Hybridní krokový motor

Význam a funkce hybridního krokového motoru

Termín „Hybridní“ označuje kombinaci nebo směs. Hybridní krokový motor kombinuje charakteristiky obou krokových motorů s proměnnou neochotou a s trvalým magnetem. V jádru rotoru je začleněn axiální trvalý magnet. Tento magnet je namagnetizován tak, aby vytvořil dvojici pólovců, konkrétně severní (N) a jižní (S) pól, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Na obou koncích axiálního magnetu jsou nainstalovány čepice. Tyto čepice mají stejný počet zubů, které jsou namagnetizovány magnetem. Průřezový pohled na dvě čepice rotoru je prezentován níže:

Stator je vybaven 8 póly, každý s cívkou a S počtem zubů. Celkem je na statoru 40 zubů. Každá čepice rotoru má 50 zubů. Vzhledem k tomu, že počet zubů na statoru a rotoru je 40 a 50, lze krokový úhel vyjádřit následovně:

Pracovní mechanika

U hybridního krokového motoru se zuby rotoru nejdříve dokonale zarovnají s těmi statoru. Zuby na obou čepicích rotoru jsou však posunuty o polovinu délky pólu. Díky axiálnímu namagnetování centrálního trvalého magnetu jsou zuby na levé čepici namagnetizovány jako jižní póly, zatímco ty na pravé čepici mají severní polaritu.

Póly statoru jsou konfigurovány v párech pro elektrickou excitaci. Konkrétně jsou cívky na pólech 1, 3, 5 a 7 spojeny v sérii, aby tvořily fázi A, zatímco cívky na pólech 2, 4, 6 a 8 jsou propojeny v sérii, aby tvořily fázi B. Když je fáze A energizována kladným proudem, statorové póly 1 a 5 se stanou jižními póly, a póly 3 a 7 se transformují na severní póly.

Otočení motoru je přesně řízeno specifickou sekvencí energizace fází. Když je fáze A de-energizována a fáze B aktivována, rotor se otočí o plný krokový úhel 1,8° proti směru hodinových ručiček. Obrácením toku proudu do fáze A (její energizace záporným proudem) se rotor posune další 1,8° ve stejném směru proti hodinovým ručičkám. Pro nepřetržité otočení musí být pak fáze B záporně energizována. Tak, aby bylo dosaženo otočení proti směru hodinových ručiček, jsou fáze energizovány v sekvenci: +A, +B, -A, -B, +B, +A a tak dále. Naopak, otočení ve směru hodinových ručiček je dosaženo následováním sekvence +A, -B, +B, +A a opakováním tohoto cyklu.

Klíčové výhody

Jednou z nejznatelnějších vlastností hybridního krokového motoru je jeho schopnost udržovat svou pozici i po odpojení napájení. Tento jev nastává proto, že trvalý magnet generuje detentový moment, který drží rotor na místě. Další významné výhody zahrnují:

• Jemná rozlišení: Menší délka kroku umožňuje velmi přesné umístění, což ho činí vhodným pro aplikace vyžadující přesnost.

• Vysoký výkon momentu: Motor může vygenerovat významný moment, což mu umožňuje efektivně pohánět těžké zatížení.

• Stabilita při vypnutí: I s de-energizovanými vinutími zajišťuje detentový moment, že rotor zůstane stacionární.

• Optimální výkonnost při nízkých rychlostech: Motor funguje s vysokou efektivitou při nižších rychlostech, což je ideální pro aplikace, kde je nutný pomalý, kontrolovaný pohyb.

• Hladký provoz: Nižší frekvence kroků přispívá k hladšímu pohybu, což snižuje vibrovaní a hluk.

Omezení

I přes mnoho výhod má hybridní krokový motor několik nedostatků:

• Větší inertní moment: Návrh motoru vede k zvýšení inertního momentu, což může zpomalit akceleraci a omezit jeho reaktivitu na rychlé změny pohybových příkazů.

• Zvýšená hmotnost: Přítomnost rotorového magnetu přidává k celkové hmotnosti motoru, což může představovat problém v aplikacích citlivých na hmotnost.

• Citlivost na magnetismus: Jakékoli fluktuace síly trvalého magnetu mohou výrazně ovlivnit výkon motoru, což vede k nekonzistentnímu chování.

• Cena: Ve srovnání s motory s proměnnou nechtí, mají hybridní krokové motory obecně vyšší cenu, což může zvýšit celkové náklady projektů, které je používají.

Shrnutí, hybridní krokový motor nabízí unikátní kombinaci výhod a omezení. Rozumění těchto charakteristik je klíčové pro výběr nejvhodnějšího motoru pro specifické aplikace v oblastech automatizace, robotiky a přesného řízení.