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动 和 液 压 线 性 运 动 方 法，例 如 危 险 和 易 燃 区 域 通 常 安 装 气 动 装 置，因 为 空 气 的 危 险 性 相 比 电 或 液 体 小 得 多，同 时，液 压 线 性 执 行 器 非 常 适 合 用 于 同 时需要较大的力和高速度的应用。 定位 电机也可以部署在需要高精度定位的 应 用 中，如 自 动 贴 片 机 、打 印 机 、机 器 人 和 电 动 工 具 。传 统 的 电 机 设 计 也 可 用 于 定 位 应 用，但 其 精 确 度 往 往 逊 色 于 专 为 此 目 的 而 设 计 的 电 机 。除 了 上 文 提 及 的 定 位 直 线 电 机，还 有 两 种 类 型 的 电 机 广 泛 用 于 定 位 应 用 ：步 进 电 机和伺服电机。 步进电机 步进电机是本系列前几篇文章重点介 绍 的 电 机 的 改 良 版 本，专 为 精 准 定 位 而 设 计 。这 些 电 机 通 常 基 于 无 刷 直 流 电 机 、变 磁 阻 电 机 和 混 合 同 步 电 机 。 这 些 电 机 可 成 为 有 效 的 定 位 设 备，但 其准确度取决于所使用的角传感器品 质。步进电机旨在提供最大保持转矩， 而 传 统 电 机 则 旨 在 提 供 连 续 运 动 。为 获 得 最 大 保 持 转 矩，定 子 的 电 磁 铁 绕 组 匝 数 更 多，以 提 供 更 强 磁 场 。但 是， 更 强 磁 场 有 一 个 缺 点，那 就 是 会 产 生 更 大 的 反 电 动 势，这 意 味 着 设 计 的 最 大速度会下降。无论负载大小如何，绕 组 始 终 提 供 最 大 电 流，因 此 会 产 生 热 量。步进电机通常必须经过专门设计， 以确保过多的热量不会引起转子中的 磁铁退磁。 步进电机和无刷直流电机设计之间的 另 一 个 主 要 物 理 区 别 在 于，步 进 电 机 转 子 的 极 数 更 多（图3）。极 数 越 多，电 机 在 360°旋 转 周 期 中 的 步 进 就 越 多 。 步进数通常在12步（每步30°度）到200 步（每 步 1.8°度）不 等 。然 而，有 利 亦 有 弊，极数增加致使电机成本增加，可用 转 矩 数 量 减 少，而 且 步 进 电 机 转 矩 在 更高的速度下会自然下降。理论上，由 于 控 制 器 始 终 清 楚 转 子 的 位 置，不 需 要 反 馈 回 路，因 此 步 进 电 机 可 作 为 一 个开环系统运行。但在实际应用中，由 于可能出现超速打滑、负载和其他问题 （如 振 动 、温 度 变 化 、负 载 变 化 和 机 械 磨损），步进应用通常使用传感器来检 测转子位置。或者，利用复位模式定期 将负载返回至已知位置。 图3：步进电机分解图，显示转子上让电机能够用于更加精确定位的诸多极点。（图源：Madalin/stock. adobe.com） 步 进 电 机 以 小 增 量 向 前 或 向 后 移 动 ； 到 达 目 标 位 置 时，只 要 定 子 线 圈 保 持 通电且没有发出从控制器移动的进一 步 指 令，就 会 停 留 在 原 地 。而 控 制 是 通过脉冲告知电机向前或向后移动的 具 体 步 进 数 来 实 现 的 。由 于 转 子 以 固 定步进或旋转比例而非连续运动的方 式 行 进，因 此 它 有 一 个"不 稳 定 "的 运 动，特别是对步进数较少的设备而言。 步进电机也可以与线性执行器配合使 用，以提供精确线性运动应用。 29 |