CVK 系列步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器套件的特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)因其易于使用和準(zhǔn)確定位而被廣泛用于各種應(yīng)用。但近年來(lái)，大多數(shù)用戶(hù)要求高扭矩、低振動(dòng)和更高的精度。

CVK 系列是一種步進(jìn)電機(jī)和直流輸入驅(qū)動(dòng)器組合，與傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品相比具有更高的扭矩、更低的振動(dòng)和更高的精度。我們開(kāi)發(fā)了重視扭矩的 1.8° 產(chǎn)品和重視低振動(dòng)和高精度的 0.72°/0.36° 產(chǎn)品。CVK 系列的版本之間也高度兼容，便于標(biāo)準(zhǔn)化。

這里介紹一下CVK系列的特點(diǎn)和特點(diǎn)：

一、簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)因其易于使用和高度精確的定位功能而被廣泛用于各種應(yīng)用。近年來(lái)，不斷提出高扭矩、低振動(dòng)、高精度的要求。

CVK 系列是一種直流輸入步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器套件，與傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品相比具有更高的扭矩、更低的振動(dòng)和更高的精度。1.8°步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器封裝（“1.8°封裝”）專(zhuān)注于扭矩，0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器封裝（“0.72°/0.36°封裝”）提供低振動(dòng)和高精度。1.8° 和 0.72°/0.36° 封裝的驅(qū)動(dòng)器高度兼容。因此，可以根據(jù)某些特性選擇電機(jī)，因?yàn)閮煞N封裝的安裝特性相似，便于標(biāo)準(zhǔn)化。更換電機(jī)也可以輕松完成。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可采用交流或直流電源電壓。DC 型驅(qū)動(dòng)器通常更便宜、更緊湊并且可以很容易地安裝在設(shè)備中。CVK 系列是為直流電源電壓開(kāi)發(fā)的，適用于需要驅(qū)動(dòng)器安裝在設(shè)備中的應(yīng)用（參見(jiàn)圖 1）。

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二、CVK系列產(chǎn)品線(xiàn)

CVK 系列提供范圍廣泛的封裝，包括 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進(jìn)電機(jī)。具有最低振動(dòng)和最高精度的高分辨率類(lèi)型提供卓越的性能（參見(jiàn)表 1）。

1.8°和0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別在于它們的結(jié)構(gòu)。圖 2 顯示了 1.8° 步進(jìn)電機(jī)的定子，圖 3 顯示了 0.72°/0.36°（具體為 0.72°）步進(jìn)電機(jī)的定子。

與0.72°步進(jìn)電機(jī)相比，1.8°步進(jìn)電機(jī)的繞組數(shù)（相數(shù)）較少，因此線(xiàn)圈的匝數(shù)和定子上的齒數(shù)較多，從而產(chǎn)生更高的扭矩.

1.8°和0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)差異是由于相數(shù)不同。原則上1.8°和0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)振動(dòng)應(yīng)該是一樣的，只要步距角一樣。但實(shí)際上各相產(chǎn)生的力矩變化很小，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生抖動(dòng)。由于0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)較多，因此產(chǎn)生的扭矩變化被分散，導(dǎo)致振動(dòng)低于1.8°步進(jìn)電機(jī)。出于同樣的原因，它在定位方面非常準(zhǔn)確。圖 4 顯示了 0.36° 高分辨率步進(jìn)電機(jī)的定子。

高分辨率型的齒比標(biāo)準(zhǔn)型（0.72°）更細(xì)更小。由于這些特點(diǎn)，分散了產(chǎn)生扭矩的方差，使其不僅具有較低的振動(dòng)，而且具有較高的定位精度。

3. CVK系列的特點(diǎn)

CVK系列具有以下特點(diǎn)：

與傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)相比扭矩更高

低振動(dòng)，微步驅(qū)動(dòng)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)

1.8° 和 0.72°/0.36° 步進(jìn)電機(jī)的通用驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

該驅(qū)動(dòng)程序具有以下特點(diǎn)：

小巧纖薄的外形

兼容脈沖輸入線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器或集電極開(kāi)路型脈沖信號(hào)

簡(jiǎn)單的電流設(shè)置

配備保護(hù)功能（報(bào)警輸出）

擴(kuò)展的工作環(huán)境溫度范圍

4. CVK系列的特點(diǎn)

4.1. 轉(zhuǎn)矩特性

扭矩特性比傳統(tǒng)的直流輸入產(chǎn)品有所改善。1.8° 封裝采用雙極驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (1)，這是我們傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品所不具備的。為此，低速扭矩得到了改善。0.72°/0.36°封裝采用專(zhuān)注于高速扭矩的繞組規(guī)格。

