موتور پله ای مغناطیس دائمی

موتور قدمی مغناطیس دائم دارای ساختار استاتوری است که به شدت شبیه موتور پره‌ای متغیر تک لایه است. روتور آن که از فولاد با حفظ مغناطیس بالا ساخته شده و شکل استوانه‌ای دارد، شامل قطب‌های مغناطیس دائمی است. در استاتور، سیم‌پیچ‌های متمرکز که بر روی قطب‌های قطری قرار دارند به صورت سری به هم متصل شده و یک سیم‌پیچ دو فازی را تشکیل می‌دهند.

هم‌خط شدن قطب‌های روتور با دندانه‌های استاتور بستگی به تحریک سیم‌پیچ دارد. به عنوان مثال، دو سیم‌پیچ AA' به صورت سری به هم متصل شده تا یک سیم‌پیچ فاز A را تشکیل دهند. به طور مشابه، دو سیم‌پیچ BB' به صورت سری به هم متصل شده تا یک سیم‌پیچ فاز B را بسازند. نمودار زیر یک موتور قدمی مغناطیس دائم 4/2 قطبی را نشان می‌دهد و نمایی از ساختار و تنظیم سیم‌پیچ آن ارائه می‌دهد.

در شکل (a)، جریان از آغاز تا پایان فاز A جریان دارد. سیم‌پیچ فاز با A نشان داده شده و جریان با iA+ نشان داده می‌شود. این شکل وضعیتی را نشان می‌دهد که سیم‌پیچ فاز با جریان iA+ تحریک می‌شود. بنابراین، قطب جنوبی روتور توسط فاز A استاتور جذب می‌شود. در نتیجه، محورهای مغناطیسی استاتور و روتور کاملاً هم‌خط می‌شوند و اختلاف زاویه‌ای α=0° است.

به طور مشابه، در شکل (b)، جریان از آغاز تا پایان فاز B حرکت می‌کند. جریان با iB+ نشان داده می‌شود و سیم‌پیچ با B نشان داده می‌شود. در بررسی شکل (b) مشاهده می‌شود که سیم‌پیچ فاز A هیچ جریانی ندارد، در حالی که فاز B با جریان iB+ تحریک می‌شود. پس از آن، قطب استاتور قطب متناظر روتور را جذب می‌کند و روتور 90 درجه در جهت ساعتگرد می‌چرخد. در این مرحله، α=90° است.

شکل (c) وضعیتی را نشان می‌دهد که جریان از پایان به آغاز فاز A حرکت می‌کند. این جریان با iA− نشان داده می‌شود و سیم‌پیچ با A− نشان داده می‌شود. توجه داشته باشید که جریان iA− جهتی مخالف با iA+ دارد. در این حالت، سیم‌پیچ فاز B خنثی شده و سیم‌پیچ فاز A با جریان iA− تحریک می‌شود. در نتیجه، روتور 90 درجه دیگر در جهت ساعتگرد می‌چرخد و اختلاف زاویه‌ای به α=180° می‌رسد.

در شکل (d) فوق، جریان از پایان به نقطه آغاز فاز B حرکت می‌کند و با iB− نشان داده می‌شود و سیم‌پیچ مربوطه با B− نشان داده می‌شود. در این لحظه، فاز A خنثی شده و فاز B تحریک می‌شود. در نتیجه، روتور 90 درجه دیگر می‌چرخد و اختلاف زاویه‌ای α به 270° می‌رسد.

برای یک دور کامل روتور و رسیدن به α=360°، روتور 90 درجه دیگر می‌چرخد زمانی که سیم‌پیچ فاز B خنثی شده و فاز A تحریک می‌شود. در موتور قدمی مغناطیس دائم، جهت چرخش توسط قطبیت جریان فاز تعیین می‌شود. برای چرخش ساعتگرد، ترتیب تحریک فاز‌ها A,B,A−,B−,A است، در حالی که برای چرخش ضدساعتگرد، ترتیب تحریک فاز‌ها A,B−,A−,B,A است.

ساخت روتور مغناطیس دائم با تعداد زیاد قطب چالش‌های قابل توجهی دارد. بنابراین، این نوع موتور قدمی معمولاً به اندازه‌های قدم بزرگ محدود می‌شود که از 30° تا 90° متغیر است. این موتورها عزم بزرگتری نسبت به موتورهای قدمی پره‌ای متغیر تولید می‌کنند. با این حال، آنها دارای این مزیت هستند که موتورهای قدمی مغناطیس دائم می‌توانند عزم بیشتری نسبت به موتورهای قدمی پره‌ای متغیر تولید کنند.