Гибридный шаговый двигатель

Значение и принцип работы гибридного шагового двигателя

Термин «гибридный» означает комбинацию или смесь. Гибридный шаговый двигатель объединяет характеристики как переменного релюктансного шагового двигателя, так и постоянного магнитного шагового двигателя. В сердцевине ротора встроен осевой постоянный магнит. Этот магнит намагничен таким образом, чтобы создать пару полюсов, а именно северный (N) и южный (S) полюсы, как показано на следующем рисунке：

На обоих концах осевого магнита установлены заглушки. Эти заглушки имеют равное количество зубцов, которые намагничиваются магнитом. Сечение двух заглушек ротора представлено ниже:

Статор оснащен 8 полюсами, каждый из которых имеет катушку и S количество зубцов. В общей сложности на статоре 40 зубцов. Каждая заглушка ротора имеет 50 зубцов. Учитывая, что количество зубцов на статоре и роторе составляет 40 и 50 соответственно, угол шага можно выразить следующим образом:

Механика работы

В гибридном шаговом двигателе зубцы ротора изначально идеально совпадают с зубцами статора. Однако зубцы на двух заглушках ротора смещены друг относительно друга на половину шага полюса. Из-за осевого намагничивания центрального постоянного магнита, зубцы на левой заглушке намагничиваются как южные полюсы, в то время как зубцы на правой заглушке приобретают полярность северных полюсов.

Полюса статора двигателя сконфигурированы парами для электрического возбуждения. Конкретно, катушки на полюсах 1, 3, 5 и 7 соединены последовательно, образуя фазу A, тогда как катушки на полюсах 2, 4, 6 и 8 соединены последовательно, образуя фазу B. Когда фаза A возбуждается положительным током, статорные полюса 1 и 5 становятся южными полюсами, а полюса 3 и 7 превращаются в северные полюсы.

Вращение двигателя точно контролируется посредством определенной последовательности возбуждения фаз. Когда фаза A деэнергизируется, а фаза B активируется, ротор поворачивается на полный угол шага 1,8° против часовой стрелки. Обратное направление тока к фазе A (ее отрицательное возбуждение) вызывает дополнительное вращение ротора на 1,8° в том же направлении. Для непрерывного вращения необходимо отрицательно возбудить фазу B. Таким образом, для достижения вращения против часовой стрелки фазы возбуждаются в последовательности: +A, +B, -A, -B, +B, +A и так далее. Напротив, вращение по часовой стрелке достигается путем следования последовательности +A, -B, +B, +A, и повторения этого цикла.

Ключевые преимущества

Одной из наиболее заметных особенностей гибридного шагового двигателя является его способность сохранять свое положение даже при отсутствии питания. Это происходит потому, что постоянный магнит генерирует удерживающий момент, который удерживает ротор на месте. Другие значительные преимущества включают:

• Высокое разрешение: Благодаря меньшей длине шага обеспечивается высокая точность позиционирования, что делает его подходящим для применений, требующих точности.

• Высокий крутящий момент: Двигатель может генерировать значительный крутящий момент, позволяя эффективно перемещать тяжелые нагрузки.

• Стабильность при отключенном питании: Даже при деэнергизированных обмотках удерживающий момент обеспечивает, что ротор остается неподвижным.

• Оптимальная эффективность при низкой скорости: Он работает с высокой эффективностью при низких скоростях, что идеально подходит для применений, где требуется медленное, контролируемое движение.

• Плавная работа: Низкая частота шагов способствует более плавному движению, снижая вибрации и шум.

Ограничения

Несмотря на множество преимуществ, гибридный шаговый двигатель имеет несколько недостатков:

• Большая инерция: Конструкция двигателя приводит к увеличению инерции, что замедляет ускорение и ограничивает его реактивность на быстрые изменения команд движения.

• Увеличенный вес: Наличие роторного магнита добавляет к общему весу двигателя, что может создавать проблемы в применениях, чувствительных к весу.

• Магнитная чувствительность: Любые колебания магнитной силы постоянного магнита могут значительно влиять на производительность двигателя, приводя к нестабильной работе.

• Расходы: По сравнению с двигателями переменного релюктанса, гибридные шаговые двигатели обычно имеют более высокую стоимость, что может увеличить общую стоимость проектов, использующих их.

В заключение, гибридный шаговый двигатель предлагает уникальное сочетание преимуществ и ограничений. Понимание этих характеристик важно для выбора наиболее подходящего двигателя для конкретных применений в областях автоматизации, робототехники и точного управления.