Шаговый двигатель

Шаговые двигатели состоят из ротора, сделанного из магнито-твёрдого или из магнито-мягкого материала; и статора, на котором находятся обмотки возбуждения. Шаговые двигатели с магнитным ротором обеспечивают получение большего крутящего момента и позволяют фиксировать ротор при обесточенных обмотках.

В гибридных двигателях сочетаются лучшие черты двигателей с постоянными магнитами и с переменным магнитным сопротивлением.

У статора гибридного двигателя также есть зубцы, обеспечивающие большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от главных полюсов, на которых находятся обмотки. Как правило, используются 8 главных полюсов для 1.8 — 0.9 град. двигателей и 4 главных полюса для 3.6 град. двигателей. Зубцы ротора позволяют уменьшить сопротивление магнитной цепи в некоторых положениях ротора, что улучшает динамический и статический момент. Это происходи благодаря соответствующему расположению зубцов, когда часть зубцов ротора расположено четко напротив зубцов статора, а часть между ними.

У ротора гибридного двигателя зубцы находятся в осевом направлении. Ротор делится на две части, между которыми находится цилиндрический постоянный магнит. Следовательно, зубцы нижней части ротора являются южными полюсами, а зубцы верхней части — северными. Помимо этого, нижняя и верхняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Количество пар полюсов ротора равно числу зубцов на одной из его частей. Как и статор, зубчатые полюсные наконечники ротора набраны из отдельных пластин, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.

В автомобилестроении широкое применение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые двигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Дискретность шага обеспечивает значительные вибрации, которые иногда могут приводить к снижению крутящего момента, а также возбуждению механических резонансов в системе. Вибрацию можно снизить при увеличении количества фаз или при использовании режима дробления шага (микрошаг).

Режим дробления шага выполняется при независимом управлении током обмоток шагового двигателя. От качества изготовления современных шаговых электродвигателей зависит повышение точности позиционирования в 10-20 раз.

Шаговые электродвигатели стандартизованы национальной ассоциацией производителей электрооборудования.

Такие двигатели создают относительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент значительно падает при увеличении скорости вращения. Но динамические свойства двигателя могут быть значительно улучшены, если используются драйверы со стабилизацией тока на основе широтно-импульсной модуляции.

Шаговые двигатели используются в приводах машин и механизмов, которые функционируют в старт-стопном режиме, либо в приводах непрерывного движения, когда управляющее воздействие задаётся последовательностью электроимпульсов, например, в станках с ЧПУ. Отличием шаговых приводов от сервоприводов является то, что они позволяют получать точное позиционирование без применения обратной связи от датчиков углового положения.

Также шаговые двигатели используются в устройствах компьютерной памяти — жесткие диски, устройства чтения оптических дисков.

Основным преимуществом шаговых приводов является  прецизионное позиционирование, повторяемость точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернется точно на конкретных угол.

Цена шаговых приводов в среднем в 1,5-2 раза ниже сервоприводов, что тоже можно считать достоинством. Такой привод отлично подходит для автоматизации систем и отдельных узлов, где нет высокой динамики.

Вероятность «проскальзывания» ротора — это самая распространенная проблема данных двигателей. Это может иметь место при увеличении нагрузки на валу, при приближении максимальной скорости вращения, при не правильной настройке управляющей программы. Для важных применений устанавливаются датчики обратной связи, однако эти датчики довольно дорогие. 

Также во избежание проскальзывания ротора, как вариант, можно увеличить мощность двигателя.