موتور پله‌ای هیبریدی
هیبرید موتور پله‌ای و نحوه عملکرد آن
اصطلاح "هیبرید" به ترکیب یا مخلوط اشاره دارد. موتور پله‌ای هیبریدی خصوصیات هر دو نوع موتور پله‌ای متغیر ناپذیری و موتور پله‌ای مغناطیس دائمی را در خود جمع‌آوری می‌کند. در مرکز روتور، یک مغناطیس دائمی محوری قرار داده شده است. این مغناطیس برای ایجاد یک جفت قطب، یعنی قطب شمال (N) و قطب جنوب (S)، مغناطیس‌گیری شده است، همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده است:
در هر دو سر مغناطیس محوری، کلاهک‌هایی نصب شده‌اند. این کلاهک‌ها تعداد برابری دندانه دارند که توسط مغناطیس مغناطیس‌گیری می‌شوند. نمای مقطعی دو کلاهک انتهایی روتور در زیر آمده است:
استاتور با ۸ قطب مجهز شده است که هر یک یک سیم‌پیچ و S عدد دندانه دارد. در مجموع، ۴۰ دندانه روی استاتور وجود دارد. هر کلاهک انتهایی روتور ۵۰ دندانه دارد. با توجه به اینکه تعداد دندانه‌های استاتور و روتور به ترتیب ۴۰ و ۵۰ است، زاویه گام به صورت زیر بیان می‌شود:
مکانیک عملیاتی
در موتور پله‌ای هیبریدی، دندانه‌های روتور در ابتدا با دندانه‌های استاتور کاملاً منطبق می‌شوند. با این حال، دندانه‌های دو کلاهک انتهایی روتور از یکدیگر با نیمی از فاصله قطبی اختلاف دارند. به دلیل مغناطیس‌گیری محوری مغناطیس دائمی مرکزی، دندانه‌های کلاهک سمت چپ به عنوان قطب‌های جنوبی مغناطیس‌گیری می‌شوند، در حالی که دندانه‌های کلاهک سمت راست قطب‌های شمالی می‌شوند.
قطب‌های استاتور به صورت جفت‌هایی برای تحریک الکتریکی تنظیم شده‌اند. به طور خاص، سیم‌پیچ‌های قطب‌های ۱، ۳، ۵ و ۷ به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند تا فاز A را تشکیل دهند، در حالی که سیم‌پیچ‌های قطب‌های ۲، ۴، ۶ و ۸ به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند تا فاز B را تشکیل دهند. وقتی فاز A با جریان مثبت تحریک می‌شود، قطب‌های استاتور ۱ و ۵ به قطب‌های جنوبی و قطب‌های ۳ و ۷ به قطب‌های شمالی تبدیل می‌شوند.
چرخش موتور با یک توالی مشخص از تحریک فاز‌ها به صورت دقیق کنترل می‌شود. وقتی فاز A غیرفعال شده و فاز B فعال می‌شود، روتور با زاویه گام کامل ۱٫۸ درجه در جهت عقربه‌های ساعت چرخانده می‌شود. برگرداندن جهت جریان به فاز A (فعال کردن آن به صورت منفی) باعث می‌شود روتور یک گام اضافی ۱٫۸ درجه در همان جهت عقربه‌های ساعت پیش برود. برای چرخش مداوم، فاز B باید به صورت منفی تحریک شود. بنابراین، برای دستیابی به چرخش در جهت عقربه‌های ساعت، فاز‌ها به ترتیب +A، +B، -A، -B، +B، +A و غیره تحریک می‌شوند. برعکس، چرخش در جهت عقربه‌های ساعت با دنبال کردن ترتیب +A، -B، +B، +A و تکرار این چرخه حاصل می‌شود.
مزایای کلیدی
یکی از ویژگی‌های برجسته موتور پله‌ای هیبریدی این است که قادر به حفظ موقعیت خود حتی در صورت قطع برق است. این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که مغناطیس دائمی یک گشتاور دستگیری ایجاد می‌کند که روتور را در جای خود نگه می‌دارد. مزایای دیگر مهم شامل موارد زیر است:
دقت بالا: طول گام کوچک‌تر آن امکان موقعیت‌یابی بسیار دقیق را فراهم می‌کند و آن را برای کاربردهایی که دقت لازم است مناسب می‌کند.
توان خروجی بالا: موتور می‌تواند توان خروجی قابل توجهی ایجاد کند که به آن اجازه می‌دهد بارهای سنگین را موثرانه حرکت دهد.
پایداری در حالت بی‌قدرت: حتی با وجود سیم‌پیچ‌های غیرفعال، گشتاور دستگیری مطمئن می‌کند که روتور ثابت بماند.
کارایی بالا در سرعت‌های پایین: در سرعت‌های پایین با کارایی بالا عمل می‌کند که برای کاربردهایی که حرکت آهسته و کنترل شده مورد نیاز است مناسب است.
عملکرد صاف: نرخ پله‌ای کمتر به حرکت صاف‌تر کمک می‌کند و ارتعاش و صدای ایجاد شده را کاهش می‌دهد.
محدودیت‌ها
با وجود مزایای زیادی که دارد، موتور پله‌ای هیبریدی چندین ضعف دارد:
جرم بالاتر: طراحی موتور باعث افزایش جرم می‌شود که می‌تواند شتاب را کاهش دهد و پاسخگویی آن را به تغییرات سریع دستورات حرکتی محدود کند.
وزن بالاتر: حضور مغناطیس روتور به جرم کلی موتور اضافه می‌کند که ممکن است در کاربردهای حساس به وزن چالش‌برانگیز باشد.
حساسیت مغناطیسی: هر تغییر در قدرت مغناطیسی مغناطیس دائمی می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد موتور را تحت تاثیر قرار دهد و باعث عملکرد نامتجانس شود.
اعتبارات: در مقایسه با موتورهای پله‌ای متغیر ناپذیری، موتورهای پله‌ای هیبریدی معمولاً با قیمت بالاتری همراه هستند که می‌تواند هزینه کلی پروژه‌هایی که از آنها استفاده می‌کنند را افزایش دهد.
به طور خلاصه، موتور پله‌ای هیبریدی ترکیبی منحصر به فرد از مزایا و محدودیت‌ها را ارائه می‌دهد. درک این خصوصیات برای انتخاب موتور مناسب برای کاربردهای خاص در زمینه‌های خودکارسازی، رباتیک و کنترل دقیق ضروری است.
