Основные типы шаговых двигателей

Все конструкции шаговых двигателей с одной обмоткой управления по выполнению магнитной системы можно разделить на два основных типа:

а) с ограниченным перемещением к жесткой спязыо сердечника с выходным валом;

б) с вращающимся сердечником.

Для преобразования электрических импульсов в угловые перемещения якорь соленоидного электромагнита соединяется с выходным валом посредством храпового или анкерного механизма. Устройство этого типа шаговых двигателей образуют широкий класс шаговых двигателей с жесткой механической связью с валом [Л. 6]. Шаговые двигатели, использующие электромагниты поворотного типа, не нуждаются в кинематической цепи, имея гибкую электромагнитную связь с валом.

До сих пор важное место в технике связи занимают шаговые двигатели с клапанным якорем, на основе которого разработаны различного типа шаговые искатели. Применение той или иной системы зависит от требуемого характера привода. Например, вал шагового двигателя может быть соединен с исполнительным механизмом через спиральную пружину для ослабления влияния момента инерции нагрузки на приемистость шагового двигателя. В этом случае нарастание момента сопротивления, приложенного к валу двигателя, будет определяться углом закручивания и жесткостью пружины. Тяговая характеристика электромагнита, используемого для завода пружины, должна во всех точках проходить выше характеристики пружины и иметь предпочтительно линейный устойчивый характер.

Шаговые двигатели с жесткой связью с валом не вносят собственной ошибки в работу системы. Величина шага строго постоянна и определяется зубцовым делением храпового механизма. Однако быстродействие таких шаговых двигателей оказывается наиболее низким. Действительно, каждому шагу соответствует прямой и обратный ход якоря; электромагнитная постоянная времени сосредоточенной обмотки управления велика; масса и момент инерции якоря, рычага, собачки и храпового колеса значительны и не могут быть уменьшены ниже известного предела. Шаговые двигатели этого типа надежно работают при частоте следования управляющих импульсов до 40 — 50 гц. Недостатком таких двигателей является также износ храпового механизма. Статическая добротность шагового двигателя с жесткой связью с валом, определяемая как отношение максимального момента на валу к весу двигателя, напротив, весьма высока, так как величина остаточного воздушного зазора электромагнита может быть сделана близкой к нулю. Двигатели обеспечивают фиксацию при отсутствии питания электромагнита за счет храпового механизма.

Двигатели соленоидного типа нашли применение в устройствах, где не требуется работа на высокой частоте. Фирма Northrop Aircraft (США) выпускает соленоидный шаговый двигатель с храповым механизмом для применения в авианавигационных и ракетных установках. Двигатель имеет шаг 36° и работает с частотой несколько герц [Л. 26].

Два спаренных соленоида обеспечивают реверсивную работу двигателя.

Фирма Ledex (США) выпускает две серии подобных шаговых двигателей под индексами Syncramental и Digimotor [Л 25]. Двигатель изготавливается С шагом 45°, 36°, 30° 20° и 15°, работает при частоте 15-25 гц, имеет габариты 53X53X50 мм, применяется для потенциометров, переключателей, счетчиков и рассчитан на работу при ударной нагрузке и вибрациях (рис.9).

Данные реверсивных храповых шаговых двигателей с частотой до 100 гц приведены в [Л. 09]. Вращающиеся шаговые двигатели с одной обмоткой управления позволяют достичь значительно более высокого быстродействия, поскольку подвижная система может быть сделана малоиперционном н нет паразитного обратного хода якоря. Износоустойчивость и надежность конструкции в связи с отсутствием кинематической цепи значительно выше, чем у двигателей с жесткой связью с валом.