解決減速步進(jìn)電機(jī)降低噪音和減速步進(jìn)電機(jī)低速的振動(dòng)方案
減速步進(jìn)電機(jī)在工程領(lǐng)域中無(wú)處不在，因?yàn)榕cBLDC和傳統(tǒng)的DC電機(jī)相比，它們有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。雙極減速步進(jìn)電機(jī)提供精確的開環(huán)位置和零速轉(zhuǎn)矩，無(wú)需外部傳感器或控制回路。減速步進(jìn)電機(jī)可以很好地控制其步進(jìn)能力，這使得它可以應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的許多應(yīng)用，如3D打印機(jī)、紡織制造設(shè)備、閉路電視(CCTV)、取放機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。
雖然減速步進(jìn)電機(jī)在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，但這些系統(tǒng)容易出現(xiàn)電流畸變、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等常見問(wèn)題。成功取決于對(duì)減速步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)的有效管理。當(dāng)這些電機(jī)用于閉路電視時(shí)，攝像機(jī)的變焦和平移引起的振動(dòng)會(huì)使云臺(tái)和圖像傳感器移動(dòng)，導(dǎo)致圖像失真，性能不佳。
同樣的概念也可以應(yīng)用于3D打印，其中高扭矩波動(dòng)或電機(jī)共振將導(dǎo)致在打印對(duì)象上以不必要的額外材料的形式打印“工件”。在這些和大多數(shù)應(yīng)用中，減少電機(jī)本身的振動(dòng)只會(huì)有好處，因?yàn)樗梢蕴岣邫C(jī)器生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的質(zhì)量，并確保更安靜的操作。
在深入研究如何解決這些問(wèn)題之前，首先要確定減速步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的原因。為此，我們來(lái)分解一下減速步進(jìn)電機(jī)的工作原理。
一、減速步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行
雙極減速步進(jìn)電機(jī)是一種磁極位置離散的DC電機(jī)，由許多線圈組成。這些線圈分為兩組，稱為相位。轉(zhuǎn)子根據(jù)其磁極之間的電流比定位在繞組之間。由于這種獨(dú)特的設(shè)置，減速步進(jìn)電機(jī)可以將它們?cè)趦蓸O之間的位置分成更小的距離，這種距離稱為微步進(jìn)。
當(dāng)轉(zhuǎn)矩不恒定時(shí)，運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，電機(jī)會(huì)有明顯的振動(dòng)和聽得見的噪音。如果電機(jī)不是在共振狀態(tài)下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)將是減速步進(jìn)電機(jī)最大的噪聲和振動(dòng)源。
二、它們是如何被控制的？
控制減速步進(jìn)電機(jī)最常見的方式是通過(guò)電流控制，尤其是脈寬調(diào)制(PWM)。通過(guò)這種方法，控制器斬波輸出，從而限制兩個(gè)繞組中的電流。這通過(guò)限定繞組之間的上述比率來(lái)保持轉(zhuǎn)子的位置。
降低減速步進(jìn)電機(jī)噪聲和振動(dòng)的首要途徑在于其控制系統(tǒng)。由于電機(jī)的電感和流經(jīng)電機(jī)的電壓，PWM電流控制方式自然會(huì)產(chǎn)生電流紋波。電機(jī)可以通過(guò)控制電流的減少來(lái)嘗試最小化所經(jīng)歷的紋波。它通過(guò)實(shí)現(xiàn)各種衰減模式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。兩種衰減模式分別是同步快衰減和同步慢衰減，可以相互結(jié)合，降低電流紋波。
三、減速步進(jìn)電機(jī)的降噪減振方法
減少減速步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)的方法有很多。一般來(lái)說(shuō)，這些方法可以分為機(jī)械方法和電氣方法，上面的電流紋波降低例子屬于電氣范疇。首先我們會(huì)通過(guò)最常用的機(jī)械方法來(lái)降低振動(dòng)和噪音。
1.清潔阻尼器。
減小減速步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)的一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法是安裝一個(gè)干凈的阻尼器。阻尼器固定在電機(jī)的后軸上，由塑料制成的密封外殼和內(nèi)置硅膠的慣性體組成。添加的硅膠和慣性幫助電機(jī)吸收振動(dòng)，提供可靠的減震效果。
2.高分辨率減速步進(jìn)電機(jī)
高分辨率減速步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)較多，例如100齒而不是50齒。齒數(shù)越多，整步的分辨率越高，有助于減少震動(dòng)，因?yàn)殡姍C(jī)每步移動(dòng)的距離更短。這些高分辨率電機(jī)可以通過(guò)微步或齒輪進(jìn)行調(diào)整，使其更加精確，下面將介紹這兩種方法。
3.五相減速步進(jìn)電機(jī)
五相減速步進(jìn)電機(jī)的工作原理類似于高分辨率電機(jī)，因?yàn)樗鼈円部梢詫?shí)現(xiàn)更精細(xì)的全步進(jìn)分辨率，從而減少振動(dòng)。與五相減速步進(jìn)電機(jī)相比，有10個(gè)定子極到8個(gè)兩相電機(jī)。這將每轉(zhuǎn)的步數(shù)從200增加到500。與標(biāo)準(zhǔn)五相電機(jī)相比，高分辨率五相減速步進(jìn)電機(jī)再次提供了更高的精度。
4.齒輪式減速步進(jìn)電機(jī)
減速器(不是汽車愛好者)用于增加扭矩和降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。齒輪的摩擦有助于減少減速步進(jìn)電機(jī)的欠調(diào)和過(guò)沖，提供更穩(wěn)定的運(yùn)行和一致的扭矩輸出。
5.正確的電機(jī)尺寸
通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)找到電機(jī)運(yùn)行的“最佳位置”可能是非常有益的。指望馬達(dá)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)總是一個(gè)壞主意。電機(jī)尺寸過(guò)大對(duì)電機(jī)運(yùn)行也是有害的，因?yàn)榕ぞ剡^(guò)大會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)增大。對(duì)電機(jī)要求和規(guī)格的全面分析將確保更好的長(zhǎng)期性能。
其它可以通過(guò)電氣手段或使用減速步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)減少振動(dòng)和噪音的方法：
1.微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器
微步進(jìn)可能是最值得推薦的減小減速步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)的方法。這里，驅(qū)動(dòng)器用于在各相之間分配電機(jī)電流。這使得駕駛員能夠精確地控制扭矩和位置，這種控制用于大大減少振動(dòng)、扭矩波動(dòng)和可聽見的噪音。
2.獨(dú)立求解振動(dòng)。
通過(guò)獨(dú)立分析每種振動(dòng)類型，特定駕駛員可以在所有速度下提供低振動(dòng)性能。這是可能的，因?yàn)楠?dú)立的相電流檢測(cè)器允許驅(qū)動(dòng)器很好地調(diào)整電流，并確保非常均勻的波形。