高速運(yùn)行在電流上升之前快速切換電機(jī)繞組電流，這導(dǎo)致扭矩下降。為避免這種情況，可減少線(xiàn)圈的匝數(shù)，從而降低阻抗并加快電流上升。但是，扭矩會(huì)通過(guò)減少線(xiàn)圈的匝數(shù)而降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)建為兼容大電流輸出。

圖5顯示了CVK 1.8°封裝（CVK244AK）和傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品（CMK244-PAP）的速度-轉(zhuǎn)矩特性。此外，圖 6 顯示了 CVK 0.72°封裝（CVK544AK）和傳統(tǒng)產(chǎn)品（CRK544PAP）的速度-轉(zhuǎn)矩特性。

如前所述，與0.72°步進(jìn)電機(jī)相比，1.8°步進(jìn)電機(jī)在低速范圍內(nèi)具有更高的扭矩，0.72°步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)側(cè)重于高速扭矩。圖 7 顯示了 CVK 1.8° 和 0.72° 步進(jìn)電機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性。

4.2. 振動(dòng)特性

由于步進(jìn)電機(jī)以一定角度為增量旋轉(zhuǎn)，因此有時(shí)步進(jìn)引起的振動(dòng)會(huì)成為問(wèn)題。通過(guò)利用稱(chēng)為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度傳感器，將速度轉(zhuǎn)換為電壓，可以指示速度與速度波動(dòng) (Vp-p) 之間的關(guān)系。圖8為CVK 1.8°步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品的對(duì)比。圖9顯示了CVK 0.72°步進(jìn)電機(jī)和傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品。

CVK 系列在整個(gè)速度范圍內(nèi)使用微步驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行，因此無(wú)論速度如何都具有低振動(dòng)。配合東方馬達(dá)特有的平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)功能，在0～50r/min的速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，可減少振動(dòng)。配合Oriental Motor對(duì)電流的相位修正，在50～200r/min的速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)也能減少振動(dòng)。此外，通過(guò)CVK驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的振動(dòng)抑制控制，在500r/min及以上的速度范圍內(nèi)運(yùn)行可以減少振動(dòng)。與傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品相比，1.8° 和 0.72° 步進(jìn)電機(jī)均成功降低了振動(dòng)，即使步距角發(fā)生變化，振動(dòng)特性也不會(huì)改變。這是Oriental Motor獨(dú)有的微步控制功能的結(jié)果。

圖10顯示了CVK 1.8°和0.72°步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)特性比較。如圖所示，與 1.8° 步進(jìn)電機(jī)相比，0.72° 步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)更低。

圖 11 顯示了 CVK 1.8° 封裝與相同電機(jī)與市售步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的振動(dòng)特性比較。與市售驅(qū)動(dòng)器相比，CVK 1.8°封裝具有更低的振動(dòng)。

4.3. 停止位置精度

步進(jìn)電機(jī)的停止位置精度在整步±0.05°以?xún)?nèi)。在微步進(jìn)過(guò)程中，如果驅(qū)動(dòng)器的輸出電流不是失真較小的正弦波，則與全步進(jìn)相比，停止位置精度會(huì)降低。與傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品相比，CVK 系列在微步進(jìn)過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)器輸出電流波形更加準(zhǔn)確。這導(dǎo)致停止位置精度的提高。圖12顯示了CVK 1.8°步進(jìn)電機(jī)和傳統(tǒng)產(chǎn)品（CMK 1.8°步進(jìn)電機(jī)）的停止位置精度。

圖13為CVK 0.72°步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)步進(jìn)產(chǎn)品（CRK 0.72°步進(jìn)電機(jī)）的停止位置精度。同樣，0.72°步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器輸出電流波形和停止位置精度也有所提高。與1.8°步進(jìn)電機(jī)相比，0.72°步進(jìn)電機(jī)的繞組數(shù)更多，因此停止位置精度更高。除了標(biāo)準(zhǔn)型0.72°步進(jìn)電機(jī)外，0.36°高分辨率型的停止位置精度也大大提高。圖 14 顯示了 0.36° 高分辨率型步進(jìn)電機(jī)的停止位置精度。

五、CVK系列驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)

5.1. 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進(jìn)電機(jī)的通用驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

1.8° 和 0.72°/0.36° 封裝共享相同的硬件設(shè)計(jì)。由于兩者共享相同的驅(qū)動(dòng)器功能、尺寸、連接器和 I/O 信號(hào)布局，因此很容易相互替換。表 2 顯示了驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)連接器引腳分配。1.8°和0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)的連接器是通用的，如表2所示，每種顏色的電機(jī)引線(xiàn)分別對(duì)應(yīng)不同的顏色。

