步進(jìn)電動機(jī)振動剖析&解決方案
1步距響應(yīng)
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指步進(jìn)電動機(jī)動作1個步距時，轉(zhuǎn)子發(fā)生的角度變位。
步進(jìn)電動機(jī)在轉(zhuǎn)動1個步距角，轉(zhuǎn)子到達(dá)目標(biāo)位置后，因轉(zhuǎn)動慣量和角度-轉(zhuǎn)矩特性的恢復(fù)力而反復(fù)進(jìn)行衰減振動（過沖·回沖），最終在指定位置停止。 脈沖信號連續(xù)輸入時，步進(jìn)電動機(jī)的動作由1步距響應(yīng)的重復(fù)疊加形成。因此，隨著脈沖信號輸入，步進(jìn)電動機(jī)有可能會產(chǎn)生振動的現(xiàn)象。 |
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連續(xù)步距響應(yīng)
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電動機(jī)的振動大小受轉(zhuǎn)速影響發(fā)生變化。
低速運(yùn)轉(zhuǎn)：連續(xù)產(chǎn)生1步距響應(yīng)特性。
共振頻率：由于持續(xù)大幅度過沖?回沖現(xiàn)象重疊，振動較大。 高速運(yùn)轉(zhuǎn)： 在產(chǎn)生過沖?回沖之前切換到下一個步距，振動不明顯。 |
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振動特性的測定
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◇ 測定工具與方法
旋轉(zhuǎn)中的電動機(jī)動作，通常以速度進(jìn)行觀測。東方馬達(dá)在觀測步進(jìn)電動機(jī)速度時，以DC測速發(fā)電機(jī)（1000 r/min 下3 V 輸出）為手段。
DC測速發(fā)電機(jī)將檢測到的轉(zhuǎn)速變換成直流電壓輸出，
通過測定電壓變動進(jìn)行測定步進(jìn)電動機(jī)的振動的大小。 如圖所示，電壓變動與速度變動的關(guān)系呈比例關(guān)系。 |
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◇2相步進(jìn)電動機(jī)整步驅(qū)動下的振動特性
其中，振動劇烈變大時的某一脈沖頻率（速度）領(lǐng)域稱為共振頻率。
其中，振動劇烈變大時的某一脈沖頻率（速度）領(lǐng)域稱為共振頻率。
◇不同速度下DC測速發(fā)電機(jī)的輸出波形
隨著速度的提高，振動越小。
隨著速度的提高，振動越小。
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--------振動產(chǎn)生的原因---------
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轉(zhuǎn)矩的變動
低速下的大幅振動是步距動作時的轉(zhuǎn)矩變動引起的。勵磁切換意味著在極短時間內(nèi)造成角度-轉(zhuǎn)矩特性的移動，
因此會發(fā)生轉(zhuǎn)矩跳躍，導(dǎo)致速度變動。
如果步距角度比例變小，則勵磁切換時的轉(zhuǎn)矩變動也小，振動隨之變小。
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POINT
5相步進(jìn)電動機(jī)從結(jié)構(gòu)上擁有比2相更好的振動特性。 可有效降低振動。
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慣性負(fù)載的影響
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施加慣性負(fù)載時，振動周期會被放大。即使電動機(jī)轉(zhuǎn)矩相同，但如有慣性負(fù)載，則加速度會減小，動作會變得緩慢。
右圖是用1步距響應(yīng)來表示慣性負(fù)載的影響。
●黑線為電動機(jī)單體狀態(tài)。紅線為轉(zhuǎn)子附加3倍轉(zhuǎn)動慣量的狀態(tài)。
●由于總慣性增加了4倍，因此振動周期為2倍，振動衰減時間約為4倍。
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--------振動特性的改善提案---------
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微步驅(qū)動
◇縮小步距角，降低過沖·回沖
微步驅(qū)動是將輸往步進(jìn)電動機(jī)各線圈的電流作細(xì)分化分配，使定子的磁通量變化平順。步進(jìn)電動機(jī)步距角變小，同時抑制轉(zhuǎn)矩余波。
通過驅(qū)動電路實現(xiàn)電流的微小變化，將步距角細(xì)分化的微步技術(shù)，有效降低振動與噪音。
微步驅(qū)動是將輸往步進(jìn)電動機(jī)各線圈的電流作細(xì)分化分配，使定子的磁通量變化平順。步進(jìn)電動機(jī)步距角變小，同時抑制轉(zhuǎn)矩余波。
通過驅(qū)動電路實現(xiàn)電流的微小變化，將步距角細(xì)分化的微步技術(shù)，有效降低振動與噪音。
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POINT
2相CVD驅(qū)動器的電流控制分辨率（平滑驅(qū)動控制）最高可達(dá)2048*200＝409600分割/轉(zhuǎn)。 |
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降低驅(qū)動電流
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◇去除多余的轉(zhuǎn)矩
降低驅(qū)動電流*以消減多余的轉(zhuǎn)矩，減小轉(zhuǎn)矩跳躍產(chǎn)生的影響。
*注意確認(rèn)滿足轉(zhuǎn)矩安全率 |
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POINT 分辨率不高時， 如多余的轉(zhuǎn)矩過大， 轉(zhuǎn)矩跳躍的影響會變大， 從而產(chǎn)生振動， 嚴(yán)重時會造成電動機(jī)失步。 |
