為了增加步進電機的扭矩,以便客戶能夠移動更大的質量,大多數工程師首先考慮的是通過機架尺寸或長度,或兩者的某種組合來增加電機的尺寸。當為下一代產品設計時,如果已經確定了封裝和安裝,這可能是不可能的。這裡有一些其他的方法來提供必要的扭矩,而不必調整系統的其他方面。一個關鍵因素是電機繞組的主要變化以及如何配置它們。在相同尺寸的電機中,相同的繞組,無論是機架還是長度,都會有相同或相似的保持轉矩值,大多數終端用戶更關心電機的動態轉矩。當涉及動態轉矩時,電機繞組的微小變化將導致不同轉速下不同類型的電機性能。
一些繞組擅長在低速範圍內提供高轉矩,繞組中的其他調整將在低速範圍內提供較低的轉矩,在高速範圍內提供較高的轉矩。還有其他的繞組調整,提供了一個良好的扭矩在所有範圍,但需要一個高電流輸出。改變繞組提供的主要標準是改變工作範圍,改變電流輸入要求,並在運行過程中改變諧振點,每個客戶在這些方面都有不同的需求,在調整扭矩輸出時必須考慮整個頻譜。如果所有其他規範都允許,電機尺寸越大,自動輸出的扭矩就越大,這是由於電機外殼內的轉子尺寸所致,它可以產生更多的磁通量,從而產生更大的旋轉力扭矩更大。
電機在長時間運行時會發熱,一臺運行了很長一段時間的電機,在不考慮環境條件的情況下,其自身溫度可達到大約90℃, 一個較熱的環境自然會增加內部溫度,某些內部電機部件可能開始出現故障,當達到非常低的溫度時,這種影響可能相反。可能需要根據材料規格進行各種內部調整,這是選擇正確電機時必須進行的必要評估。解決方案包括電線結構、使用材料和一些專有元件,這些元件允許其電機在高達130℃和低至-70℃的環境溫度下進行操作。
扭矩很大程度上取決於運行速度,在新設計的每一步中都必須考慮到這一點,電機速度越高,扭矩就越低,這種關係是非線性的,扭矩的降低速度與轉速的增加速度不一樣。這個比率在不同的電機和繞組之間變化很大,最好的通過一個電機的扭矩與速度的關係是審查其動態扭矩曲線,它為工程師提供了所需的數值,以便更詳細地描述電機的實際運行方式,曲線也會根據驅動器類型和驅動電機的方式而改變。
步進電機的精度是電機物理設計所固有的,這主要是由於電機的步距角。最常見的步進角是1.8°和0.9°電機,這個角度是指它每走一步的角度距離。這意味著1.8°電機的精確度較低,它們在另一方面提供了更強的扭矩值(和更低的速度),而0.9°電機的精確度較高,它們在略高的速度下運行(並提供更少的扭矩)。高負荷和低負荷在電機的額定規格範圍內,則電機的總體精度在高負荷和低負荷下大致相同。當工作點接近或高於動態扭矩曲線規格時,步進電機可能會開始失速或跳過步驟,這是因為電機基本上不能產生足夠的轉矩來克服負載。
速度和轉矩的相互作用取決於驅動器的類型和驅動電機的方法,這種組合會對精度產生很大影響,每個可用的驅動程序都有不同的行為。在驅動馬達方面,可以「微步」電機,微步操作允許驅動程序將每個步驟分成多個步驟。傳統的1.8°馬達每轉200步,通過半步進,產生更多的步驟取決於電機的驅動方式,這允許用戶採取0.9°每步而不是完整的1.8度步驟,導致400步每1轉。當以這種方式操作電機時,電機不會反映出與0.9°電機相同的性能。選擇微步電機,電機變得越不準確。用1.8度的電機微步操作時,可能只移動了0.9度,但步進精度卻大幅度降低,這對於某些應用來說是完美的。例如,微步進的最佳應用通常是消除系統中的共振,以及平滑馬達的運動輪廓,以便在更快或更慢的時間內達到特定的速度。
結論
選擇定製和半定製電機設計選項能滿足特定需求的,同時滿足低成本的要求,電機製造經常會開發出模塊化結構方法,提供快速的樣機進行評估,然後投入生產,這種靈活性能夠滿足設計階段的短交付周期以及應用程式的製造階段的高產量。有很多方法可以調整電機的扭矩規格,所有這些方法都會對其他規格產生級聯效應,並最終對一般操作產生級聯效應。