步进电机的静态转矩特性

步进电机的线圈通直流电时，带负载转子的电磁转矩（与负载转矩平衡而产生的恢复电磁转矩称为静态转矩或静止转矩）与转子功率角的关系称为角度-静止转矩特性，这就是电机的静态特性。如下图所示：

因为转子为永磁体，产生的气隙磁密为正弦分布，所以理论上静止转矩曲线为正弦波。此角度-静止转矩特性为步进电机产生电磁转矩能力的重要指标，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，如两相电机的齿槽转矩为静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，则上图所示的转矩为：

T_L=T_Msin[(θ_L/θ_M)π/2]

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），相对应的功率角为θL和θM，此位移角的变化决定了步进电机位置精度。根据上式得到：

θL=(2θ_M/π)arcsin(T_L/T_M)

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

θs=π/(2Nr)

上式Nr为转子齿数或极对数，所以两相电机θM=θs。

负载转矩为电磁转矩的负载（如弹簧力或重物的提升力等），电机如要正反向运动，会产生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小，因此，依据式θL=(2θM/π)arcsin(T_L/T_M)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角θs小的步进电机，即高分辨率电机。根据式θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。

另外，高分辨率的步进电机的转子结构大致分为PM型、VR型、HB型三种，其中HB型分辨率最好。

由于PM型定子磁极为爪级结构的关系，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，因此极数即为极对数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，因不使用永磁体，虽有相同的Nr，但是步距角θs为HB型的2倍，并且由于无永磁磁极，最大转矩Tm比HB型小。

当两相步进电机外径为42mm左右时，Nr=100齿，步距角0.9°，这 是实际使用中最高的分辨率。Nr变大，电抗也增加，则高转速下转矩会下降。因此，Nr=50，步距角为1.8°的电机被广泛使用。对HB型结构，全步进状态的步距角精度为士3%，步进电机运行角度θ=nθs，各步运行中无累积误差，电机的速度如足够大，尽可能提高n（θs小），以提高位置定位精度。