混合式步进电机 · 矩频曲线、惯量比与温升

步进电机

步进电机靠驱动器发出的脉冲一步一步转动,转多少由脉冲数决定。选型时按运行转速去查矩频曲线,所需转矩留足余量,再看惯量比和运行占空比。

面向给定位轴、送料和点胶机构配两相、五相混合式步进电机(NEMA 8 至 NEMA 52)的设计与采购人员:从负载算转矩和脉冲,按矩频曲线挑机座和机身长度,再定绕组、轴端、防护和闭环选项;驱动器细分与电流设定另见驱动器页面。

步进电机应用场景
示意图:方形机座的步进电机经弹性联轴器连接滚珠丝杠,丝杠一端由轴承座支撑,带动直线滑台移动。

把电脉冲变成角位移的电机,配驱动器使用

产品作用

杰美康(JMC)在产品目录中把步进电机描述为把电脉冲直接转换成角位置的装置,转过的角度取决于脉冲数,与配套驱动器一起构成控制简单、成本较低的开环系统[5]。工业设备里用得最多的是混合式步进电机:两相电机步距角多为1.8°或0.9°,也有1.2°机型;五相电机为0.72°[4][6][8][10]。常见机座从20 mm(NEMA 8)到130 mm(NEMA 52),同一机座按机身长度分出不同转矩[8][5]。典型用途是丝杠或同步带驱动的定位轴和送料机构,负载惯量大时可选带减速机的型号,需要位置反馈时可选带编码器的闭环步进电机[1][7]。

工作原理

驱动器按顺序给各相绕组通电,定子与转子齿槽之间的磁拉力使转子每次转过一个步距角[12]。整步时电机转速 N(r/min)= 脉冲频率 f(Hz)× 步距角 θs ÷ 360 × 60;移动量所需的脉冲数 A = 移动量 ÷ 每转移动量 × 360° ÷ θs[1]。转速升高后电机能输出的转矩随之下降,这条“转速—最大转矩”曲线即矩频曲线(东方马达称为牵出转矩曲线),它与驱动器、供电电压和电流设定一起测得[1][2]。开环运行时,负载转矩或加速度超过曲线所能提供的值,电机就会失步;闭环型号用编码器检测转子位置[7]。

定子、转子、输出轴和轴承

材料与尺寸取自所引厂家产品页;同一机座的轴径、轴承负载和引出线方式随型号变化,下单以对应型号的尺寸图为准。

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部件作用材料与配置
定子(铁芯与绕组)两相或多相绕组按驱动器指令依次通电,在定子齿上形成磁场,带动转子步进[12]。绕组的电流、电阻和电感决定电机配什么驱动器、高速段还剩多少转矩[3]。高导磁硅钢片冲制叠压的齿形铁芯[12],铜漆包线绕组;Jkongmotor JK57HS56-2804 与富兴 FL57STH-IP65 系列标注 B 级绝缘(130 ℃),Jkongmotor 另标温升最大80 K[3][2]。
转子混合式转子由永磁体和两段带齿铁芯组成,齿数决定步距角;转子惯量参与惯量比计算[1][12]。JK57HS56-2804 转子惯量280 g·cm²,FL57STH56-2804A-IP65 为300 g·cm²[3][2]。硅钢叠片转子铁芯[12]加永磁体;磁体牌号各厂产品页未列出。
输出轴把转矩传给联轴器、同步带轮或减速机。57 机座常见两种轴径:JK57HS56-2804 为6.35 mm 圆轴、伸出21 mm[3];FL57STH-IP65 为 φ8 mm(公差0/−0.013)带扁位、伸出21 mm[2];杰美康 57 机座开环电机为8 mm[5]。钢制轴;可选单出轴、双出轴、空心轴、螺纹轴或带键、带销等加工形式[3][13]。
轴承支撑转子并承受联轴器或带轮带来的径向、轴向力。FL57STH-IP65 系列:径向间隙0.02 mm、轴向间隙0.08 mm(450 g 载荷下),最大径向负载75 N(距法兰20 mm处),最大轴向负载15 N[2]。滚动轴承;IP65 型号在出轴处加油封、壳体接合面加密封垫[2]。

