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步進電機的靜態轉矩特性

步進電機的線圈通直流電時，帶負載轉子的電磁轉矩（與負載轉矩平衡而產生的恢復電磁轉矩稱為靜態轉矩或靜止轉矩）與轉子功率角的關系稱為角度-靜止轉矩特性，這就是電機的靜態特性。如下圖所示：

因為轉子為永磁體，產生的氣隙磁密為正弦分布，所以理論上靜止轉矩曲線為正弦波。此角度-靜止轉矩特性為步進電機產生電磁轉矩能力的重要指標，最大轉矩越大越好，轉矩波形越接近正弦越好。實際上磁極下存在齒槽轉矩，使合成轉矩發生畸變，如兩相電機的齒槽轉矩為靜止轉矩角度周期的4倍諧波，加在正弦的靜止轉矩上，則上圖所示的轉矩為

其中TL與TM各表示負載轉矩和最大靜止轉矩（或稱把持轉矩），相對應的功率角為θL和θM，此位移角的變化決定了步進電機位置精度。根據上式得到：

永磁步進電機和HB混合式步進電機的步距角θs在前面的課程中講過即：θs=180°/PNr，角度改為機械角度（弧度），則變成下式：

上式Nr為轉子齒數或極對數，所以兩相電機θM=θs。

負載轉矩為電磁轉矩的負載（如彈簧力或重物的提升力等），電機如要正反向運動，會產生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小，因此，依據式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，應選擇最大靜止轉矩Tm大、步距角θs小的步進電機，即高分辨率電機。根據式θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。

另外，高分辨率的步進電機的轉子結構大致分為PM型、VR型、HB型三種，其中HB型分辨率最好。

由于PM型定子磁極為爪級結構的關系，定子磁極數的增加受到機械加工的限制。HB型轉子表面無齒，N極與S極在轉子表面交替磁化，因此極數即為極對數Nr，同樣的，轉子磁極Nr的增加也受到充磁機械的限制。VR型轉子齒數與HB型相同時，因不使用永磁體，雖有相同的Nr，但是步距角θs為HB型的2倍，并且由于無永磁磁極，最大轉矩Tm比HB型小。

當兩相步進電機外徑為42mm左右時，Nr=100齒，步距角0.9°，這 是實際使用中最高的分辨率。Nr變大，電抗也增加，則高轉速下轉矩會下降。因此，Nr=50，步距角為1.8°的電機被廣泛使用。對HB型結構，全步進狀態的步距角精度為士3%，步進電機運行角度θ=nθs，各步運行中無累積誤差，電機的速度如足夠大，盡可能提高n（θs小），以提高位置定位精度。