致動器與驅動
步進馬達
步進馬達是一種一格一格、走得精確的馬達,而不是順滑連續地轉。常見的步進馬達每來一個脈衝就走一個固定的量,所以一台典型的 200 步型號在收到 200 個脈衝後恰好轉一整圈——不多也不少。每來一個電脈衝,它就前進一個固定的小格,所以你只要數脈衝就能精確定位它,不需要任何感測器盯著軸到底轉到了哪兒。正因如此,3D 列印機的列印頭、光碟機的托盤、小型桌上機的各個軸,都是它在驅動。
在它內部,一圈線圈按設定好的順序通電,一個帶齒的磁性轉子會「啪」地咬住對準當下通電的那組線圈。按順序切換,轉子就一格一格地步進過去,像滴答走字的秒針。哪怕停著不動卻仍通電,它也牢牢抵抗被推離原位——這個有用的特性叫保持轉矩,能把負載鎖定在原地。為了讓步子更順滑、停到兩步之間的位置,驅動器會用細分(微步):把電流在幾個線圈間調配,讓轉子停在整步與整步的中途;這帶來更細膩的運動和更安靜的運轉。
它最大的賣點是開環控制:不靠回饋硬體就能精確定位,既便宜又簡單。最大的麻煩正是同一枚硬幣的另一面——要是負載太重,或者叫它動得太快,它會悄悄丟步,而因為沒有任何東西在盯著,控制器永遠不會發現它已經落了後。步進馬達還會發熱,轉速一升高扭矩就掉,所以它在中低速、看重「靠推算就夠準」的場合最出彩——這種場合,推算精度比蠻力或效率更要緊。
3D 列印機要把塑料鋪到幾分之一毫米的精度。每個軸上的一個步進馬達只靠數脈衝就知道自己在哪兒,於是列印機不用直接測量,就能相信噴嘴所在的位置。
數清脈衝,便知位置——不用感測器也能精確。
給步進馬達加上一個位置感測器和回饋,就得到「閉環步進馬達」,它能察覺並補回丟掉的步——這就讓步進馬達和伺服馬達之間的界線變得模糊了。
又稱
另見