Stigamótor

Viðfangsefni:

Inngangur
Stigmótor með varanlegum seglum (PM gerð)
Stigmótor með breytilegum tregðu (VR)
Hybrid stigmótor

Kynning:
Stigmótor, eins og nafnið gefur til kynna, er hægt að stilla í nokkrum skrefum. Fjöldi þrepa getur verið mismunandi. Það fer eftir notkun, þrepamótorinn getur stillt frá 4 til 200 skrefum á hvern snúning, sem getur numið stýrðum snúningi 0,8° snúnings snúnings.
Hægt er að ákvarða hornsnúning skrefamótors mjög nákvæmlega. Stigmótorinn er í grundvallaratriðum einn samstilltur DC rafmótor án kolbursta vegna þess að hlutar og stjórnunaraðferðir eru mjög svipaðar, en hann er engu að síður aðgreindur frá þessum DC mótor með eftirfarandi eiginleikum:

Stigmótor hefur tiltölulega mikið tog á lágum hraða og getur því farið mjög hratt af stað úr kyrrstöðu;
Hreyfing skrefamótors er hæg og mjög nákvæm. DC mótorinn er notaður til að geta keyrt hratt í langan tíma;
Snúningshraði og staðsetning skrefamótorsins er stjórnað með stjórnmerki frá stjórneiningunni. Þetta þýðir að ekki er þörf á stöðuskynjara eða annars konar endurgjöf;
Stigmótor gefur frá sér meiri hávaða og veldur meiri titringi miðað við burstalausan DC mótor.

Stigmótorinn er notaður víða í bílnum til að láta hlutar gera stjórnaða rafhreyfingu. Hér að neðan eru þrjú forrit þar sem stigmótorinn er að finna, nefnilega: fyrir aðgerðaleysisstýringu, hendurnar í mælaborðinu og hitalokar fyrir loftræstingarstýringu.

Stigamótor fyrir aðgerðalaus stjórn:
Inngjöfarventill bensínvélar er lokaður í kyrrstöðu. Það þarf lítið op til að leyfa vélinni að ganga í lausagang. Gangurinn verður einnig að vera stillanlegur, vegna þess að hitastig og álag (t.d. þegar kveikt er á neytendum eins og loftkælingardælunni) hefur áhrif á það magn af soguðu lofti sem þarf.
Í nútíma vélum er staðsetning inngjafarloka stjórnað nákvæmlega. Við finnum líka kerfi þar sem inngjöfarlokinn er alveg lokaður og loftinu er stýrt um inngjöfarlokann í gegnum hjáveitustjórnun. Loftrásina er hægt að framkvæma annað hvort með PWM-stýrðum DC mótor eða með skrefamótor. Sjá síðu um inngjöf.

Myndirnar þrjár hér að neðan eru af þrepamótor sem þjónar sem aðgerðalaus hraðastýring. Opnun hjáveitunnar er stjórnað af skaftinu með keilulaga endanum. Snúið armatur í skrefamótornum leiðir til snúnings á ormgírnum.

Snúið rangsælis: ormabúnaður snýr inn á við (stórt op í framhjáhlaupinu);
Snúningur réttsælis: ormgír snýst út á við (lítið op í framhliðinni).

Mælaborð:
Mælaborðið er oft búið mörgum þrepamótorum fyrir tankhæðarmæli, hraðamæli, snúningsmæli, vélarhita og í dæminu hér að neðan einnig eyðslumæli undir snúningshraðamælinum. Mælaborð BMW er sýnt hér að neðan.

Að aftan (inni) á mælaborðinu finnum við þrepamótora fimm með svörtu húsi. Hægra megin sjáum við umræddan stigmótor án húss. Hér geturðu greinilega séð spólurnar tvær og tengingarnar fjórar (tvær til vinstri, tvær til hægri) sem við getum borið kennsl á tvískauta skrefmótorinn með. Stigmótorinn getur stillt bendinálarnar í litlum skrefum. Skipunin um að stilla kemur frá ECU í mælaborðinu.

Eftirfarandi skýringarmynd sýnir inntak og úttak ökumanns skrefmótorsins. Þetta er IC í tækjabúnaðinum sem þýðir að komandi upplýsingar yfir í úttak fyrir skrefmótorinn:

eldsneytisstig í tankinum (tankflot);
ökutækishraði (púlsgjafi í gírkassa eða ABS skynjara);
vélarhraði (stöðuskynjari sveifarásar);
hitastig (hitaskynjari kælivökva).

Á kubbamyndinni sýna rauðu og grænu örvarnar tengingar (A til D) á spólunum í skrefmótornum.

Loftstýrilokar í eldavélarhúsi:
Við finnum oft stepper mótora í rafeindastýrðum loftræstilokum í eldavélarhús. Myndirnar hér að neðan sýna mynd af lofthitaloka (vinstri) og mynd af uppsetningarstöðu (hægri). Stigmótorinn stýrir lokanum með vélbúnaðinum, þar sem númer 4 á myndinni gefur til kynna snúningspunktinn. Ef þrepamótorinn virkar rangt, eða eftir að skipt hefur verið um það, verður að tilkynna upphafs- og lokastöður í ECU. Með greiningarbúnaði getum við lært að ventlan hættir, þannig að ECU viti hvenær lokinn er að fullu opinn eða lokaður, svo að hann geti einnig ákvarðað hversu lengi hann ætti að keyra skrefmótorinn til að opna lokann að hluta.

