简述步进电机的发展历史

电机为工业发展不可缺少的一大要素,并扮演着重要的角色。电机的应用不仅在动力应用方面不断扩大,而且在控制领域的使用范围也在不断扩大。随着控制电机重要性的增加,控制电机的使用量也逐年增加。步进电机是一种控制电机,不使用反馈回路,就能进行速度控制及定位控制,即所谓的电机开环控制。其应用主要以处理办公业务能力很强的OA(Office Automation,办公自动化)机器和 FA(Factory Automation, 工厂自动化)机器为核心,并广泛应用于医疗器械、计量仪器、汽车、游戏机等。就数量来讲,0A机器方面的应用约占步进电机使用总数的75%。

虽然步进电机最近被大量应用,但其原理早已有之。步进电机与电磁铁和柱塞泵同一时期开发,法国人佛罗曼提出了将电磁铁的吸引力转化为旋转力矩的方法。当时,激磁相的切换用机械式凸轮的接触点来完成,这就是步进电机的原型。现在还有旋转线圈式的应用方法。1920年步进电机的实际应用才开始,称为VR(Variable Relutance,变磁阻)型步进电机,被英国海军用作定位控制和远程遥控。

混合式HB(Hybrid的缩写,是VR与PM复合的意思)型步进电机的产生,大约在1952年,由美国GE公司(通用电气)的Karl Feiertag开发的发电机演变而来。与现在的两相HB型步进电机结构相同,取得了US专利。当初作为低速同步电机使用,其后,由美国的Superior Electric公司和Sigma Instruments公司开发出两相1.8°步距角的HB型步进电机。当时因为电流小、电感大、恒电压驱动的关系,换相脉冲只有300pps(现在为10~20kpps)。

另一方面,从驱动电路方面看,步进电机的发展与晶体管半导体元件的发展密不可分。1950年研制出二极管半导体,1964年开发出MOS半导体,1965年出现IC,1967年LSI实用化。特别是经过1950~1965年间半导体材料的高速发展,进入20世纪70年代,由于价格便宜,可靠性高的逻辑数字电路得到广泛应用,使步进电机的使用量急剧增加。

日本东京大学的大岛氏,在1958年的自动控制年会上发表了有关VR型步进电机的论文。步进电机的国际性学会在1970年成立,在美国伊利诺大学召开了第一次 IMCSD(Incremental Motion Control Systems and Devices)大会。此次大会由伊利诺大学的BC Kuo教授主办,美国的Warner Electric公司与Westool司协办。发表的论文约2/3来源于企业界,剩下的1/3来源于大学方面。作者在第26届与第29届的IMCSD也发表了有关步进电机的论文。在IMCSD发表的论文中,有很多是关于步进电机的,从中能了解步进电机的最前沿技术和研究动态。美国的学者和企业技术人员对步进电机进行了广泛的研究。

两厢步进电机

步进电机的大规模应用是在1977年,两相步进电机被应用于FDD(floppy disk drive软盘驱动器)输出轴的驱动上。

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