电机制造业：步进电机转矩与振动的改进设计

随着对机器自动化需求的增加，企业常常需要考虑在相同的面积内最大限度地提高生产率的方法，使用高扭矩步进电机是一种通过增加现有机器的生产能力或通过使机器更小来最大化生产率的方法，因此，机器制造商需要高扭矩步进电机为机器提供高性能。

使用大扭矩步进电机有什么好处

增加的负载能力或吞吐量：高转矩步进电机与其他同尺寸电机相比，具有更大的转矩，因此可以在不增加电机占地面积的前提下，提高电机的负载能力和输出能力。

机器占地面积可以最小化：通过使用能够与较大电机的扭矩输出相匹配的较小电机，机器或设备（如3D打印机、机械臂、医疗泵或阀门）的尺寸可以最小化。

其他隐性好处：增加占空比，增大输出能力；延长预期寿命，有效减少维修费用；减少电力消耗，减少工作成本。

由于其高功率密度低，步进电机传统上运行发热，不能连续运行，高转矩步进电机提出了以下几种提高性能的替代方案。电动机的工作温度与输入电流近似成正比，15°C（27°F）的降低可以使电动机的预期寿命增加一倍。通过将电流降低到刚好适合电机和应用的水平，步进电机实际上可以运行更冷和更长的时间，这意味着更多的生产输出功率和更少的机器维护。最后，由于瓦特=伏特x安培，降低电流意味着降低功耗，这也有助于降低运营成本。

如何从马达中获得更多的扭矩

扭矩的来源，转矩可以描述为定子中的电磁铁与转子中的永磁体相互作用所产生的旋转力。虽然铝镍钴（AlNiCo）和钐钴（SmCo）磁体在过去很受流行，但现在市场上的大多数电机由于磁场强度高，在转子中使用钕铁硼（NdFeB）稀土磁体。假设永磁体保持不变，转矩与定子磁极上的绕组匝数乘以输入电流成正比。

为了增加电动机的转矩，需要增加绕组匝数或输入电流，但两种方法都有问题。由于电机制造商通常将绕组匝数设计为其最大值，因此增加绕组匝数的最简单方法是增大电机尺寸。增加输入电流也会提高电机的工作温度，这会限制占空比，如果长时间使用，可能会损坏铜绕组。

为了增加转矩，使用更强的磁铁，增加更多的定子齿，或在定子齿槽之间增加永磁体，但这些高转矩设计往往使电机更昂贵一些。

另一种增加转矩的方法是在双极串联或并联配置中使用步进电机，而不是单极或双极半线圈配置。通过这样做，绕组的电气特性，如电压、电阻和电感，可以改变，电机的转速和转矩性能也会改变。通过使用电机绕组的全线圈，扭矩可以增加一个系数的√2倍，或约41%。当前降低驱动器成本同时提高性能的趋势，已将双极步进电机配置定位为大多数应用的主要选择。

我们基于对设计和制造的整个过程，对磁铁、齿轮、绕组及电流进行改善，并取得了一些技术进步。

转子/定子磁路优化设计

转子和定子直径比：定子内径和转子外径之间的特定比值最大化了它们的磁场。但是，使转子过大会增加转子惯性，并使电机对速度变化的响应降低。较大的转子直径也会导致定子绕组的空间减小，从而减小产生的磁场。通过反复试验确定最佳配比。