Гібридний кроковий двигун

Значення та принцип роботи гібридного шагового двигуна

Термін "гібридний" позначає поєднання або суміш. Гібридний шаговий двигун об'єднує характеристики як змінного релуктанського шагового двигуна, так і шагового двигуна з постійним магнітом. У центрі ротора вбудовано осьовий постійний магніт. Цей магніт намагнічуваний для створення пари полюсів, а саме північного (N) та південного (S) полюсів, як показано на нижньому малюнку：

На обох кінцях осьового магніту встановлені заглушення. Ці заглушення мають однакову кількість зубців, які намагнічуються магнітом. Переріз двох заглушень ротора представлений нижче:

Статор оснащений 8-ма полюсами, кожен з яких має катушку та S число зубців. Всього на статорі є 40 зубців. Кожне заглушення ротора має 50 зубців. враховуючи, що кількість зубців на статорі та роторі становить 40 та 50 відповідно, кроковий кут можна виразити наступним чином:

Механіка роботи

У гібридному шаговому двигуні зубці ротора спочатку досконало вирівнюються з зубцями статора. Однак, зубці на двох заглушенні ротора зміщені один від одного на половину довжини полюсу. Завдяки осьовій намагниченості центрального постійного магніта, зубці на лівому заглушення намагнічені як південні полюси, а зубці на правому заглушення набувають полярності північного полюса.

Полюси статора двигуна сконфігуровані парами для електричного захоплення. Конкретно, катушки на полюсах 1, 3, 5 та 7 з'єднані послідовно для формування фази A, а катушки на полюсах 2, 4, 6 та 8 з'єднані послідовно для утворення фази B. Коли фаза A захоплюється позитивним струмом, статорні полюси 1 та 5 стають південними полюсами, а полюси 3 та 7 перетворюються на північні полюси.

Обертання двигуна точно контролюється через певну послідовність захоплення фаз. Коли фаза A розряджується, а фаза B активується, ротор обертається на повний кроковий кут 1.8° проти годинникової стрілки. Обернення напряму струму до фази A (захоплення її негативно) призводить до того, що ротор продовжує обертатися на додаткові 1.8° в тому ж напрямку проти годинникової стрілки. Для безперервного обертання фаза B повинна бути негативно захоплена. Таким чином, для досягнення обертання проти годинникової стрілки, фази захоплюються в послідовності: +A, +B, -A, -B, +B, +A, і так далі. Навпаки, обертання за годинниковою стрілкою досягається шляхом дотримання послідовності +A, -B, +B, +A, і повторення циклу.

Основні переваги

Однією з найбільш помітних характеристик гібридного шагового двигуна є його здатність утримувати своє положення навіть при відсутності живлення. Це явище відбувається завдяки тому, що постійний магніт генерує торсійний момент, який тримає ротор на місці. Інші значні переваги включають:

• Детальна роздільність: Його менший крок дозволяє надзвичайно точне позиціонування, що робить його придатним для застосувань, які потребують точності.

• Високий вихідний момент: Двигун може генерувати суттєвий момент, що дозволяє йому ефективно приводити важкі навантаження.

• Стабільність при відключені: Навіть з розрядженими обмотками, торсійний момент забезпечує, що ротор залишається нерухомим.

• Оптимальна ефективність при низьких швидкостях: Він працює з високою ефективністю при нижчих швидкостях, що ідеально для застосувань, де потрібний повільний, керований рух.

• Гладке функціонування: Нижча частота кроків сприяє гладкому русі, зменшуючи вібрації та шум.

Обмеження

Незважаючи на багато своїх переваг, гібридний шаговий двигун має кілька недоліків:

• Більша інерція: Конструкція двигуна призводить до збільшення інерції, що може замедлити прискорення та обмежити його реакцію на швидкі зміни команд руху.

• Збільшена маса: Наявність роторного магніту додає до загальної маси двигуна, що може створити проблеми у застосуваннях, чутливих до ваги.

• Чутливість до магнетизму: Будь-які коливання магнітної сили постійного магніту можуть значно вплинути на продуктивність двигуна, призводячи до неконсистентної роботи.

• Розрахунок вартості: Порівняно з двигунами змінного релуктансу, гібридні шагові двигуни, як правило, мають вищу ціну, що може збільшити загальну вартість проектів, які їх використовують.

У заключення, гібридний шаговий двигун пропонує унікальне поєднання переваг та обмежень. Розуміння цих характеристик є важливим для вибору найбільш відповідного двигуна для конкретних застосувань у сферах автоматизації, робототехніки та точного керування.