在机械设计中，我们经常用到步进电机。
比如，用步进电机驱动同步带轴，实现直线运动。
再比如，用步进电机驱动滚珠丝杠轴，也可以把旋转运动转换为直线运动。
因为不需要反馈系统，所以步进电机的最大优点是，低成本下可以获得不错的精度。
其实，除了机器中的运动平台，生活中也可以发现步进电机的存在。
比如打印机，扫描仪，相机，ATM机，3D打印机等等。
步进电机的应用（不包括图中机器人）
那么，步进电机的原理是什么？
用一句话来说就是：给定子中的一组或多组线圈轮流通电，线圈中的电流产生磁场，转子为了寻找新的平衡位置，自动调整它的位置，对其磁场，从而实现运动。
你可能会说，所有电机都是这个原理，哈，没错，那么关于具体细节，我们后面慢慢用图来说。
其实此前，我对步进电机的原理了解得也不是很多，不过最近好像对各类电机有点上瘾，所以特地多了解了一些，毕竟，我们时时刻刻都会和电机打交道。
了解了之后，这不趁今天周末，我就来分享一下。
但是因为我不是做电机的，所以若有不妥，或者不完善之处，还希望业内人士能够在留言区指出，补充。
今天的主要内容包括：步进电机的种类，构造，原理，步进电机的满步半步微步控制方法，步进电机的速度扭矩特性，以及步进电机的优缺点等。
1.步进电机的类型
和其他类型的电机一样，步进电机也是由定子和转子构成。
在步进电机中，定子主要负责产生磁场，转子负责跟随磁场。
定子的主要特征包括相数，磁对数，以及线圈配置。
相数是独立线圈的数目，而磁对数表示每一相会产生多少对磁场。
2相步进电机是最常使用的，而3相，5相不常用。
左图是2相步进电机，右图是3相步进电机定子示意图
左图是2相单磁对数定子，右图是2相偶磁对数定子，字母N和S表示当A+和A-通电时，定子产生的磁场。
因为步进电机的构造会影响步距，速度，扭矩，以及控制方式。
所以，接下来我先说说几种不同步进电机的构造。
它们的区别主要在于转子是怎么做的。
（1）永磁式转子（Permanent Magnet＝PM）
第一种，永磁式转子，这种是最简单，也是最便宜的。
它的结构如下图，中间的转子是用永磁铁做成。
当定子线圈通电产生磁场，转子磁铁自动对齐磁场，跟随旋转。
永磁式转子步进电机
线圈通电，中间转子自动对齐线圈产生的磁场（图片来自Microchip）
线圈通电，中间转子自动对齐线圈产生的磁场（图片来自Faulhaber）
这种结构，因为是用磁铁做转子，磁铁磁通量大，进而扭矩大，所以保证了较好的输出扭矩和制动扭矩。
所谓制动扭矩（Detent Torque），就是说，无论线圈是否通电，电机都会阻止旋转，这是因为永磁铁和定子之间的相互作用，会产生一定的扭矩，外力必须克服这个扭矩，电机才能动起来。
在电机生产厂家的产品目录中，有的也写为齿槽转矩（Cogging Torque），或者残余扭矩（Residual Torque）。
当然，有优势也就有劣势。
这种结构的不足之处在于，它的转速和步距（分辨率）不高，比如一步转动7.5°-15°，当然好处是体积可以做得很小，比如Φ20mm以下。
（2）可变磁阻式步进电机（Variable Reluctance＝VR）
可变磁阻式步进电机结构
