科目：
- 介紹
- 永磁步進馬達（PM型）
- 可變磁阻步進馬達（VR）
- 混合式步進電機
介紹：
步進電機，顧名思義，可以分幾步進行調整。 步驟的數量可能會有所不同。 根據應用的不同，步進馬達每轉可調整 4 至 200 步，相當於 0,8° 轉子旋轉的受控旋轉。
步進馬達的旋轉角可以非常精確地確定。 步進馬達基本上是一種 同步直流電動機 無碳刷，因為零件和控制方法非常相似，但它與直流馬達的區別在於以下特性：
- 步進馬達在低速時具有較大的扭矩，因此可以很快地從靜止狀態啟動；
- 步進馬達的運動緩慢且非常精確。 採用直流電機，可長時間快速運轉；
- 步進馬達的轉速和位置由來自控制單元的控制訊號控制。 這意味著不需要位置感測器或其他形式的回饋；
- 與無刷直流馬達相比，步進馬達產生的噪音更大，振動也更大。
步進馬達在汽車中的許多地方都使用到，使零件產生受控的電動運動。 以下是步進馬達的三種應用，即：用於怠速控制、儀表板中的指針以及用於通風控制的加熱器閥。
用於怠速控制的步進馬達：
汽油引擎的節氣門在靜止時是關閉的。 需要一個小開口來讓引擎空轉。 此通道也必須是可調節的，因為溫度和負載（例如，當空調幫浦等消耗設備打開時）會影響所需的吸入空氣量。
在現代引擎中，節氣門的位置是精確控制的。 我們也發現節氣門完全關閉的系統，空氣透過旁通控制引導到節氣門周圍。 空氣循環可以透過PWM控制的直流馬達或步進馬達來實現。 請參閱相關的頁面 風門.
下面的三張圖片是用來當作怠速控制器的步進馬達。 旁路的開度由帶有錐形端的軸控制。 轉動步進馬達中的電樞會導致蝸輪旋轉。
- 逆時針轉動：蝸輪向內轉動（旁路開口大）；
- 順時針旋轉：蝸輪向外旋轉（旁路有小開口）。
儀表板：
儀表板通常配備多個步進電機，用於油箱液位計、車速表、轉速表、引擎溫度，在下面的範例中，還配有轉速表下方的消耗表。 BMW的儀表板如下圖所示。
在儀表板的後部（內部），我們找到了五個帶有黑色外殼的步進馬達。 在右側，我們看到有問題的步進馬達沒有外殼。 在這裡您可以清楚地看到兩個線圈和四個連接（左兩個，右兩個），透過它們我們可以識別雙極步進馬達。 步進馬達可以小步調整指針針。 調整命令來自組合儀表中的 ECU。
下圖顯示了步進馬達驅動器的輸入和輸出。 這是儀表組中的 IC，它將輸入資訊轉換為步進馬達的輸出：
- 油箱內的燃油液位（油箱浮子）；
- 車速（變速箱或 ABS 感知器中的脈衝產生器）；
- 引擎轉速（曲軸位置感知器）；
- 溫度（冷卻液溫度感知器）。
在框圖中，紅色和綠色箭頭顯示步進馬達線圈上的連接（A 到 D）。
爐房導風閥：
我們經常在電動通風閥中找到步進電機 爐灶房。 下圖為空氣溫度閥照片（左）及安裝位置圖（右）。 步進馬達透過機構操作閥門，圖中的數字 4 表示樞軸點。 若步進馬達功能不正確或更換後，必須在 ECU 中獲知起始位置和終止位置。 透過診斷設備，我們可以獲知閥門停止的情況，以便ECU知道閥門何時完全打開或關閉，這樣它還可以確定應該驅動步進馬達多長時間來部分打開閥門。
永磁步進馬達（PM型）：
這種類型的步進馬達具有帶永久磁鐵的轉子。 這種步進馬達的優點是結構簡單，因此成本低廉。 以下是有關該步進馬達操作的資訊。
步進馬達的轉子可以完成一整圈旋轉，中間有幾個步驟。 在下面四張圖像的範例中，每次旋轉顯示四個中間步驟。 因此轉子可以每 90 度停止一次。 左側步進馬達位於位置 1，轉子的北極在頂部，南極在底部。 為了使轉子順時針移動 90 度，端子 C 和 D 的線圈的電流被中斷，而另一個線圈則通電。 這可以在第二個步進馬達中看到。 左邊的極靴變紅（北極），右邊的極靴變黑（南極）。 這會將轉子置於位置 2。
這對於設定 3 和 4 也適用； C 和 D 之間的線圈在位置 3 處通電，但電流的流動方向與位置 1 中的相反。現在上極靴為北極，下極靴為南極。 轉子現在將位於位置 3。 對於位置 4，底部線圈再次通電，轉子將旋轉到位置 4。
四速步進馬達每90度可停止一次。 如果這對於使用步進馬達的應用來說還不夠，也可以設定為八步。 這可以使用相同的步進馬達實現，但在這些中間步驟期間，兩個線圈將同時通電。
下圖顯示了這些中間步驟。 這些是步驟 5 到 8。如您所見，設定 5 位於步驟 1 和 2 之間。 這同樣適用於步驟 6（步驟 2 和 3 之間）等。在這些中間步驟期間，電流流過兩個線圈。