电气、机械与环境数据:几款公开型号

下表数值都写明了型号和条件,以57机座两相电机为主,便于横向比较;换成别的机座或厂家,以该型号规格书为准。

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参数资料与范围选型含义
步距角两相混合式常见1.8°(每转200步)和0.9°;Henghe 有1.2° NEMA 23,凯福 KST 五相系列为0.72°[10][4][6]。富兴 FL57STH-IP65 标注步距角精度±5%(整步、空载)[2]。按所需分辨率反推:东方马达算例中丝杠导程15 mm、要求每脉冲0.03 mm,算出所需步距角0.72°[1]。驱动器细分把指令再分细,实际定位还受电机步距精度和机械传动影响。
保持转矩JK57HS56-2804:1.2 N·m(2.8 A)[3];FL57STH56-2804A-IP65:1.26 N·m[2];杰美康 57J1856-440-01:1.2 N·m(4 A)[5]。保持转矩是通电静止时的值,用来粗分机座和机身长度;运动工况按矩频曲线选,见下方“矩频曲线”一节[2]。
相额定电流JK57HS56-2804、FL57STH56-2804A-IP65 均为2.8 A/相[3][2];杰美康目录以有效值(Arms)列出电流,57J1856-440-01 为4 A[5]。凯福 KST-86D33-0002 八线接法:并联3.6 A、串联1.8 A[6]。驱动器电流按电机额定电流设定;同一台八线电机,串联与并联两种接法的额定电流相差一倍。东方马达建议占空比超过50%时降低运行电流以控制温升[1]。
相电阻JK57HS56-2804:0.9 Ω±0.1(20 ℃)[3];FL57STH56-2804A-IP65:0.9 Ω[2];Sunrise 57HS2A56-254:1.3 Ω±10%[4]。与相电流一起决定绕组铜损和发热;来料检测时可用万用表在20 ℃左右量每相电阻,与规格书比对。
相电感JK57HS56-2804:3 mH±20%(1 kHz、1 V RMS 测得)[3];FL57STH56-2804A-IP65:2.5 mH[2];Sunrise 57HS2A56-254:4.2 mH±20%[4]。保持转矩相近的电机,电感越大,同样电压下电流建立越慢,高速段转矩下降越早;高转速应用优先比较各型号在相同驱动电压下的矩频曲线。
绝缘等级JK57HS56-2804:B 级(130 ℃),温升最大80 K[3];富兴 FL57STH-IP65 系列:B 级[2]。东方马达按耐热等级130(B)给出温升使用条件[1]。东方马达建议步进电机运行占空比控制在50%以下,超过时选转矩余量更大的电机或降低运行电流,防止内部温度超过130(B)级[1]。
防护等级富兴 FL57STH-IP65 系列标注 IP65,结构为密封垫、出轴油封、M12×1.5 电缆防水接头和4芯屏蔽线[2];ZGC 有 NEMA 23、NEMA 24 IP65 型号[11]。有冲洗、户外或粉尘场合时,按防水型号单独选型;FL57STH-IP65 从机身侧面的 M12 接头出线,安装空间按其尺寸图预留[2]。
环境温度FL57STH-IP65 系列:−20~+50 ℃[2];Ctrl-Motor NEMA 11 0.09 N·m 高低温型号标称−60~+85 ℃[9]。常规型号按−20~+50 ℃这一类条件使用;低温、高温或真空环境需选专门型号,Ctrl-Motor 另列真空型和高温真空型[9]。
轴径57 机座:JK57HS56-2804 为6.35 mm[3],FL57STH-IP65 与杰美康57机座开环电机为8 mm[2][5];杰美康 86 机座为14 mm、110 机座为19 mm[5]。同机座可能有6.35 mm 和8 mm 两种轴径,联轴器、带轮孔径按所订型号的轴径与扁位尺寸配。
机座号多家把57 mm 方形机座标为 NEMA 23、42 mm 为 NEMA 17、86 mm 为 NEMA 34[3][5][9]。FL57STH-IP65 安装孔距47.14±0.2 mm、止口 φ38.1±0.05 mm[2]。机座号只定安装法兰;同一机座按机身长度分出多档转矩,例如杰美康57机座从41 mm 到112 mm,保持转矩0.75~3.0 N·m[5]。
重量JK57HS56-2804:0.68 kg[3];Sunrise 57HS2A56 系列:680 g[4];杰美康 57J1856-440-01:0.7 kg[5];FL57STH56-2804A-IP65:0.9 kg[2]。防水型因加了密封结构和接头,比同转矩普通型重;悬臂安装或电机随轴运动时,把电机重量计入负载。
引出线数JK57HS56-2804 与 FL57STH-IP65 均为4线:A+ 黑、A− 绿、B+ 红、B− 蓝,引线长300 mm[3][2]。Jkongmotor NEMA 23 系列可选4线、6线或8线[8]。4线为双极接法,6线可单极或双极,8线可串联或并联;接法改变额定电流和高速特性,订货时把接法和驱动器一起写明[6]。

