这个项目需求中会包括整个项目要实现的功能，以及完成这个功能要达到的技术指标，那么选型MCU就需要根据功能及其技术指标来考虑。

对于一个电机控制系统来说，其实有一些MCU的外设模块是必须用到的，例如IO模块、ADC模块、PWM模块、通讯模块、定时器模块、输入捕捉模块。

图三：MCU外设模块示意图

IO模块用于一个简单的输入输出功能的实现，可以用于按键及LED灯的控制。

ADC模块用于模拟量的采集，可以用于旋钮调速、电压采集、电流采集、温度采集等等，在有的电机控制算法中，对模拟量的采集要求并不是很高，所以ADC模块的速率要求就比较低，但是在FOC算法控制中，需要对相电流进行采集，整个算法都是围绕着电流进行的，所以对ADC模块的速率就会有要求了，需要高速ADC，这样才能获取准确的采样位置的电流结果，算法的计算精度就会更加准确。

PWM模块用于输出PWM波驱动逆变桥，从而驱动电机，对PWM模块的要求是要分辨率足够高，如果要驱动三相电机的话，那么就需要至少产生三路PWM信号，如果要做正弦波控制的话，还需要PWM模块能够产生互补PWM信号及死区设定。一般的电机控制系统中，都会对系统进行保护，所以最好PWM模块提供故障输入功能，用于在发生故障时能够及时关断PWM输出，达到保护系统的目的。

通讯模块用于单片机跟外部进行信息传输，比如串口通讯模块，可以支持上位机跟单片机之间的通讯，像串口程序升级、串口调参等等。在有的系统中，485、CAN通讯也会被使用，其目的还是用于单片机跟外界进行数据传输。不同的通讯方式适用场合也不同，有的需要高速数据传输，因此SPI、USB等通讯方式就需要被使用，而有的只是作为一个指令控制，不需要很高的通讯速率，一般普通的串口通讯就可以实现。

定时器模块用于一些定时任务，如需要一段时间执行什么任务，就可以用定时器模块来控制时间，有的单片机定时器模块跟PWM模块是集成在一起的，所以也有PWM波生成的功能，比如STM32单片机就是这样的。

输入捕捉模块用于捕捉外部的数字信号，比如需要测量电机的速度，可以利用输入捕捉模块对霍尔信号进行捕捉，也或者对一个PWM信号进行捕捉，可以得到PWM信号的周期和占空比，这个PWM信号作为电机系统的调速信号使用。

图四：无传感器电机控制MCU资源使用情况示意图

所以，这些模块的选用需要根据项目功能选取，只有项目需求明确了，才能很好的选择需要使用的外设模块。因此，外设模块是MCU选型的一个重要参考。

在MCU选型的时候，还需要考虑CPU的主频，如果主频低了，那么指令执行的时间相对于主频高的单片机就会更长，就无法满足算法的执行时间需求，即使能够实现算法，可能电机执行的效率等方面都不是最佳的状态，因此CPU主频的选取也需要根据项目要求及功能权衡。

最后，价格是大多数项目中MCU选型需要考虑的因素，有的项目，整个项目成本需求就几十块钱，那么如果选用很高档的单片机，势必造成产品价格的偏高，最终导致项目不赚钱甚至亏本，所以，在满足项目需求的功能前提下，单片机的价格越低越好，这样才能做出性价比高的产品，为公司节省更多的成本，赚更多的钱。

本篇文章就给大家分享这么多，更多电机驱动相关的内容，欢迎大家持续关注张飞实战电子，我们会继续分享更多的内容，谢谢大家！

步进电机介绍、分类及应用中的问题探讨

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家介绍步进电机的分类及应用中的问题探讨。

一、概述

步进电机是一种数字控制电动机，其接受控制脉冲信号并相应的转动一定的角度。实际运用中步进电机与控制器是不可分割的整体，通过单片机、DSP 等微控制器产生的控制脉冲信号是弱电信号，需要经过驱动电路功率放大后才可以作用在电机的绕组上，使绕组按一定顺序通电。只要各相绕组按既定的顺序轮流通电，步进电机就能产生所需的步进运动。

因为其开环控制具有较高的分辨率，步进电机作为经济型数控机床的核心，在数控机械中得到了广泛的应用。经过长期的发展，步进电机在数字控制的许多领域都得到了相关的应用，其作为控制用电机或驱动用电机在办公自动化设备、计算机外设和工业机械等领域有较多的应用实例。近年来，微电子技术、大功率电力电子器件及驱动技术的迅速发展，进一步促进了步进电机的发展。