當轉子必須轉動到步驟 5 時，電流從 A 到 B 的下線圈和從 C 到 D 的上線圈中都有電流流動。 所以現在有兩個北極（紅極鞋）和兩個南極（黑極鞋）。 轉子將位於位置 5。
若要將轉子進一步旋轉 45 度（到位置 2），再次套用具有四個位置的步進馬達圖。 底部線圈將再次通電，使電流從 A 流向 B。
如果步進馬達進一步轉動 45 度（到位置 6），則上面的影像將再次應用，兩個線圈都通電。
步進馬達始終由控制裝置控制。 控制裝置的驅動器IC中的電晶體提供極靴的電流供應和放電。 控制單元包含八個電晶體。 透過正確控制這八個電晶體，步進馬達將在四步或八步內完成一轉。 旋轉可以是兩個方向； 左和右。 控制裝置確保正確的電晶體導通。
在影像中，我們看到一個由控制設備控制的步進馬達。 電晶體1和4導通。 為了闡明控制，晶體管和電線被塗成紅色和棕色。 電晶體 1（紅色）將端子 A 連接至正極，電晶體 4（棕色）將端子 B 連接至接地。
由於電晶體2和3未導通，因此沒有電流流過它們。 如果是這種情況，就會發生短路。
在影像中，步進馬達進一步旋轉一點。 為此，晶體管6和7也必須導通。
為了讓步進馬達繼續旋轉一點，電晶體1和4停止導通，只有電晶體6和7仍然導通，使步進馬達處於位置3。
對於下一步，電晶體 2 和 3 必須打開。
可變磁阻步進馬達（VR）：
與永磁步進馬達一樣，可變磁阻步進馬達也包含帶有線圈的定子磁極。 它與前面討論的步進馬達不同，其齒形轉子由鐵磁金屬（例如鎳或鐵）製成。 這意味著轉子沒有磁性。 這種類型的步進馬達目前很少使用。
一側 (A) 上的定子線圈的纏繞方式與另一側 (A') 上的線圈相反。 這當然也適用於 B 和 B' 等。轉子的齒被定子線圈通電產生的磁通量所吸引。
與永磁步進馬達相比，VR 步進馬達的優點是：
- 由於沒有永久磁鐵，VR步進馬達的生產對環境的危害較小；
- 無需反轉定子線圈的極性。 這允許更簡單的控制；
缺點是：
- 低扭力；
- 精度低；
- 產生更高的噪音。 因此，包括汽車在內的應用數量有限；
- 由於沒有永久磁鐵，靜止時沒有保持扭力。
混合式步進馬達：
混合式步進馬達具有帶永久磁鐵的齒形轉子和帶有八個線圈的齒形定子，轉子和定子之間有很小的氣隙。 轉子由兩個相互偏移 3,6° 的齒輪組成。 轉子內部有一塊大磁鐵。 兩個鋼齒輪壓在磁鐵上。 由於磁鐵的存在，齒輪也會變得有磁性。 一個齒輪被磁化為北極，另一個齒輪被磁化為南極。 轉子上的每個齒都成為一個磁極。 因此我們談論“北極轉子”和“南極轉子”。 由於齒輪的移動，北極和南極在旋轉過程中會交替。 每個齒輪有 50 個齒。
當步進馬達驅動器通過定子線圈傳導電流時，線圈就會變得有磁性。 線圈的北極將吸引轉子的南極，導致轉子轉動。
下面的三張圖顯示了混合式步進馬達兩相（紅色和橘色）的控制。
A. 步進馬達的轉子已旋轉至目前位置（見圖），因為所示線圈已設定為磁性的。
- 綠色齒輪是南極，它被定子上的北極吸引；
- 轉子和定子之間的齒在轉子被拉動的位置處彼此對齊。 為了清楚起見，在所有三種情況下這些點都以黑色標記表示；
- 紅色齒輪位於綠色齒輪後方。 由於齒輪彼此相對旋轉，因此可以看到紅色的齒。 轉子上的北極被定子上的南極吸引。
B. 控制已改變階段。 橙色線圈和轉子之間的磁場已經消失。 現在「紅色」相的線圈受到控制，導致紅色線圈和轉子之間建立磁場。
- 由於磁場從橘色線圈切換到紅色線圈，轉子順時針旋轉 1,8°；
- 要逆時針而不是順時針旋轉轉子，必須透過紅色連接反轉極性（電流方向）。 畢竟，通過線圈的電流方向決定了磁場的方向，從而決定了北極和南極的「位置」。
C. 控制器再次改變相位，轉子再次順時針旋轉 1,8°。
- 與情況 A 相同的線圈通電，但橘色線的極性已相反；
- 透過控制線圈，可使轉子再次逆時針轉動，如情況B所示；
- 為了使轉子順時針轉動，紅色線圈也通電，但與情況B相比極性相反。
在上面的範例中可以看出，北極轉子被吸引到南極線圈，同時南極轉子被吸引到北極線圈。 這確保了混合式步進馬達能夠進行非常精確的運動，並且還具有高扭矩。
混合式步進馬達可以在轉子上配備更多的極對和更多的齒，允許高達 0,728° 的步距和每轉 500 步。