所需转矩乘2,落在矩频曲线以内

东方马达的选型方法:先算负载转矩 TL 和加速转矩 Ta,所需转矩 TM =(TL + Ta)× Sf,步进电机的安全系数 Sf 参考值取2;然后看运行转速与 TM 这一点是否落在所选电机的牵出转矩曲线之内[1]。加速转矩与转子惯量、负载惯量、转速和加速时间有关,可先把加减速时间设为定位时间的25%左右再调整[1]。

下表是富兴 FL57STH56-2804A-IP65 在48 VDC、2.8 A 驱动条件下的牵出转矩(按厂家曲线图读数,取约值),保持转矩为1.26 N·m[2]。按安全系数2计算,这台电机在900 r/min 时可承担的负载转矩与加速转矩之和约为0.32 N·m,约为保持转矩的四分之一。

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转速(r/min)牵出转矩(N·m,约)按 Sf=2 可用于负载与加速的转矩(N·m,约)
50~4001.10.55
6000.950.47
9000.640.32
12000.490.24
15000.380.19

同为57机座、机身56 mm左右:四家型号的数据

57 mm(NEMA 23)是工业设备里最常订的机座之一。下面四个型号机身长度相近,保持转矩都在1.1~1.26 N·m,电流、电感、轴径和重量却各不相同[2][3][4][5]。只报机座号和保持转矩去询价,驱动器电流、联轴器孔径和高速性能都可能随报来的型号变化。

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型号(厂家)保持转矩 N·m电流 A电阻 Ω电感 mH机身长 mm轴径 mm重量 kg
JK57HS56-2804(Jkongmotor)[3]1.22.80.93566.350.68
FL57STH56-2804A-IP65(富兴)[2]1.262.80.92.560.5±180.9
57HS2A56-254(Sunrise)[4]1.12.51.34.256产品页未列0.68
57J1856-440-01(杰美康)[5]1.24(有效值)目录未列目录未列5680.7

惯量比、加减速速率和运行占空比

惯量比 = 负载惯量 ÷ 转子惯量(带减速机时为负载惯量 ÷(转子惯量 × 减速比²))。东方马达说明,惯量比大时启停会出现明显超调和欠调,延长整定时间,甚至无法运行;其步进电机参考值为:机座20、28、35 不超过5,机座42、50、56.4、60、85 不超过10,超过时建议改用减速型[1]。

以 FL57STH56-2804A-IP65 的转子惯量300 g·cm² 计[2],套用惯量比10 的参考值,折算到电机轴上的负载惯量约在3000 g·cm² 以内;超出后加减速机、换更大机座,或选闭环型号。

