步进电机的噪音从何而来

步进电机广泛用于自动化、数字制造、医疗和光学设备等几乎所有类型的移动应用中。

步进电机的优点是成本相对较低，在不使用变速箱的情况下在静止和低速时具有高扭矩，以及对定位任务的固有适用性。与三相无刷电机和伺服驱动器相比，步进电机不一定需要复杂的控制算法或位置反馈来进行换向。

步进器的缺点是噪音很大，即使在低速或静止时也是如此。步进电机有两个主要的振动源：步进分辨率，以及斩波器和脉冲宽度调制 (PWM) 模式导致的副作用。

步进分辨率和微步

典型的步进电机有 50 个磁极，可实现 200 个完整步长，每个步距角为 1.8°，可实现 360° 的完整机械旋转。但也有步数较少的步进电机，甚至高达 800 个全步。最初，这些电机用于全步或半步模式。施加在两个电机线圈 A(蓝色)和 B(红色)上的电流矢量在整个电气旋转(电气 360°)上显示为矩形。如图 3 和图4 中突出显示的那样，电机线圈以 90° 相移模式以全电流或无电流供电。因此，每个周期的一电转由 4 个整步或 8 个半步组成。也就是说，50 极步进电机需要 50 次电气旋转才能完成一整机械转。

全步操作(电机线圈 A = 蓝色和 B = 红色)

半步操作(电机线圈 A = 蓝色和 B = 红色)

全步或半步等低分辨率步进模式是步进电机的主要噪声源。它们引入了巨大的振动，这种振动遍布系统的整个力学，特别是在低速和接近某些共振频率时。在较高的速度下，由于惯性矩，这些影响会降低。

转子可以想象成一个谐波振荡器或弹簧摆，如图 所示。在驱动器电子设备施加新的电流矢量后，转子将沿着新指令位置的方向步进到下一个全步或半步位置。与脉冲响应类似，转子过冲并围绕下一个位置振荡，从而导致机械振动和噪音。运动远非平稳，尤其是在较低的速度下。

转子的摆动行为导致振动

为了减少这些振荡，可以应用一种称为微步进的机制。这将一个完整的步骤分成更小的部分，或微步骤。典型分辨率为 2(半步)、4(四分之一步)、8、32 甚至更多微步。定子线圈不是以全电流或零电流供电，而是以中间电流水平接近完整的正弦波波形超过 4 个完整的步骤。这将永磁转子定位在两个后续完整步骤之间的中间位置。这甚至允许适应步进电机的物理特性或应用的特殊定制电流波形(TRINAMIC的驱动芯片支持该功能)。

微步进的最大分辨率由驱动器的 A/D 和 D/A 功能定义。Trinamic 的步进电机控制器和驱动器允许使用每整步高达 256(8 位)微步的步进电机，使用芯片的集成可配置正弦波表甚至完全自定义电流波形。

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