使用減速機(jī)型電動機(jī)
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◇ 避開共振頻率
使用減速機(jī)時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速提高，可避開振動較大的低速領(lǐng)域、共振頻率。
同時減小因慣性負(fù)載過大而產(chǎn)生的抖動，縮短定位時間，但最高速度會降低。
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POINT 圓盤、擺臂等 大慣量機(jī)構(gòu)， 慣性比過大會造成振動， 甚至失步。 |
增加慣性負(fù)載
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◇ 改變共振頻率
適當(dāng)?shù)脑黾討T性負(fù)載*可改變共振頻率， 從而減小振動。
*注意確認(rèn)滿足轉(zhuǎn)矩安全率 |
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增加摩擦負(fù)載
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◇ 加快振動衰弱
增加摩擦負(fù)載*使得轉(zhuǎn)子的動作延遲。摩擦負(fù)載對振動頻率沒有影響，但由于摩擦負(fù)載會吸收振動能量，會加快振動衰減。 *注意確認(rèn)滿足轉(zhuǎn)矩安全率 *注意停止精度可能會變差 |
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使用制振器
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◇ 吸收振動能量
 是一種可有效抑制步進(jìn)電動機(jī)的振動及改善高速性能的機(jī)械式阻尼器。 慣性體與硅凍膠密封于塑料外殼內(nèi)，由硅凍膠吸收振動能量，并轉(zhuǎn)化成熱能。 |
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使用高分辨率型電動機(jī)
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◇ 縮小步距角·避開共振頻率領(lǐng)域
從電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)上改變共振頻率，以減小振動。  |
POINT 當(dāng)微步驅(qū)動的分辨率設(shè)置最大時，高分辨率型比標(biāo)準(zhǔn)型的分辨率多出一倍，可進(jìn)一步減少振動。  |
--------東方馬達(dá)技術(shù)設(shè)計·助力實現(xiàn)低振動性能---------
優(yōu)異的電流控制
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◇ 以正弦波為基本的驅(qū)動
為保證發(fā)生轉(zhuǎn)矩恒定，步進(jìn)電動機(jī)實現(xiàn)的關(guān)鍵是“切換”線圈的電流，如電流波形按矩形波方式進(jìn)行的運(yùn)行。此時，無法保證發(fā)生轉(zhuǎn)矩保持恒定，存在轉(zhuǎn)矩變動導(dǎo)致振動變大的速度區(qū)間。 東方馬達(dá)驅(qū)動器對電流波形進(jìn)一步細(xì)分分割后，電流波形逐漸接近正弦波的現(xiàn)象，故此能夠順暢的運(yùn)轉(zhuǎn)。  |
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◇ CVD系列全速領(lǐng)域微步驅(qū)動
采用全數(shù)字控制的微步驅(qū)動器，電流控制實現(xiàn)數(shù)字化，大幅改善振動幅度，全速度領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更低振動和噪音。
采用全數(shù)字控制的微步驅(qū)動器，電流控制實現(xiàn)數(shù)字化，大幅改善振動幅度，全速度領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更低振動和噪音。
◇平滑驅(qū)動控制
減小步距角以降低過沖·回沖，實現(xiàn)正弦波電流驅(qū)動，使用整步也能平滑運(yùn)行。
減小步距角以降低過沖·回沖，實現(xiàn)正弦波電流驅(qū)動，使用整步也能平滑運(yùn)行。
實時獨(dú)立的電流檢測
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◇ 各相電流獨(dú)立檢測
該設(shè)計能正確檢測出電動機(jī)的輸入電流。但需使用較多的檢測電路和檢測信號，電路構(gòu)成較為復(fù)雜。CVD驅(qū)動器通過數(shù)字化控制進(jìn)行了彌補(bǔ)。 |
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高精密的電動機(jī)制造
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◇ 精加工的定子/轉(zhuǎn)子小齒
對轉(zhuǎn)子·定子上的小齒施行研磨精加工，內(nèi)部加工精度的差距對于特性表現(xiàn)是相當(dāng)明顯。 這是影響步進(jìn)電動機(jī)停止精度的精準(zhǔn)性、振動的重要因素之一！ |
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全速度領(lǐng)域 低振動·低噪音
CVK系列5相具有更佳的振動特性。
相關(guān)產(chǎn)品
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2相·5相步進(jìn)步進(jìn)電動機(jī)用DC電源輸入驅(qū)動器 ?CVD系列 低振動設(shè)計的驅(qū)動器搭載微步驅(qū)動功能，實現(xiàn)更低振動。 提供可根據(jù)安裝方式、電纜線出線方向選擇的3種驅(qū)動器 。 |
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如需幫助，請洽詢本公司客戶咨詢中心（電話：400-820-6516）。
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