加减速速率同样有参考下限。东方马达给出0.9°/1.8° 步进电机在不同机座下的参考值,例如机座20~60 为50 ms/kHz 以上、机座85 为75 ms/kHz 以上;加减速过急、负载惯量又大时,即使运行点在曲线内也可能跟不上[1]。

温升按运行占空比控制:占空比 = 运行时间 ÷(运行时间 + 停止时间)× 100%,建议在50%以下;长时间连续运转的工位,选转矩余量更大的电机,或降低运行电流[1]。

从丝杠导程和分辨率算步距角与脉冲数

东方马达手册中的滚珠丝杠算例:工作台与负载共40 kg,丝杠导程15 mm,要求每个脉冲移动0.03 mm,所需步距角 = 360° × 0.03 ÷ 15 = 0.72°;移动180 mm 需要180 ÷ 15 × 360° ÷ 0.72° = 6000 个脉冲。定位时间0.8 s、加减速时间各取0.2 s 时,运行脉冲频率为10000 Hz[1]。

同样的思路套到1.8° 两相电机:每转200 个整步,配导程5 mm 的丝杠时每个整步移动0.025 mm。要更细的分辨率,可选0.9° 两相电机(如 Sunrise HM 系列、ZGC NEMA 23 0.9° 型号)或0.72° 五相电机(如凯福 KST 系列),也可在驱动器上设细分[4][11][6]。富兴给出的整步步距角精度为±5%(空载)[2],细分之后的实际位置仍以此为基础。

闭环、防水和高低温型号用在哪里

闭环步进电机在电机尾部加编码器。凯福的闭环型号配1000线(每转4000计数)或5000线(每转20000计数)增量编码器,机座 NEMA 8 至 NEMA 42[7];富兴、ZGC 也有闭环或伺服步进系列[13][11]。负载变化大、又想保留步进电机成本的轴,可以考虑这一类。

防水型的差别在结构:FL57STH-IP65 在端盖与机壳间加密封垫、出轴加油封,出线改为 M12×1.5 防水接头和4芯屏蔽电缆,标称 IP65[2]。高低温和真空场合用专门型号,例如 Ctrl-Motor 列出的 NEMA 11 高低温电机标称−60~+85 ℃,另有真空型和高温真空型[9]。

打样和来料时对照的资料

询价时一并给出负载质量、传动方式(丝杠导程、带轮直径或减速比)、行程与定位时间、运行占空比、拟用驱动器型号和供电电压、安装空间与环境。下表资料随样品一起向供货方要齐,来料时逐项对照。

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资料用来做什么
标明驱动器型号、供电电压和电流的矩频(牵出转矩)曲线核对运行点和安全系数,例如富兴曲线注明48 VDC、2.8 A[2]
电性能表:相电流、相电阻(注明温度)、相电感(注明测试频率)、保持转矩、转子惯量设定驱动器电流,计算惯量比;来料抽测电阻[3]
尺寸图:机身长度、止口、孔距、轴径与扁位、引线长度或接头配联轴器和安装板,例如47.14 mm 孔距、φ8 mm 轴[2]
接线图与引出线颜色、接法(串联/并联/单极)接驱动器,避免相序接错[3]
通用规格:绝缘等级、温升、环境温度、防护等级、轴承允许负载判断温升余量和安装环境[2]
带实际负载的样机运行记录(全行程、最高速、连续运行后的温度)确认开环不失步、温升在绝缘等级允许范围内[1]

关联的应用系统与部件

以下入口来自产品关系,用于继续查阅;具体机型的装配和兼容性仍需对应型号资料。

应用系统

关联部件

资料来源与适用范围

核对日期:2026-10-17。选型方法和参考值来自东方马达技术手册,适用于其产品,其他品牌作为算法参考;型号数据均来自厂家官网产品页,于2026-10-17访问。牵出转矩数值读自厂家曲线图,为约值;NEMA ICS 16、IEC 60034 原文未查阅。

