步进電(diàn)机的静态转矩特性

步进電(diàn)机的線(xiàn)圈通直流電(diàn)时，带负载转子的電(diàn)磁转矩（与负载转矩平衡而产生的恢复電(diàn)磁转矩称為(wèi)静态转矩或静止转矩）与转子功率角的关系称為(wèi)角度-静止转矩特性，这就是電(diàn)机的静态特性。如下图所示：

因為(wèi)转子為(wèi)永磁體(tǐ)，产生的气隙磁密為(wèi)正弦分(fēn)布，所以理(lǐ)论上静止转矩曲線(xiàn)為(wèi)正弦波。此角度-静止转矩特性為(wèi)步进電(diàn)机产生電(diàn)磁转矩能(néng)力的重要指标，最大转矩越大越好，转矩波形越接近正弦越好。实际上磁极下存在齿槽转矩，使合成转矩发生畸变，如两相電(diàn)机的齿槽转矩為(wèi)静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，则上图所示的转矩為(wèi)

其中TL与TM各表示负载转矩和最大静止转矩（或称把持转矩），相对应的功率角為(wèi)θL和θM，此位移角的变化决定了步进電(diàn)机位置精度。根据上式得到：

永磁步进電(diàn)机和HB混合式步进電(diàn)机的步距角θs在前面的课程中讲过即：θs=180°/PNr，角度改為(wèi)机械角度（弧度），则变成下式：

上式Nr為(wèi)转子齿数或极对数，所以两相電(diàn)机θM=θs。

负载转矩為(wèi)電(diàn)磁转矩的负载（如弹簧力或重物(wù)的提升力等），電(diàn)机如要正反向运动，会产生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小(xiǎo)，因此，依据式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角θs小(xiǎo)的步进電(diàn)机，即高分(fēn)辨率電(diàn)机。根据式θs=π/(2Nr)可(kě)知，要使θs越小(xiǎo)，Nr越大越好。

另外，高分(fēn)辨率的步进電(diàn)机的转子结构大致分(fēn)為(wèi)PM型、VR型、HB型三种，其中HB型分(fēn)辨率最好。

由于PM型定子磁极為(wèi)爪级结构的关系，定子磁极数的增加受到机械加工的限制。HB型转子表面无齿，N极与S极在转子表面交替磁化，因此极数即為(wèi)极对数Nr，同样的，转子磁极Nr的增加也受到充磁机械的限制。VR型转子齿数与HB型相同时，因不使用(yòng)永磁體(tǐ)，虽有(yǒu)相同的Nr，但是步距角θs為(wèi)HB型的2倍，并且由于无永磁磁极，最大转矩Tm比HB型小(xiǎo)。

当两相步进電(diàn)机外径為(wèi)42mm左右时，Nr=100齿，步距角0.9°，这 是实际使用(yòng)中最高的分(fēn)辨率。Nr变大，電(diàn)抗也增加，则高转速下转矩会下降。因此，Nr=50，步距角為(wèi)1.8°的電(diàn)机被广泛使用(yòng)。对HB型结构，全步进状态的步距角精度為(wèi)士3%，步进電(diàn)机运行角度θ=nθs，各步运行中无累积误差，電(diàn)机的速度如足够大，尽可(kě)能(néng)提高n（θs小(xiǎo)），以提高位置定位精度。