本指南是我們工業自動化中心的一部分，您可以在其中了解有關人工智能、自動化和控制的更多信息。

在本指南中，我們將簡要概述步進電機的工作原理，然後繼續了解市場上一些更常見的示例，以及它們最適合的多種日常角色。

步進馬達是一種無刷同步直流電機，與許多其他標準類型的電機不同，它不會連續旋轉任意次數，直到傳遞到它的直流電壓被切斷。

相反，步進馬達是一種用於精確啟動和停止的數字輸入輸出設備。 它們的構造使得通過它的電流撞擊一系列分相排列的線圈，這些線圈可以快速順序通電和斷電。 這允許電機一次旋轉一小部分——這些單獨的預定階段就是我們所說的“步數”。

步進馬達的設計目的是將單個完整旋轉分解為多個小得多（且基本相等）的部分旋轉。 出於實際目的，這些可用於指示步進電機移動設定的旋轉度數或角度。 最終結果是步進電機可用於將極其精確的運動傳輸到需要高精度的機械部件。

步進馬達通常採用數字控制，是開環運動控制定位系統中的關鍵組件。 它們最常用於保持或定位應用，在這些應用中，它們能夠維持更明確定義的旋轉位置、速度和扭矩，使其非常適合需要極其嚴格的運動控制的任務。

在普通的直流馬達中，電壓施加到端子上，進而導致線圈在固定磁體外殼（“定子”）內高速旋轉。

在這種設置中，旋轉線圈（“轉子”）實際上變成了電磁體，並根據熟悉的磁吸引和排斥原理在電機中心快速旋轉。 電刷（電觸點）和稱為換向器的旋轉電氣開關的組合允許快速改變流向線圈的電流方向。 只要為組件提供足夠的電壓，就會產生轉子線圈的連續單向旋轉。

這種類型的馬達的一個潛在缺點是它會連續旋轉任意圈數，直到斷電為止。 這使得控制馬達的精確停止點變得非常困難，使其不適合需要更高精度控制的應用。 手動控制馬達電源的開/關無法為您提供執行精確運動所需的啟停精度。

在步進馬達中，設置完全不同。 步進馬達不是在固定的磁鐵外殼內旋轉線圈轉子，而是採用固定的電線外殼（在本例中為定子）圍繞一系列在中心旋轉的“齒形”電磁體構建。 步進馬達將由步進電機驅動器控制的脈衝電流轉換為齒輪狀帶齒部件圍繞中心軸的精確單步運動。

每個步進馬達脈衝都會使轉子移動一整圈的一個精確且固定的增量。 當電流在圍繞電機外部依次排列的線圈之間切換時，旋轉部件可以根據需要完成整圈或部分旋轉，或者可以使其在旋轉的任何步驟中突然停止。

最終，步進馬達與普通直流馬達相比的真正優勢在於，它們可以快速將自己定位到已知且可重複的位置或間隔，然後根據需要保持該位置。 這使得它們在機器人和印刷等高精度應用中非常有用。 Learn Engineering 創建了以下視頻來演示步進電機的工作原理：

在本節中，我們將更仔細地研究其中一些日常應用程序。

步進馬達是伺服電機的替代選擇，可為大多數類型的 CNC 機械提供動力。 CNC 應用包括非常廣泛的製造過程，其中預編程的計算機軟件控制工廠和製造環境中機床的操作和物理運動。

雖然數控應用中的步進馬達通常被視為比伺服電機更“經濟”的替代品，但這是基於舊技術知識的過度簡化，而如今這些技術並不總是嚴格準確的。 對於相同功率，步進電機確實通常比伺服電機便宜，但現代版本往往同樣具有多功能性。 因此，步進電機更加普遍，並且出現在從機床到台式計算機和汽車的更廣泛的機器和系統中。

CNC 步進馬達比伺服電機還具有一個非常關鍵的優勢，因為它們不需要編碼器。 伺服電機本質上比步進電機更難以理解和操作，這種複雜性的部分原因在於它們包含編碼器，而編碼器比其他可靠的伺服電機中的大多數組件更容易出現故障。 步進電機不需要編碼器，理論上比伺服電機具有更高的可靠性。

此外，步進馬達也是無刷的（與伺服電機不同），這意味著只要軸承保持良好的工作狀態，它們就不需要定期更換。

步進馬達廣泛應用於高端相機技術的各種不同應用。 它們既可用於控制極其精確的內部結構，例如鏡頭內自動對焦和光圈設置，也可用於安全攝像頭和遠程監控系統的外殼和外部機械結構。

特別是，步進馬達和電動攝像機滑塊可以使攝像機定位裝置非常平穩地運行，這意味著從安全設備拍攝的鏡頭可以可靠地保持，不會因攝像機在其視場周圍的物理運動而導致潛在的圖像失真問題。

步進馬達為攝像機和視頻監控定位系統提供了其他幾個有吸引力的功能，包括靜止時的全扭矩、對所有運動輸入的極其精確和即時的響應時間、預定運動的一致重複性以及由固定步長定義的簡單開環控制 尺寸。

步進電機是一種令人難以置信的多功能、可靠、經濟高效且準確的控制精確電機運動的方法，使用戶能夠提高各種應用和行業中編程運動的靈活性和效率。 因此，它們在更廣泛的自動化和控制設備類別中形成了重要且廣泛使用的子集。

英國和全球範圍內銷售的步進電機品牌、尺寸、扭矩額定值、設計風格和預期應用如此之多，因此在計劃購買時準確找出最適合哪種用戶環境的配置至關重要。