图一：步进电机示意图

二、步进电机分类

步进电机一般可分为以下三类：

1、反应式步进电机。反应式步进电机定子由硅钢片叠成，相对的两个磁极缠有缠绕方向不同的同一绕组，通电时形成一对 N、S 极，电机转子中没有绕组。电机转子是由软磁材料制成的，转子磁极外表面和定子磁极内表面有许多个大小相同、间距相同的小齿。电磁力是反应式步进电机产生运动的动力，在电磁力的作用下，转子会运动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，并处于平衡状态。

2、永磁式步进电机。永磁式步进电机转子的材料是永磁性的，转子与定子的极数相同，电机输出转矩大，步距角相对较大，但工作性能良好。

3、混合式步进电机。混合式步进电机定子的结构与反应式步进电机相同，转子在轴向分为两段，两段铁芯外围圆周方向都均匀分布着相同数量、尺寸的小齿，但相互错位半个齿距。两段铁芯中间嵌入永磁铁，使得转子一端铁芯呈 N 极，另一端铁芯呈 S 极，如图 1.1 所示。转子的 N、S 极性不变，通过控制定子绕组电流实现定子磁极的 N、S 极性的顺序变化，对转子的 N、S 极产生相应的作用力，推动转子按要求旋转。因为混合式步进电机转子的永磁磁场也产生一部分的转矩，所以比反应式步进电机仅由定子磁场产生的转矩要大。

图二：二相混合式步进电机定转子结构图

步进电机有如下的特点：

（1）步距角稳定，只与电机结构等有关，不受电压、电流、温度等各种干扰因素影响；

（2）步进电机的转动角度与控制脉冲的数目成正比，没有累积误差；

（3）步进电机动态性能好，启停、正反转及变速都能在少数控制脉冲内完成；

（4）步进电机开环控制系统简单可靠，加上检测反馈环节，可构成高性能的闭环控制系统；

（5）步进电机在中低速时具有较大转矩，能够比相同级别的伺服电机提供更大的扭矩输出；

（6）步进电机体积小，在狭窄的空间内仍可顺利安装，并提供较高转矩输出；

步进电动机的主要缺点是效率低；不能直接使用交流或直流电源，需要适当的驱动电源才能运行；带负载惯量的能力不强；在应用中可能出现低频振荡和失步的现象。

三、步进电机应用中的问题

步进电机一般运用在精度和稳定性要求不高的开环系统中，可能存在失步并且无法准确及时的对失步进行检测补偿的问题，导致系统的精度降低。步进电机闭环控制能从根本上解决失步的问题，提高步进电机的工作性能，不仅可以实现步进电机更加精确的位置和稳定的转速控制，还可以使步进电机获得更大的通用性。电力电子器件和微处理器的发展为步进电机闭环控制性能的提高提供了基础，步进电机的闭环控制正逐渐向数字化、智能化、模块化方向发展。

在实现步进电机简单有效的闭环控制中，如何获取电机转子位置和速度反馈信号是相当重要的一个环节。传统的步进电机闭环控制多采用光电编码器或者旋转变压器等机械传感器检测步进电机转子的速度、位置，并将反馈信号与输入脉冲相比较，从而对失步进行补偿。运用机械位置传感器实现步进电机的失步补偿，会增加步进系统的复杂性，大大的削弱步进电机的竞争力，限制了它的应用场合，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易受环境干扰，降低了系统的可靠性。为了解决机械传感器带来的各种缺陷，需要研究步进电机无位置传感器控制。

步进电机无位置传感器控制的相关文献较少，而且几乎都是保密性质的，但无位置传感器控制在无刷直流电机、永磁同步电机等电机中的应用有较多的研究，相关文献较多。混合式步进电机与永磁凸极同步电动机在作用机理上相似，虽有不同之处，但从本质上，混合式步进电机可以说是一种低速凸极永磁同步电机，混合式步进电机控制可以参考永磁同步电动机的控制策略来研究和设计。无位置传感器控制在永磁同步电机中的应用对步进电机无位置传感器控制的研究有一定的借鉴意义。

本篇文章就给大家介绍这么多，后面更多关于步进电机的知识，希望大家持续关注，谢谢大家！