  1. Oriental Motor(东方马达)General Catalogue 2017/2018 Technical Reference,H 节 Selection Calculations(PDF)H-5 脉冲与所需转矩公式,H-6 安全系数、牵出转矩曲线、占空比、加减速速率与惯量比参考值,H-8 丝杠算例。
  2. 江苏富兴电机:FL57STH-IP65 防水型步进电机产品页通用规格表、电性能表、尺寸图、接线图和48 VDC 牵出转矩曲线。
  3. Jkongmotor:Nema 23 JK57HS56-2804 混合式步进电机产品页JK57HS56-2804 电气与物理参数、接线颜色。
  4. Sunrise Motor:2 Phase Hybrid Stepping Motor Series 57HS NEMA23 1.8°57HS 系列型号表,取57HS2A56-254 一行。
  5. 杰美康(JMC):Open Loop Stepper 目录页步进电机定义;两相、三相型号表与配套驱动器。
  6. 凯福(Kaifull):Stepper Motor 分类页五相0.72° 型号、机座范围、八线串并联电流。
  7. 凯福(Kaifull):Closed-Loop Stepper Motor 分类页闭环型号的编码器规格与机座范围。
  8. Jkongmotor:Hybrid Stepper Motor 分类页产品范围(相数、步距角、机座)与引线数选项。
  9. Ctrl-Motor:Two-Phase Stepper Motors 分类页机座分类及高低温、真空型号。
  10. Henghe Motor:Stepper Motor 分类页混合式、减速、直线步进电机与驱动器列表。
  11. ZGC Motors:Stepping Motor 分类页标准、伺服、IP65 步进电机列表。
  12. 无锡新瑞驰:Stepper Motor Stator and Rotor Laminations定转子冲片材料与齿形结构。
  13. 江苏富兴电机:步进电机产品中心步进电机系列划分。

步进电机相关厂家

比较厂家官网列出的产品系列,在本页查看资料、准备采购需求。

10 家 · 产品来源可查

Changzhou Jkongmotor Co., Ltd.

江苏 · 常州

Jkongmotor 以两相、三相混合式步进电机为核心产品,步距角0.9°、1.2°、1.8°,机座 NEMA 8 至 NEMA 52,可加装驱动器、减速机、编码器、丝杆和刹车;单型号页列出完整电气与尺寸参数。

查看产品资料依据
官网产品分类
Jkongmotor · 两相/三相混合式步进电机
资料核查日期
2026-10-17

Fulling Motor

常州

江苏富兴电机的步进电机包括混合式 FL14STH 至 FL110STH、闭环 FL42SC 至 FL86SC、IP65 防水型、空心轴、内置驱动、减速和 PM 永磁步进电机;IP65 型号页附通用规格、电性能表、尺寸图和矩频曲线。

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官网产品分类
富兴电机(Fulling) · FL 系列混合式与 IP65 步进电机
资料核查日期
2026-10-17

JMC

广东 · 深圳

杰美康开环步进电机目录列出两相20~110 mm、三相57~130 mm 机型,逐行给出转矩、有效值电流、机身长、轴径、重量和配套驱动器;另有闭环步进、伺服和一体化电机。

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官网产品分类
杰美康(JMC) · 两相/三相开环步进电机
产品来源
jmc-motion.com ↗
资料核查日期
2026-10-17

Sunrise Motor

Sunrise 两相混合式步进电机从28HS(NEMA 11)到110HS,分1.8° HS 系列和0.9° HM 系列,型号页列转矩、电流、电阻、电感和转子惯量;另有三相混合式和内置驱动器型号。

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官网产品分类
Sunrise Motor · 两相混合式步进电机 HS/HM 系列
资料核查日期
2026-10-17

Kaifull

广东 · 东莞

凯福开环步进电机涵盖两相、三相和五相(0.72°,NEMA 11、17、24),机座 NEMA 8 至 NEMA 42;闭环步进电机配1000线或5000线增量编码器。另有步进驱动器和丝杆步进电机。

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官网产品分类
凯福(Kaifull) · 开环、五相与闭环步进电机
资料核查日期
2026-10-17

