Permanente magneetstapmotor

De permanente magneet-stapmotor heeft een statorconstructie die sterk lijkt op die van de enkelvoudige stapmotor met variabele weerstand. De rotor, cilindervormig, is samengesteld uit permanente magneten van staal met hoge restmagnetisatie. Op de stator zijn de geconcentreerde windingen die zich op diametraal tegenovergestelde polen bevinden in serie verbonden, waardoor een twee-fasewinding wordt gevormd.

De uitlijning van de rotorpolen met de statortanden is afhankelijk van de opwekking van de winding. Bijvoorbeeld, de twee spullen AA’ zijn in serie verbonden om een winding voor Fase A te vormen. Op dezelfde manier worden de twee spullen BB’ in serie verbonden om een Fase B-winding te creëren. De onderstaande figuur illustreert een 4/2-pool permanente magneet-stapmotor, wat een visuele weergave geeft van de structuur en de windingconfiguratie.

In Figuur (a) stroomt de stroom van het begin naar het einde van Fase A. De fase-winding wordt aangeduid als A, en de stroom wordt aangegeven door iA+. Deze figuur toont de situatie wanneer de faseringswinding wordt geactiveerd met de stroom iA+. Hierdoor wordt de zuidpool van de rotor aangetrokken door Stator Fase A. Het resultaat is dat de magnetische assen van de stator en de rotor perfect uitlijnen, met de hoekafwijking α=0°.

Op vergelijkbare wijze, in Figuur (b), stroomt de stroom van het begin naar het einde van Fase B. De stroom wordt aangegeven als iB+, en de winding wordt gemarkeerd als B. Wanneer men Figuur (b) bekijkt, kan men zien dat de winding van Fase A geen stroom draagt, terwijl Fase B wordt geactiveerd door de stroom iB+. De statorpool trekt dan de overeenkomstige rotorpool aan, waardoor de rotor 90 graden in de klokrichting roteert. Op dit moment is α=90°.

Figuur (c) toont een situatie waarin de stroom van het einde naar het begin van Fase A stroomt. Deze stroom wordt aangegeven door iA−, en de winding wordt gelabeld als iA−. Merk op dat de stroom iA− een tegengestelde richting heeft ten opzichte van iA+. In dit geval is de Fase B-winding gedemagnetiseerd, en de Fase A-winding wordt geactiveerd door de stroom iA−. Hierdoor roteert de rotor nog eens 90 graden in de klokrichting, en de hoekafwijking bereikt α=180°.

In bovenstaande Figuur (d) stroomt de stroom van het einde naar het beginpunt van Fase B, aangeduid als iB−, en de overeenkomstige winding wordt gelabeld B−. Op dit moment is Fase A gedemagnetiseerd, terwijl Fase B wordt geactiveerd. Als gevolg hiervan roteert de rotor nog eens 90 graden, en de hoekafwijking α bereikt 270°.

Om een volledige rotatie van de rotor te voltooien, waarmee α=360° wordt bereikt, beweegt de rotor nog eens 90 graden wanneer de winding van Fase B wordt gedemagnetiseerd en Fase A wordt geactiveerd. Bij een permanente magneet-stapmotor wordt de richting van rotatie bepaald door de polariteit van de fase-stroom. Voor rotatie in de klokrichting is de volgorde van fase-opwekking A,B,A−,B−,A, terwijl voor rotatie tegen de klok in de volgorde A,B−,A−,B,A wordt.

Het produceren van een permanente magneet-rotor met een groot aantal polen brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Daarom is deze soort stapmotor meestal beperkt tot grote stapgroottes, variërend van 30° tot 90°. Deze motoren hebben een hogere traagheid, wat resulteert in een lagere versnellingsgraad vergeleken met variabele weerstand-stapmotoren. Echter, ze hebben het voordeel dat permanente magneet-stapmotoren grotere koppel kunnen genereren dan variabele weerstand-stapmotoren.