Motor bước lai

Ý nghĩa và Cơ chế hoạt động của Động cơ Bước Hybrid

Thuật ngữ "Hybrid" chỉ sự kết hợp hoặc pha trộn. Động cơ Bước Hybrid tích hợp các đặc tính của cả Động cơ Bước biến thiên từ và Động cơ Bước nam châm vĩnh cửu. Ở lõi của rotor, một nam châm vĩnh cửu theo trục được gắn vào. Nam châm này được từ hóa để tạo ra một cặp cực, cụ thể là cực Bắc (N) và cực Nam (S), như được minh họa trong hình dưới đây：

Các nắp cuối được lắp ở cả hai đầu của nam châm theo trục. Các nắp cuối này có số răng bằng nhau và được từ hóa bởi nam châm. Hình cắt ngang của hai nắp cuối của rotor được trình bày dưới đây:

Stator được trang bị 8 cực, mỗi cực có một cuộn dây và S số răng. Tổng cộng, có 40 răng trên stator. Mỗi nắp cuối của rotor có 50 răng. Do số răng trên stator và rotor lần lượt là 40 và 50, góc bước có thể được biểu diễn như sau:

Cơ chế Hoạt động

Trong động cơ bước hybrid, răng của rotor ban đầu hoàn toàn đồng nhất với những răng của stator. Tuy nhiên, các răng trên hai nắp cuối của rotor được lệch nhau một nửa khoảng cách giữa các cực. Do từ hóa theo trục của nam châm vĩnh cửu ở giữa, các răng trên nắp cuối bên trái được từ hóa thành cực nam, trong khi các răng trên nắp cuối bên phải mang cực bắc.

Các cực của stator được cấu hình thành cặp để kích thích điện. Cụ thể, các cuộn dây trên cực 1, 3, 5 và 7 được nối tiếp để tạo thành pha A, trong khi các cuộn dây trên cực 2, 4, 6 và 8 được nối tiếp để tạo thành pha B. Khi pha A được cấp điện dương, các cực stator 1 và 5 trở thành cực nam, và các cực 3 và 7 chuyển thành cực bắc.

Chuyển động của động cơ được điều khiển chính xác thông qua một chuỗi cụ thể của việc kích thích pha. Khi pha A được tắt và pha B được kích hoạt, rotor quay một góc bước đầy đủ là 1.8° theo chiều ngược kim đồng hồ. Khi đảo chiều dòng điện đến pha A (kích hoạt nó bằng dòng điện âm), rotor di chuyển thêm 1.8° theo cùng chiều ngược kim đồng hồ. Để quay liên tục, pha B phải được kích hoạt bằng dòng điện âm. Do đó, để đạt được chuyển động theo chiều ngược kim đồng hồ, các pha được kích hoạt theo thứ tự: +A, +B, -A, -B, +B, +A, và cứ thế. Ngược lại, chuyển động theo chiều kim đồng hồ được thực hiện bằng cách theo thứ tự +A, -B, +B, +A và lặp lại chu kỳ này.

Ưu điểm Chính

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của động cơ bước hybrid là khả năng duy trì vị trí ngay cả khi nguồn điện bị ngắt. Hiện tượng này xảy ra vì nam châm vĩnh cửu tạo ra lực giữ, giúp giữ rotor tại chỗ. Các ưu điểm khác bao gồm:

• Độ phân giải tinh vi: Độ dài bước nhỏ hơn cho phép định vị chính xác, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

• Lực kéo lớn: Động cơ có thể tạo ra lực kéo đáng kể, cho phép nó điều khiển tải nặng hiệu quả.

• Ổn định khi tắt nguồn: Ngay cả khi cuộn dây không được kích hoạt, lực giữ đảm bảo rotor vẫn đứng yên.

• Hiệu suất tối ưu ở tốc độ thấp: Nó hoạt động với hiệu suất cao ở tốc độ thấp, lý tưởng cho các ứng dụng cần chuyển động chậm và kiểm soát.

• Hoạt động mượt mà: Tốc độ bước thấp góp phần vào chuyển động mượt mà, giảm rung động và tiếng ồn.

Hạn chế

Dù có nhiều ưu điểm, động cơ bước hybrid cũng có một số nhược điểm:

• Khối lượng quán tính cao: Thiết kế của động cơ dẫn đến khối lượng quán tính tăng, làm chậm quá trình gia tốc và hạn chế khả năng phản ứng nhanh với các thay đổi đột ngột trong lệnh chuyển động.

• Trọng lượng tăng: Sự tồn tại của nam châm rotor làm tăng trọng lượng tổng thể của động cơ, có thể gây khó khăn trong các ứng dụng nhạy cảm về trọng lượng.

• Nhạy cảm với từ trường: Bất kỳ sự dao động nào trong cường độ từ trường của nam châm vĩnh cửu đều có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của động cơ, dẫn đến hoạt động không ổn định.

• Cân nhắc về chi phí: So với động cơ bước biến thiên từ, động cơ bước hybrid thường có giá cao hơn, làm tăng tổng chi phí của các dự án sử dụng chúng.

Tóm lại, động cơ bước hybrid cung cấp một sự kết hợp độc đáo của ưu điểm và hạn chế. Hiểu rõ các đặc tính này là rất quan trọng để chọn lựa động cơ phù hợp nhất cho các ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực tự động hóa, robot và điều khiển chính xác.