Henghe Motor

江苏 · 常州

Henghe 列出 NEMA 11 至 NEMA 34 混合式步进电机,NEMA 23 有1.2° 和1.8° 两种;另有直线步进电机、行星与直齿减速步进电机,以及 HHIMD860H 开环两相驱动器。

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官网产品分类
Henghe Motor · 混合式与减速步进电机
资料核查日期
2026-10-17

ZGC Motors

江苏 · 常州

ZGC 的步进电机分标准型、伺服步进型和防水型:两相 NEMA 14 至 NEMA 34,含 NEMA 23 0.9° 高精度型和 NEMA 23、NEMA 24 IP65 防水型。同站另有步进驱动器和磁编、光编编码器。

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官网产品分类
ZGC Motors · 标准、伺服与 IP65 步进电机
产品来源
zgcmotors.com ↗
资料核查日期
2026-10-17

WANTAI

WANTAI(常州金坛)列出两相、三相混合式,减速、带刹车、直线和闭环步进电机,以及两相、三相和 EtherCAT 步进驱动器;最小机型20BYGH 为 NEMA 8、1.8°。

查看产品资料依据
官网产品分类
WANTAI · 混合式步进电机与驱动器
资料核查日期
2026-10-17

Ctrl-Motor

Ctrl-Motor(官网署名 Zhonggu Weike (Shenzhen) Power Technology)列出 NEMA 8 至 NEMA 34 两相步进电机,以及高温、低温、真空和高温真空步进电机,例如 NEMA 11 0.09 N·m 型号标称−60 ℃至+85 ℃工作。

查看产品资料依据
官网产品分类
Ctrl-Motor · 两相及高低温、真空步进电机
资料核查日期
2026-10-17

Zhong Hua Jiang

Zhonghuajiang 官网以主轴电机和 CNC 雕刻机为主,步进电机分类列出 NEMA 14、NEMA 16 等两相混合式1.8° 步进电机(如14HS2408、16HS2404L14.5P1-X),适合与主轴一起为雕刻、铣削设备配套采购。

查看产品资料依据
官网产品分类
Zhonghuajiang · CNC 用两相混合式步进电机
资料核查日期
2026-10-17

采购需求由 CNFX 接收处理。厂家认领标识与产品资料来源分别展示;具体型号、供货及交期以双方确认为准。

常见问题

42、57、86步进电机里的数字是什么意思?

指方形法兰的边长(mm)。多家厂家把42 mm 标为 NEMA 17、57 mm 标为 NEMA 23、86 mm 标为 NEMA 34。数字只说明安装尺寸,同一机座按机身长度分多档转矩,例如杰美康57机座从41 mm 到112 mm,保持转矩0.75到3.0 N·m。

步进电机运行时外壳很烫,正常吗?

通电静止时电机仍在发热,外壳偏烫较常见。JK57HS56-2804 标注 B 级绝缘、温升最大80 K。东方马达建议运行占空比控制在50%以下;连续运转的工位可降低驱动器电流,或换转矩余量更大的电机。

两相和五相步进电机怎么选?

两相混合式最常见,步距角1.8°或0.9°,配套驱动器多、价格低。五相电机步距角0.72°,例如凯福 KST 系列,整步分辨率更细。还有1.2°的三相或两相型号。先按丝杠导程和每脉冲移动量算出需要的步距角,再选相数。

4线、6线、8线步进电机接驱动器有什么不同?

4线电机只能双极接法,直接接两相驱动器的 A+、A−、B+、B−。8线电机可串联或并联,凯福 KST-86D33-0002 并联时额定3.6 A、串联时1.8 A。6线电机可接成单极或双极。驱动器电流要跟着接法改。

什么时候该用闭环步进电机?

负载或摩擦变化大、开环留足两倍余量仍担心失步时,可选带编码器的闭环步进。凯福闭环型号配1000线或5000线增量编码器,机座 NEMA 8 至 NEMA 42。惯量比超出参考值时,东方马达的建议是改用减速型。

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