Moteur pas à pas hybride

Signification et fonctionnement du moteur pas à pas hybride

Le terme « Hybride » désigne une combinaison ou un mélange. Un Moteur Pas à Pas Hybride intègre les caractéristiques d'un Moteur Pas à Pas à Réductance Variable et d'un Moteur Pas à Pas à Aimant Permanent. Au cœur du rotor, un aimant axial permanent est incorporé. Cet aimant est magnétisé pour générer une paire de pôles, à savoir les pôles Nord (N) et Sud (S), comme illustré dans la figure ci-dessous：

Des couvercles sont installés aux deux extrémités de l'aimant axial. Ces couvercles présentent un nombre égal de dents qui sont magnétisées par l'aimant. La vue en coupe des deux couvercles du rotor est présentée ci-dessous:

Le stator est équipé de 8 pôles, chacun ayant une bobine et S dents. En total, il y a 40 dents sur le stator. Chaque couvercle du rotor a 50 dents. Étant donné que le nombre de dents sur le stator et le rotor est respectivement de 40 et 50, l'angle de pas peut être exprimé comme suit:

Mécanique de fonctionnement

Dans un moteur pas à pas hybride, les dents du rotor s'alignent initialement parfaitement avec celles du stator. Cependant, les dents des deux couvercles du rotor sont décalées l'une par rapport à l'autre de moitié de la longueur de pas. En raison de la magnétisation axiale de l'aimant permanent central, les dents du couvercle gauche sont magnétisées comme des pôles sud, tandis que celles du couvercle droit prennent une polarité de pôle nord.

Les pôles du stator du moteur sont configurés en paires pour l'excitation électrique. Plus précisément, les bobines sur les pôles 1, 3, 5 et 7 sont connectées en série pour former la phase A, tandis que les bobines sur les pôles 2, 4, 6 et 8 sont reliées en série pour constituer la phase B. Lorsque la phase A est alimentée avec un courant positif, les pôles 1 et 5 du stator deviennent des pôles sud, et les pôles 3 et 7 se transforment en pôles nord.

La rotation du moteur est contrôlée de manière précise par une séquence spécifique d'excitation des phases. Lorsque la phase A est désalimentée et que la phase B est activée, le rotor tourne d'un angle de pas complet de 1,8° dans le sens antihoraire. Inverser le flux de courant vers la phase A (l'alimenter négativement) fait avancer le rotor d'un supplémentaire 1,8° dans le même sens antihoraire. Pour une rotation continue, la phase B doit ensuite être alimentée négativement. Ainsi, pour obtenir une rotation antihoraire, les phases sont alimentées dans la séquence : +A, +B, -A, -B, +B, +A, et ainsi de suite. Inversement, la rotation horaire est obtenue en suivant la séquence +A, -B, +B, +A, et en répétant ce cycle.

Avantages clés

L'un des avantages les plus notables du moteur pas à pas hybride est sa capacité à maintenir sa position même lorsque l'alimentation est coupée. Ce phénomène se produit car l'aimant permanent génère un couple de détente, qui maintient le rotor en place. D'autres avantages significatifs incluent :

• Résolution fine : Sa longueur de pas plus petite permet un positionnement très précis, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant une grande précision.

• Puissance de couple élevée : Le moteur peut générer un couple important, lui permettant de piloter efficacement des charges lourdes.

• Stabilité hors tension : Même avec des enroulements non alimentés, le couple de détente assure que le rotor reste immobile.

• Efficacité optimale à basse vitesse : Il fonctionne avec une haute efficacité à des vitesses inférieures, idéal pour les applications nécessitant un mouvement lent et contrôlé.

• Fonctionnement fluide : Un taux de pas plus faible contribue à un mouvement plus fluide, réduisant les vibrations et le bruit.

Limites

Malgré ses nombreux atouts, le moteur pas à pas hybride présente plusieurs inconvénients :

• Inertie supérieure : La conception du moteur entraîne une inertie accrue, qui peut ralentir l'accélération et limiter sa réactivité aux changements rapides des commandes de mouvement.

• Poids accru : La présence de l'aimant du rotor ajoute au poids total du moteur, ce qui peut poser des défis dans les applications sensibles au poids.

• Sensibilité magnétique : Toute fluctuation de la force magnétique de l'aimant permanent peut affecter considérablement les performances du moteur, conduisant à un fonctionnement incohérent.

• Considérations de coût : Comparé aux moteurs à réductance variable, les moteurs pas à pas hybrides ont généralement un prix plus élevé, ce qui peut augmenter le coût global des projets qui les utilisent.

En résumé, le moteur pas à pas hybride offre une combinaison unique d'avantages et de limites. Comprendre ces caractéristiques est essentiel pour sélectionner le moteur le plus approprié pour des applications spécifiques dans les domaines de l'automatisation, de la robotique et du contrôle de précision.