步進電機是一種感應電機，是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機既是現代電子產品時代的產物，也是它的助推器。作為一項技術創新，它需要以下幾個關鍵組件的發展：

?轉子所需的小型、強力永久磁鐵

?打開和關閉其電磁線圈的半導體功率器件

?以正確的順序和定時驅動開關的智能電子部件

當然，成本必須低。作為一個技術助推器，一個關鍵因素是提供小型、低成本的高精度電機，這種電機存在廣泛的應用空間，包括打印機、掃描儀、現金提取自動取款機、小型硬盤和磁帶驅動器、相機平移/縮放/傾斜（PZT）控制器，以及我們周邊的無數其它小到中型的設備（圖1）。

圖1：由于其低成本和高性能，步進電機無所不在。在數不清的應用中，它們在工作時卻不那么引人注目，如消費類打印機移動打印頭和進紙。 （來源：IStockPhoto.com）

步進電機基礎知識

為了解步進電機的基本結構，我們可以先來看看它的前身，目前仍然在廣泛使用的無刷直流（BLDC）電機（圖2）。在最常見的BLDC電機設計中，永久磁鐵被放置在轉子上，而電磁鐵則纏繞在定子的外圍。當電磁線圈通電時，由于轉子永久磁鐵和定子線圈之間的引力，轉子將相應地排成直線。通過反轉流向線圈的電流，或在旋轉順序上輪流開關一些電磁鐵（兩種技術都在使用，以應對不同的應用），遵循這些線圈產生的變化磁場，轉子將開始轉動。通過改變開關頻率，電動機的轉速也將改變。對于BLDC電機，加電序列的頻率決定了轉速。

圖2A:BLDC電機連線示意圖。

圖2B：輻設計BLDC電機。理解步進電機的操作可以先從依然流行的無刷直流馬達開始，后者是步進馬達的前身，它利用了嵌入轉子的永久磁鐵和纏繞在定子周圍的固定電磁線圈之間的相互作用。 （資料來源，圖2A和2B：Dave Wilson，德州儀器）

固定切換的線圈與轉子的永久磁鐵相互作用，這一原則也是永磁步進電機的基礎。這一基礎設計存在許多變體，包括混合式電機，它將可變磁阻電機與步進電機結合了起來。為建造一個步進電機，需要確定轉子上永久磁鐵的數目——即所謂的極點——相比于BLDC電機有所增加，至少需要12（30°間隔）個，典型地可能多達200個（1.8°間距）（圖3）。這里存在一個權衡：隨著極數的增加，旋轉的分辨率增加（通常是好事），但成本也增加，并且可用扭矩在下降（不好的一面）。

圖3：步進電機使用一圈電磁極與一組嵌入轉子的永磁體陣列相互作用。隨著這些磁極的通電和斷電，轉子跟隨產生的磁場轉動。 （來源：Anaheim Automation）

盡管是BLDC電機某種形式的擴展，步進電機卻比前者復雜很多。受到轉子磁體陣列的限制，電機僅可在有限的步伐或者增量內前進，并且將在給定的位置上停留，只要線圈保持通電并且沒有后排序運作。其結果是，步進電機可以旋轉到一個精確的角度，可以確位一個特定位置，以及很容易被控制以生成更大和更小的旋轉量。雖然步進電機可用于連續旋轉，但此時的表現還不如一個BLDC電機。相反，步進電機的優勢在于能夠根據需要旋轉過或到特定的角度、停止、啟動或者反轉，并且快速完成這些需求。