Постоянный магнитный шаговый двигатель

Постоянный магнитный шаговый двигатель имеет статорную конструкцию, которая очень похожа на конструкцию однослойного двигателя переменной релюктанции. Его ротор, имеющий цилиндрическую форму, состоит из полюсов постоянных магнитов, изготовленных из стали с высокой коэрцитивной силой. На статоре обмотки, расположенные на диаметрально противоположных полюсах, соединены последовательно, образуя двухфазную обмотку.

Выравнивание полюсов ротора с зубьями статора зависит от возбуждения обмотки. Например, две катушки AA’ соединены последовательно, чтобы составить обмотку для фазы A. Аналогично, две катушки BB’ соединены последовательно, чтобы создать обмотку для фазы B. Диаграмма ниже показывает 4/2-полюсный постоянный магнитный шаговый двигатель, предоставляя визуальное представление его структурной и обмоточной конфигурации.

На рисунке (a) ток протекает от начала до конца фазы A. Фазовая обмотка обозначена как A, а ток обозначен как iA+. Этот рисунок показывает ситуацию, когда фазовая обмотка возбуждается током iA+. В результате южный полюс ротора притягивается к фазе A статора. Следовательно, магнитные оси статора и ротора выравниваются идеально, с угловым смещением α=0°.

Аналогично, на рисунке (b) ток проходит от начала до конца фазы B. Ток обозначен как iB+, а обмотка помечена как B. При рассмотрении рисунка (b) можно заметить, что обмотка фазы A не проводит ток, в то время как фаза B возбуждается током iB+. Затем полюс статора притягивает соответствующий полюс ротора, заставляя ротор повернуться на 90 градусов по часовой стрелке. На этом этапе α=90°.

Рисунок (c) показывает ситуацию, когда ток протекает от конца к началу фазы A. Этот ток обозначен как iA−, а обмотка помечена как iA−. Заметим, что ток iA− имеет направление, противоположное iA+. В этом случае обмотка фазы B размагничена, а обмотка фазы A активируется током iA−. В результате ротор продолжает движение еще на 90 градусов по часовой стрелке, и угловое смещение достигает α=180°.

На рисунке (d) выше ток протекает от конца к начальной точке фазы B, обозначенный как iB−, а соответствующая обмотка помечена как B−. В этот момент фаза A размагничена, а фаза B возбуждена. В результате ротор продвигается еще на 90 градусов, и угловое смещение α достигает 270°.

Для завершения полного оборота ротора, достижения α=360°, ротор перемещается дополнительные 90 градусов, когда обмотка фазы B размагничена, а фаза A возбуждена. В постоянном магнитном шаговом двигателе направление вращения определяется полярностью фазного тока. Для вращения по часовой стрелке последовательность возбуждения фаз следующая: A, B, A−, B−, A, а для вращения против часовой стрелки последовательность становится A, B−, A−, B, A.

Изготовление ротора с большим числом полюсов из постоянных магнитов представляет значительные трудности. Поэтому этот тип шагового двигателя обычно ограничен большими шагами, от 30° до 90°. Эти двигатели имеют большую инертность, что приводит к более низкой скорости ускорения по сравнению с двигателями переменной релюктанции. Однако они обладают преимуществом в том, что постоянные магнитные шаговые двигатели могут генерировать больший крутящий момент, чем двигатели переменной релюктанции.