Motore passo-passo ibrido

Significato e funzionamento del motore passo-passo ibrido

Il termine "ibrido" indica una combinazione o miscela. Un Motore Passo-Passo Ibrido integra le caratteristiche sia del Motore Passo-Passo a Riluttanza Variabile che del Motore Passo-Passo a Magnete Permanente. Al centro del rotore è incorporato un magnete permanente assiale. Questo magnete è magnetizzato per generare un paio di poli, noti come polo Nord (N) e polo Sud (S), come illustrato nella figura sottostante：

Le estremità del magnete assiale sono dotate di cappucci. Questi cappucci presentano un numero uguale di denti che vengono magnetizzati dal magnete. La vista in sezione dei due cappucci dell'asse del rotore è presentata di seguito:

Lo statore è dotato di 8 poli, ciascuno con una bobina e S numeri di denti. In totale, ci sono 40 denti sullo statore. Ogni cappuccio del rotore ha 50 denti. Dato che il numero di denti sullo statore e sul rotore è rispettivamente 40 e 50, l'angolo di passo può essere espresso come segue:

Meccanica di funzionamento

In un motore passo-passo ibrido, i denti del rotore si allineano inizialmente perfettamente con quelli dello statore. Tuttavia, i denti sui due cappucci del rotore sono sfasati tra loro di metà della lunghezza del polo. A causa della magnetizzazione assiale del magnete permanente centrale, i denti sul cappuccio sinistro sono magnetizzati come poli sud, mentre quelli sul cappuccio destro assumono una polarità nord.

I poli dello statore del motore sono configurati in coppie per l'eccitazione elettrica. Specificamente, le bobine sui poli 1, 3, 5 e 7 sono connesse in serie per formare la fase A, mentre le bobine sui poli 2, 4, 6 e 8 sono collegate in serie per costituire la fase B. Quando la fase A viene eccitata con una corrente positiva, i poli 1 e 5 dello statore diventano poli sud, e i poli 3 e 7 si trasformano in poli nord.

La rotazione del motore è controllata con precisione attraverso una sequenza specifica di eccitazione delle fasi. Quando la fase A viene de-eccitata e la fase B attivata, il rotore ruota di un angolo di passo completo di 1,8° in senso antiorario. L'inversione del flusso di corrente alla fase A (eccitandola negativamente) fa avanzare il rotore di un ulteriore 1,8° nello stesso senso antiorario. Per una rotazione continua, la fase B deve poi essere eccitata negativamente. Pertanto, per ottenere una rotazione antioraria, le fasi vengono eccitate nella sequenza: +A, +B, -A, -B, +B, +A, e così via. Viceversa, la rotazione oraria viene ottenuta seguendo la sequenza +A, -B, +B, +A, e ripetendo questo ciclo.

Vantaggi chiave

Uno dei tratti più notevoli del motore passo-passo ibrido è la sua capacità di mantenere la posizione anche quando l'alimentazione viene rimossa. Questo fenomeno avviene perché il magnete permanente genera un momento di detenzione, che mantiene il rotore al suo posto. Altri vantaggi significativi includono:

• Risoluzione fine: la sua lunghezza di passo ridotta consente una posizionamento altamente preciso, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono accuratezza.

• Alto output di coppia: il motore può generare una coppia sostanziale, permettendogli di guidare carichi pesanti in modo efficace.

• Stabilità a potenza spenta: anche con gli avvolgimenti de-eccitati, il momento di detenzione garantisce che il rotore rimanga fermo.

• Efficienza ottimale a bassa velocità: opera con alta efficienza a velocità inferiori, ideale per applicazioni in cui è necessario un movimento lento e controllato.

• Operazione liscia: un tasso di passo inferiore contribuisce a un movimento più fluido, riducendo vibrazioni e rumore.

Limitazioni

Nonostante i suoi numerosi punti di forza, il motore passo-passo ibrido presenta diversi svantaggi:

• Inerzia maggiore: la progettazione del motore comporta un aumento dell'inerzia, che può rallentare l'accelerazione e limitare la sua reattività a cambiamenti rapidi nei comandi di movimento.

• Peso aumentato: la presenza del magnete del rotore aggiunge massa complessiva al motore, il che può rappresentare una sfida nelle applicazioni sensibili al peso.

• Sensibilità magnetica: qualsiasi fluttuazione nella forza magnetica del magnete permanente può influire significativamente sulle prestazioni del motore, portando a un funzionamento inconsistente.

• Considerazioni economiche: rispetto ai motori a riluttanza variabile, i motori passo-passo ibridi generalmente hanno un costo superiore, il che può aumentare il costo complessivo dei progetti che li utilizzano.

In sintesi, il motore passo-passo ibrido offre una combinazione unica di vantaggi e limitazioni. Comprendere queste caratteristiche è essenziale per selezionare il motore più appropriato per applicazioni specifiche nei campi dell'automazione, della robotica e del controllo di precisione.