第 1

章绪论

1.1 设计背景

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机，传统

电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关
键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满
足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展
了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广
泛的一类便是步进电动机。

步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电动机在计算机外围设

备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动
机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执
行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、
测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。任何一种产品成熟的过程，基本上
都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式
结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标
不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有
控制功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位。最典型的产品是二相 8 极 50
齿的电动机，步距角 1.8°／0.9°

（全步／半步）；还有五相 10 极 50 齿和一些转

子 100 齿的二相和五相步进电动机，五相电动机主要用于运行性能较高的场合。
到目前，工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见

[1]

。

步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO

DENKI 和 MINEBEA 及 NPM 公司等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能
和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产
量（含国外独资公司）近 2 亿台，德国也是世界上步进电动机生产大国。德国
B.L.公司 1994 年五相混合式步进电动机专利期满后，推出了新的三相混合式步
进电动机系列，为定子 6 极转子 50 齿结构，配套电流型驱动器，每转步数为
200、400、1000、2000、4000、10000 和 20000，它具有通常的二相和五相步进电动机
的分辨率，还可以在此基础上再 10 细分，分辨率提高 10 倍，这是一种很好的
方案，充分运用了电流型驱动技术的功能，让三相电动机同时具有二相和五相
电动机的性能。与此同时，日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电动机。