Hybride stappenmotor

Begrip en werking van de hybride stappelmotor

De term "Hybride" duidt op een combinatie of mengsel. Een Hybride Stappelmotor integreert de kenmerken van zowel de Variabele Reluctantie Stappelmotor als de Permanente Magnetische Stappelmotor. In het hart van de rotor is een axiale permanente magneet geïntegreerd. Deze magneet is gemagnetiseerd om een paar polen te genereren, namelijk de Noord- (N) en Zuidpool (S), zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding：

Eindkappen zijn geïnstalleerd aan beide uiteinden van de axiale magneet. Deze eindkappen hebben een gelijk aantal tanden die door de magneet worden gemagnetiseerd. De doorsnede van de twee eindkappen van de rotor wordt hieronder getoond:

De stator is uitgerust met 8 polen, elk met een spoel en S aantal tanden. In totaal zijn er 40 tanden op de stator. Elke eindkap van de rotor heeft 50 tanden. Aangezien het aantal tanden op de stator en rotor respectievelijk 40 en 50 is, kan de stapshoek als volgt worden uitgedrukt:

Werking

In een hybride stappelmotor staan de rotortanden eerst perfect in lijn met die van de stator. De tanden op de twee eindkappen van de rotor zijn echter ten opzichte van elkaar verschoven over een halve poolafstand. Door de axiale magnetisatie van de centrale permanente magneet worden de tanden op de linkereindkap gemagnetiseerd als zuiderpolen, terwijl die op de rechtseindkap een noorderpool polariteit krijgen.

De statorpolen van de motor zijn in paren geconfigureerd voor elektrische opwekking. Specifiek gezegd, de spullen op polen 1, 3, 5 en 7 zijn in serie verbonden om fase A te vormen, terwijl de spullen op polen 2, 4, 6 en 8 in serie zijn verbonden om fase B te vormen. Wanneer fase A wordt opgewekt met een positieve stroom, worden statorpolen 1 en 5 zuiderpolen, en polen 3 en 7 noorderpolen.

De rotatie van de motor wordt precies geregeld door een specifieke sequentie van faseopwekking. Wanneer fase A wordt gedempt en fase B wordt geactiveerd, roteert de rotor over een volledige stapshoek van 1,8° in de tegenwijzerzin. Het omdraaien van de stroom naar fase A (positief opwekken) doet de rotor een extra 1,8° in dezelfde richting draaien. Voor continue rotatie moet fase B dan negatief worden opgewekt. Dus, om rotatie in de tegenwijzerzin te bereiken, worden de fasen opgewekt in de volgorde: +A, +B, -A, -B, +B, +A, enzovoort. Omgekeerd, wordt wijzerzinrotatie bereikt door de volgorde +A, -B, +B, +A te volgen en deze cyclus te herhalen.

Belangrijke Voordelen

Een van de meest opvallende kenmerken van de hybride stappelmotor is de mogelijkheid om zijn positie te behouden zelfs wanneer de stroom wordt afgesloten. Dit fenomeen treedt op omdat de permanente magneet een detent-torque genereert, waardoor de rotor op zijn plaats blijft. Andere belangrijke voordelen zijn:

• Fijne resolutie: De kleinere staplengte stelt zeer nauwkeurige posities in, wat het geschikt maakt voor toepassingen die precisie vereisen.

• Hoge krachtuitvoer: De motor kan aanzienlijke kracht genereren, waardoor hij effectief zware lasten kan aandrijven.

• Stabiliteit bij stroomafsluiting: Zelfs met gedempte windings zorgt de detent-torque ervoor dat de rotor stationair blijft.

• Optimale efficiëntie bij lage snelheden: Hij werkt met hoge efficiëntie bij lagere snelheden, ideaal voor toepassingen waar langzame, gecontroleerde bewegingen nodig zijn.

• Vlotte werking: Een lagere stapfrequentie draagt bij aan vlottere beweging, wat trillingen en geluid vermindert.

Beperkingen

Ondanks vele sterke punten heeft de hybride stappelmotor enkele nadelen:

• Hoger traagheidsmoment: Het ontwerp van de motor leidt tot een verhoogd traagheidsmoment, wat de versnelling kan vertragen en de responsiviteit op snelle veranderingen in bewegingscommando's kan beperken.

• Verhoogd gewicht: De aanwezigheid van de rotormagneet draagt bij aan het totale gewicht van de motor, wat uitdagingen kan opleveren in toepassingen die gevoelig zijn voor gewicht.

• Magnetische gevoeligheid: Fluctuaties in de magnetische sterkte van de permanente magneet kunnen de prestaties van de motor aanzienlijk beïnvloeden, wat kan leiden tot onconstante werking.

• Kostenoverwegingen: In vergelijking met variabele reluctantiemotoren, komen hybride stappelmotoren over het algemeen met een hogere prijskaart, wat de totale kosten van projecten kan verhogen die ze gebruiken.

Samenvattend biedt de hybride stappelmotor een unieke combinatie van voordelen en beperkingen. Het begrijpen van deze kenmerken is essentieel voor het selecteren van de meest geschikte motor voor specifieke toepassingen in de automatisering, robotica en precisiecontrole.