موتور پله‌ای هیبریدی
معنی و عملکرد موتور پله‌ای هیبریدی
اصطلاح «هیبرید» به ترکیب یا مخلوط اشاره دارد. موتور پله‌ای هیبریدی ویژگی‌های هر دو نوع موتور پله‌ای متغیر مقاومت و موتور پله‌ای مغناطیس دائم را در خود جمع‌آوری می‌کند. در مرکز روتور، یک مغناطیس دائم محوری قرار دارد. این مغناطیس به گونه‌ای مغناطیس‌شده است که یک جفت قطب، یعنی قطب شمال (N) و قطب جنوب (S) را ایجاد می‌کند، مانند آنچه در شکل زیر نمایش داده شده است:
در هر دو سر مغناطیس محوری، کلاهک‌های پایانی نصب شده‌اند. این کلاهک‌ها دارای تعداد مساوی دندانه‌هایی هستند که توسط مغناطیس مغناطیس‌شده‌اند. برش مقطعی دو کلاهک پایانی روتور در زیر نمایش داده شده است:
استاتور دارای ۸ قطب است، هر یک با یک سیم‌پیچ و S عدد دندانه. در مجموع، ۴۰ دندانه روی استاتور وجود دارد. هر کلاهک پایانی روتور ۵۰ دندانه دارد. با توجه به اینکه تعداد دندانه‌های استاتور و روتور به ترتیب ۴۰ و ۵۰ است، زاویه پله به صورت زیر بیان می‌شود:
مکانیزم عملکرد
در موتور پله‌ای هیبریدی، دندانه‌های روتور ابتدا به طور کامل با دندانه‌های استاتور همسو می‌شوند. با این حال، دندانه‌های دو کلاهک پایانی روتور از یکدیگر به اندازه نیمی از فاصله قطبی جابجا شده‌اند. به دلیل مغناطیس‌شدن محوری مغناطیس دائم مرکزی، دندانه‌های کلاهک پایانی سمت چپ به عنوان قطب‌های جنوبی مغناطیس‌شده‌اند، در حالی که دندانه‌های کلاهک پایانی سمت راست قطب‌های شمالی می‌شوند.
قطب‌های استاتور موتور 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 ۱ و ۵ استاتور به قطب‌های جنوبی تبدیل می‌شوند و قطب‌های ۳ و ۷ به قطب‌های شمالی تبدیل می‌شوند.
چرخش موتور با یک توالی خاص از تحریک فاز‌ها به طور دقیق کنترل می‌شود. وقتی فاز A غیرفعال شده و فاز B فعال می‌شود، روتور با زاویه پله کامل ۱.۸ درجه در جهت ضد ساعت می‌چرخد. معکوس کردن جریان به فاز A (فعال کردن آن به صورت منفی) باعث می‌شود روتور ۱.۸ درجه دیگر در همان جهت ضد ساعت پیش برود. برای چرخش مداوم، فاز B باید به صورت منفی تحریک شود. بنابراین، برای چرخش در جهت ضد ساعت، فاز‌ها باید به ترتیب +A، +B، -A، -B، +B، +A و غیره تحریک شوند. به عبارت دیگر، چرخش ساعتگرد با دنبال کردن ترتیب +A، -B، +B، +A و تکرار این چرخه انجام می‌شود.
مزایای مهم
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های موتور پله‌ای هیبریدی توانایی حفظ موقعیت حتی زمانی که تغذیه برق قطع می‌شود است. این پدیده به دلیل ایجاد گشتاور گیر توسط مغناطیس دائمی اتفاق می‌افتد که روتور را در جای خود نگه می‌دارد. مزایای دیگر شامل موارد زیر است:
دقت بالا: طول پله کوچک‌تر آن به موقعیت‌گیری بسیار دقیق اجازه می‌دهد که آن را برای کاربردهای نیازمند دقت مناسب کند.
خروجی گشتاور بالا: موتور می‌تواند گشتاور قابل توجهی ایجاد کند که به آن اجازه می‌دهد بارهای سنگین را مؤثرانه حرکت دهد.
پایداری در حالت قطع برق: حتی با عدم تغذیه سیم‌پیچ‌ها، گشتاور گیر اطمینان می‌دهد که روتور ثابت بماند.
کارایی بهینه در سرعت‌های پایین: آن در سرعت‌های پایین با کارایی بالا عمل می‌کند که برای کاربردهایی که نیاز به حرکت آهسته و کنترل‌شده دارند مناسب است.
عملکرد هموار: نرخ پله‌گیری پایین‌تر به حرکت هموارتر کمک می‌کند و ارتعاشات و سر و صدای تولید شده را کاهش می‌دهد.
محدودیت‌ها
با وجود مزایای زیاد، موتور پله‌ای هیبریدی چندین محدودیت دارد:
اینرسی بالاتر: طراحی موتور منجر به افزایش اینرسی می‌شود که می‌تواند شتاب را کاهش دهد و پاسخگویی آن به تغییرات سریع دستورات حرکتی را محدود کند.
وزن بالاتر: وجود مغناطیس روتور وزن کل موتور را افزایش می‌دهد که ممکن است در کاربردهای حساس به وزن چالش‌برانگیز باشد.
حساسیت مغناطیسی: هر تغییر در قدرت مغناطیسی مغناطیس دائم می‌تواند عملکرد موتور را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهد و منجر به عملکرد نامتجانس شود.
اعتبارات: در مقایسه با موتورهای پله‌ای متغیر مقاومت، 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 ترکیب منحصر به فردی از مزایا و محدودیت‌ها را ارائه می‌دهد. درک این ویژگی‌ها برای انتخاب موتور مناسب برای کاربردهای خاص در زمینه‌های خودکارسازی، رباتیک و کنترل دقیق ضروری است.
