Hybrid-Schrittmotor

Bedeutung und Funktion des Hybrid-Schrittmotors

Der Begriff „Hybrid“ bezeichnet eine Kombination oder Mischung. Ein Hybrid-Schrittmotor vereint die Eigenschaften eines Variabler-Reluktanz-Schrittmotors und eines Permanentmagnet-Schrittmotors. Im Kern des Rotors ist ein axialer Permanentmagnet integriert. Dieser Magnet wird magnetisiert, um ein Paar Pole zu erzeugen, nämlich den Nord- (N) und Südpol (S), wie in der folgenden Abbildung dargestellt：

An beiden Enden des axialen Magneten sind Endkappen installiert. Diese Endkappen haben gleich viele Zähne, die durch den Magnet magnetisiert werden. Die Querschnittsansicht der beiden Endkappen des Rotors ist unten dargestellt:

Der Stator ist mit 8 Polen ausgestattet, jeder hat eine Spule und S Anzahl von Zähnen. Insgesamt gibt es 40 Zähne am Stator. Jede Endkappe des Rotors hat 50 Zähne. Da die Anzahl der Zähne am Stator und Rotor 40 und 50 beträgt, kann der Schrittwinke wie folgt ausgedrückt werden:

Funktionsweise

Bei einem Hybrid-Schrittmotor richten sich die Zähne des Rotors zunächst perfekt auf die des Stators aus. Die Zähne auf den beiden Endkappen des Rotors sind jedoch um die Hälfte des Polabstandes gegeneinander versetzt. Aufgrund der axialen Magnetisierung des zentralen Permanentmagneten sind die Zähne auf der linken Endkappe als Südpole magnetisiert, während die Zähne auf der rechten Endkappe eine Nordpol-Polarität annehmen.

Die Statorpole des Motors sind paarweise für die elektrische Anregung konfiguriert. Speziell sind die Spulen an den Polen 1, 3, 5 und 7 in Serie geschaltet, um Phase A zu bilden, während die Spulen an den Polen 2, 4, 6 und 8 in Serie geschaltet sind, um Phase B zu bilden. Wenn Phase A mit positivem Strom gespeist wird, werden Statorpole 1 und 5 zu Südpolen, und Pole 3 und 7 verwandeln sich in Nordpole.

Die Drehung des Motors wird durch eine spezifische Sequenz der Phasenspeisung präzise gesteuert. Wenn Phase A deaktiviert und Phase B aktiviert wird, dreht sich der Rotor um einen vollen Schrittwinke von 1,8° im gegen den Uhrzeigersinn. Durch Umkehr des Stromflusses zu Phase A (negative Speisung) bewegt sich der Rotor um weitere 1,8° in dieselbe Richtung. Für eine kontinuierliche Drehung muss Phase B dann negativ gespeist werden. Um eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn zu erreichen, werden die Phasen in der Reihenfolge +A, +B, -A, -B, +B, +A und so weiter gespeist. Umgekehrt wird eine Drehung im Uhrzeigersinn durch die Reihenfolge +A, -B, +B, +A und Wiederholung dieses Zyklus erreicht.

Wesentliche Vorteile

Eines der bemerkenswertesten Merkmale des Hybrid-Schrittmotors ist seine Fähigkeit, seine Position auch bei Entfernung der Spannung beizubehalten. Dies tritt auf, weil der Permanentmagnet ein Detent-Moment erzeugt, das den Rotor festhält. Andere wichtige Vorteile sind:

• Feingranuläre Auflösung: Seine kleinere Schrittlänge ermöglicht eine hochpräzise Positionierung, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die Genauigkeit erfordern.

• Hohe Drehmomentausgabe: Der Motor kann ein erhebliches Drehmoment erzeugen, was es ihm ermöglicht, schwere Lasten effektiv anzutreiben.

• Stabilität ohne Spannung: Selbst mit deaktivierten Wicklungen sorgt das Detent-Moment dafür, dass der Rotor stillsteht.

• Optimale Effizienz bei niedriger Geschwindigkeit: Er arbeitet bei geringeren Geschwindigkeiten mit hoher Effizienz, was ideal für Anwendungen ist, bei denen eine langsame, kontrollierte Bewegung erforderlich ist.

• Glatte Betriebsführung: Eine geringere Schrittfrequenz trägt zu einer glatteren Bewegung bei, reduziert Vibrationen und Geräusche.

Einschränkungen

Trotz seiner vielen Stärken hat der Hybrid-Schrittmotor einige Nachteile:

• Höhere Trägheit: Das Design des Motors führt zu erhöhter Trägheit, was die Beschleunigung verlangsamt und seine Reaktionsfähigkeit auf schnelle Bewegungsbefehle einschränkt.

• Erhöhtes Gewicht: Die Anwesenheit des Rotor-Magneten erhöht das Gesamtgewicht des Motors, was in gewichtsempfindlichen Anwendungen Herausforderungen darstellen kann.

• Magnetische Empfindlichkeit: Jede Schwankung der magnetischen Stärke des Permanentmagneten kann die Leistung des Motors erheblich beeinflussen und zu unkonstanter Arbeit führen.

• Kostenaspekte: Im Vergleich zu Variabler-Reluktanz-Motoren haben Hybrid-Schrittmotoren in der Regel einen höheren Preis, was die Gesamtkosten von Projekten, die sie verwenden, erhöhen kann.

Zusammenfassend bietet der Hybrid-Schrittmotor eine einzigartige Kombination von Vorteilen und Einschränkungen. Das Verständnis dieser Eigenschaften ist entscheidend für die Auswahl des am besten geeigneten Motors für spezifische Anwendungen in den Bereichen Automatisierung, Robotik und Präzisionssteuerung.