Из трех основных конструкций шаговых двигателей — с постоянным магнитом, переменным сопротивлением и гибридных — гибридные шаговые двигатели, пожалуй, наиболее популярны в промышленном применении, сочетая в себе лучшие эксплуатационные характеристики типов с постоянными магнитами и переменным сопротивлением.

Гибридные шаговые двигатели сконструированы с ротором, состоящим из двух секций, или чашек, с постоянным магнитом между ними. Это приводит к намагничиванию чашек в осевом направлении — одна чашечка поляризована на север, а другая — на юг. Поверхности чашек ротора имеют точно отшлифованные зубья (обычно 50 или 100 зубьев на чашку), и чашки выровнены со смещением на ½ шага зубьев между двумя наборами зубьев.

В гибридном шаговом двигателе полюса статора также имеют зубчатую форму, и когда импульсы подаются на статор шаговым приводом, эти полюса намагничиваются, заставляя ротор поворачиваться так, чтобы зубья ротора и статора совпадали (N-S или S-N-N).

Эта гибридная конструкция — с зубцами как на роторе, так и на статоре — позволяет двигателю оптимизировать магнитный поток и, следовательно, создавать более высокий крутящий момент, чем в конструкциях с постоянными магнитами или переменным сопротивлением. Гибридные шаговые двигатели также могут достигать углов шага всего 0,72 градуса в режиме полного шага и работать на более высоких скоростях, чем другие конструкции.

Хотя запатентованные конструкции и методы производства позволяют производителям оптимизировать выходной крутящий момент (а также точность шага и скоростные характеристики) своих гибридных шаговых двигателей, производство крутящего момента по-прежнему тесно связано с размером корпуса двигателя.

Шаговые двигатели, как правило, соответствуют стандарту NEMA ICS 16-2001 для размеров рамы, в котором указаны монтажные размеры, такие как размер фланца и диаметр окружности болта. Однако одним из измерений, не охватываемых стандартом NEMA, является длина двигателя. И такая гибкость в длине двигателя для заданного размера рамы предоставляет производителям еще один вариант увеличения крутящего момента шагового двигателя определенного размера NEMA — за счет создания двигателей с большей длиной пакета. Например, шаговые двигатели с двойным и тройным блоком в настоящее время широко предлагаются несколькими производителями.

Гибридные шаговые двигатели с двойным и тройным блоком просто имеют несколько роторов и статоров, расположенных вплотную друг к другу. Благодаря наличию нескольких секций ротора и статора двигатель может выдавать больший крутящий момент без необходимости увеличения размера рамы. Увеличивается только длина двигателя. (Обратите внимание, что несколько производителей также выпускают шаговые двигатели с четырьмя стеками, как показано ниже.)

Однако в конструкциях шаговых двигателей с двойным и тройным блоком (а также с четырьмя блоками) крутящий момент падает быстрее с увеличением скорости, чем в конструкциях с одним блоком. Это связано с тем, что дополнительные секции ротора и статора также увеличивают индуктивность двигателя. А более высокая индуктивность означает, что электрическая постоянная времени двигателя — время, за которое ток в обмотках достигает 63 процентов от своего максимального значения, — также увеличивается. Когда шаговый двигатель работает на высоких скоростях, высокая электрическая постоянная времени означает, что току (и, следовательно, крутящему моменту) не хватает времени для достижения своего максимального значения на каждом шаге двигателя, что приводит к снижению крутящего момента при увеличении скорости.

Другой способ увеличить крутящий момент от шагового двигателя — без увеличения размера рамы NEMA — это использовать коробку передач вместе с двигателем. Добавление коробки передач не только увеличивает крутящий момент, передаваемый от двигателя к нагрузке, но и может обеспечить лучшее согласование инерции между двигателем и нагрузкой. А при подключении к коробке передач двигатель может работать на более высоких скоростях, что помогает уменьшить или избежать резонанса и колебаний.

Вам также может понравиться