當(dāng)同時(shí)使用 1.8° 和 0.72°/0.36° 步進(jìn)電機(jī)或從 1.8° 更改為 0.72°/0.36° 步進(jìn)電機(jī)以降低振動(dòng)時(shí)，無(wú)需更改接線(xiàn)或脈沖輸入。關(guān)于步距角，1.8°和0.72°/0.36°步進(jìn)電機(jī)共用相同的設(shè)置開(kāi)關(guān)，如表3所示。

5.2. 小巧纖薄的外形

盡管 CVK 系列的驅(qū)動(dòng)器與傳統(tǒng)的直流輸入封裝產(chǎn)品相比具有改進(jìn)的特性，但它們的驅(qū)動(dòng)器框架尺寸保持不變。它比傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品（0.72°/0.36° CRK 系列）更薄，從而可以減小整體設(shè)備尺寸。圖 15 顯示了 CVK 系列驅(qū)動(dòng)器的尺寸，圖 16 和 17 顯示了傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)器的尺寸。

5.3. 與脈沖輸入線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器兼容

CVK系列驅(qū)動(dòng)器的脈沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除了集電極開(kāi)路方式外，還兼容線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)方式，與傳統(tǒng)的DC輸入封裝相同。與集電極開(kāi)路方式相比，線(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式能夠更容易地輸入更高頻率的脈沖，因此即使設(shè)置了高分辨率也可以高速運(yùn)行。另外，線(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式的耐電氣噪聲性好，具有可以遠(yuǎn)距離使用脈沖線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。圖 18 顯示了脈沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接圖。

5.4. 當(dāng)前設(shè)置

CVK系列驅(qū)動(dòng)器可通過(guò)16檔旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)（RUN開(kāi)關(guān)）輕松設(shè)定電機(jī)運(yùn)行電流，無(wú)需電流表。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以通過(guò)將電機(jī)運(yùn)行電流設(shè)置為較低值（降低轉(zhuǎn)矩）來(lái)抑制電機(jī)的溫升。RUN 開(kāi)關(guān)的設(shè)定值如表 4 所示。出廠(chǎng)設(shè)置為“F”模式。

可通過(guò) STOP 開(kāi)關(guān)更改靜止電流比。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于 OFF 位置時(shí)，電流為電機(jī)運(yùn)行電流的 25%，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于 ON 位置時(shí)，電流為電機(jī)運(yùn)行電流的 50%。

5.5. 保護(hù)功能（報(bào)警輸出）

CVK 系列驅(qū)動(dòng)器配備了傳統(tǒng) DC 輸入封裝產(chǎn)品所不具備的保護(hù)功能（警報(bào)輸出）。可通過(guò)輸出信號(hào)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器過(guò)熱、過(guò)電壓和過(guò)電流等異常情況。通過(guò)使用這些信號(hào)，可以從主控制器監(jiān)控條件。另外，發(fā)生警報(bào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的 PWR/ALM LED 閃爍紅色，通過(guò)計(jì)數(shù) LED 的閃爍次數(shù)，可以確認(rèn)保護(hù)功能動(dòng)作的原因。該功能便于檢查告警原因。發(fā)生警報(bào)時(shí)電機(jī)電流停止，電機(jī)失去保持力矩。表 5 表示報(bào)警內(nèi)容。

5.6. 擴(kuò)展的操作環(huán)境

溫度范圍 驅(qū)動(dòng)器輸出電路 FET 的導(dǎo)通電阻降低了傳統(tǒng)產(chǎn)品的約 1/20，以減少損耗。因此，即使輸出大電流，也不會(huì)產(chǎn)生熱量。此外，由于產(chǎn)生的熱量較少，CVK 驅(qū)動(dòng)器的工作環(huán)境溫度范圍的上限從 40°C 提高到 50°C（104°F 到 122°F）（CMK 驅(qū)動(dòng)器）。

6.總結(jié)

CVK 系列不僅充分利用了 1.8° 和 0.72°/0.36° 電機(jī)的特點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了兩者之間的兼容性。此外，它還提供多種電機(jī)尺寸和優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行選擇。通過(guò)專(zhuān)注于該系列的脈沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電流設(shè)置和警報(bào)輸出功能的易用性，我們的工程師推動(dòng)了對(duì)所有用戶(hù)易于使用的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。我們的最終目標(biāo)是隨著未來(lái)產(chǎn)品線(xiàn)的擴(kuò)展，讓CVK系列變得更容易選擇和使用。

　　審核編輯：湯梓紅