Motor paso a paso híbrido

Significado y funcionamiento del motor paso a paso híbrido

El término “Híbrido” denota una combinación o mezcla. Un Motor Paso a Paso Híbrido integra las características de ambos, el Motor Paso a Paso de Reluctancia Variable y el Motor Paso a Paso de Imán Permanente. En el núcleo del rotor, se incorpora un imán permanente axial. Este imán está magnetizado para generar un par de polos, es decir, los polos Norte (N) y Sur (S), como se ilustra en la figura a continuación：

Se instalan tapas en ambos extremos del imán axial. Estas tapas tienen un número igual de dientes que se magnetizan por el imán. La vista transversal de las dos tapas del rotor se presenta a continuación:

El estator está equipado con 8 polos, cada uno con una bobina y S número de dientes. En total, hay 40 dientes en el estator. Cada tapa del rotor tiene 50 dientes. Dado que el número de dientes en el estator y el rotor es 40 y 50 respectivamente, el ángulo de paso puede expresarse de la siguiente manera:

Mecánica operativa

En un motor paso a paso híbrido, los dientes del rotor se alinean inicialmente perfectamente con los del estator. Sin embargo, los dientes de las dos tapas del rotor están desplazados entre sí por la mitad del paso del polo. Debido a la magnetización axial del imán permanente central, los dientes de la tapa izquierda se magnetizan como polos sur, mientras que los de la tapa derecha toman una polaridad de polo norte.

Los polos del estator del motor están configurados en pares para la excitación eléctrica. Específicamente, las bobinas de los polos 1, 3, 5 y 7 están conectadas en serie para formar la fase A, mientras que las bobinas de los polos 2, 4, 6 y 8 están conectadas en serie para constituir la fase B. Cuando la fase A se energiza con corriente positiva, los polos 1 y 5 del estator se convierten en polos sur, y los polos 3 y 7 se transforman en polos norte.

La rotación del motor se controla con precisión a través de una secuencia específica de energización de fases. Cuando la fase A se desenergiza y la fase B se activa, el rotor gira por un ángulo de paso completo de 1.8° en dirección contraria a las agujas del reloj. Invertir el flujo de corriente a la fase A (energizarla negativamente) hace que el rotor avance un adicional de 1.8° en la misma dirección contraria a las agujas del reloj. Para la rotación continua, la fase B debe ser energizada negativamente. Así, para lograr una rotación en sentido antihorario, las fases se energizan en la secuencia: +A, +B, -A, -B, +B, +A, y así sucesivamente. Por el contrario, la rotación en sentido horario se logra siguiendo la secuencia +A, -B, +B, +A, y repitiendo este ciclo.

Ventajas principales

Una de las características más notables del motor paso a paso híbrido es su capacidad para mantener su posición incluso cuando se retira la energía. Este fenómeno ocurre porque el imán permanente genera un par de detención, que mantiene el rotor en su lugar. Otras ventajas significativas incluyen:

• Resolución fina: Su longitud de paso más pequeña permite una posición muy precisa, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren exactitud.

• Alta salida de par: El motor puede generar un par sustancial, permitiéndole mover cargas pesadas de manera efectiva.

• Estabilidad sin energía: Incluso con bobinados desenergizados, el par de detención asegura que el rotor permanezca estacionario.

• Eficiencia óptima a baja velocidad: Funciona con alta eficiencia a velocidades más bajas, ideal para aplicaciones donde se necesita un movimiento lento y controlado.

• Operación suave: Una tasa de paso más baja contribuye a un movimiento más suave, reduciendo vibraciones y ruido.

Limitaciones

A pesar de sus muchas fortalezas, el motor paso a paso híbrido tiene varias desventajas:

• Mayor inercia: El diseño del motor resulta en un aumento de la inercia, lo que puede ralentizar la aceleración y limitar su respuesta a cambios rápidos en los comandos de movimiento.

• Peso aumentado: La presencia del imán del rotor añade a la masa total del motor, lo que puede suponer un desafío en aplicaciones sensibles al peso.

• Sensibilidad magnética: Cualquier fluctuación en la fuerza magnética del imán permanente puede afectar significativamente el rendimiento del motor, llevando a una operación inconsistente.

• Consideraciones de coste: En comparación con los motores de reluctancia variable, los motores paso a paso híbridos generalmente vienen con un precio más alto, lo que puede aumentar el coste total de los proyectos que los utilizan.

En resumen, el motor paso a paso híbrido ofrece una combinación única de ventajas y limitaciones. Comprender estas características es esencial para seleccionar el motor más apropiado para aplicaciones específicas en los campos de automatización, robótica y control de precisión.