Stigmótor með varanlegum seglum (PM gerð):
Þessi tegund stepper mótor er með snúningi með varanlegum segli. Kosturinn við þennan stigmótor er einföld smíði hans og því lágt kostnaðarverð. Hér að neðan eru upplýsingar um virkni þessa stigmótors.

Snúningur skrefmótorsins getur snúið fullum snúningi með nokkrum milliþrepum. Í dæminu á myndunum fjórum hér að neðan eru fjögur milliþrep sýnd fyrir hvern snúning. Það er því hægt að stöðva snúninginn á 90 gráðu fresti. Vinstri stigmótorinn er í stöðu 1, með norðurpólinn á snúningnum efst og suðurpólinn neðst. Til að hreyfa snúninginn 90 gráður réttsælis er straumur til spólunnar með klemmum C og D rofinn og hinn spólinn spenntur. Þetta sést á öðrum skrefamótornum. Vinstri stangarskórinn verður rauður (norðurpólinn) og sá hægri svartur (suðurinn). Þetta mun setja snúninginn í stöðu 2.

Þetta virkar líka með stillingum 3 og 4; spólan á milli C og D er spennt fyrir stöðu 3, en straumurinn rennur í gagnstæða átt eins og í stöðu 1. Efri pólskórinn er nú norðurpóllinn og sá neðri er suðurpóllinn. Hringurinn verður nú í stöðu 3. Fyrir stöðu 4 er neðsta spólan spennt aftur og snúningurinn mun snúast í stöðu 4.

Hægt er að stöðva fjögurra þrepa mótorinn á 90 gráðu fresti. Ef þetta er ófullnægjandi fyrir forritið sem þrepamótorinn er notaður fyrir er einnig hægt að stilla hann í átta þrepum. Þetta er mögulegt með sama þrepamótor, en í þessum milliþrepum verða báðar spólurnar virkjaðar samtímis.

Myndin hér að neðan sýnir þessi milliþrep. Þetta eru skref 5 til 8. Eins og þú sérð er stilling 5 á milli skrefa 1 og 2. Sama á við um þrep 6 (milli þrepa 2 og 3) o.s.frv. Í þessum milliþrepum rennur straumur í gegnum báðar spólurnar.
Þegar snúa þarf snúningnum í þrep 5, flæðir straumur bæði í neðri spóluna frá A til B og efri spóluna frá C til D. Þannig að það eru nú tveir norðurskautar (rauðu skautaskórnir) og tveir suðurskautar (svörtu skautaskórnir). Hringurinn verður í stöðu 5.

Til að snúa snúningnum 45 gráður lengra (í stöðu 2) gildir aftur skýringarmynd skrefmótorsins með fjórum stöðum. Botnspólinn verður virkjaður aftur til að leyfa straum að flæða frá A til B.
Ef skrefamótornum er síðan snúið 45 gráður lengra (í stöðu 6) mun myndin hér að ofan gilda aftur, með báðar spólurnar virkjaðar.

Stýrimótornum er alltaf stjórnað af stjórnbúnaði. Smáriarnir í stýrikerfi stjórnbúnaðarins veita straumgjafa og útskrift til og frá skautskónum. Stjórneiningin inniheldur átta smára. Með því að stjórna þessum átta smára á réttan hátt mun skrefmótorinn gera algjöra byltingu í fjórum eða átta þrepum. Snúningurinn getur verið í tvær áttir; vinstri og hægri. Stýribúnaðurinn tryggir að réttir smári séu gerðir leiðandi.

Á myndinni sjáum við þrepamótor sem er stjórnað af stýribúnaði. Kveikt er á smára 1 og 4. Til að skýra stjórnina eru smári og vírar litaðir rauðir og brúnir. Smári 1 (rauður) tengir klemmu A við jákvæða og smári 4 (brúnn) tengir klemmu B við jörð.

Vegna þess að ekki er kveikt á smára 2 og 3 flæðir enginn straumur í gegnum þá. Ef þetta væri raunin myndi skammhlaup eiga sér stað.
Á myndinni er skrefamótornum snúið aðeins lengra. Í þessu skyni verða smári 6 og 7 einnig að vera leiðandi.

Til að leyfa skrefamótornum að snúast aðeins lengra stöðvast leiðni smára 1 og 4. Aðeins smári 6 og 7 leiða enn sem veldur því að stigmótorinn tekur stöðu 3.

Í næsta skrefi verður að kveikja á smára 2 og 3.

Stigmótor með breytilegum tregðu (VR):
Eins og stigmótorinn með varanlegum segulmagni, inniheldur stigmótorinn með breytilegum tregðu statorskauta með spólum. Hann er frábrugðinn skrefamótornum sem áður hefur verið fjallað um með tönnuðum snúningi úr járnsegulmálmi, eins og nikkel eða járni. Þetta þýðir að snúningurinn er ekki segulmagnaður. Þessi tegund stigmótora er sjaldan notuð nú á dögum.

Statorspólan á annarri hliðinni (A) er spóluð í gagnstæða átt og spólan á hinni hliðinni (A'). Það sama á auðvitað við um B og B' osfrv. Tennur snúningsins dragast að segulflæðinu sem myndast við að virkja statorspólurnar.

Kostir VR stigmótorsins samanborið við útgáfuna með varanlegum seglum eru:

Vegna skorts á varanlegum seglum er framleiðsla VR stigmótorsins minna skaðleg umhverfinu;
Það er ekki nauðsynlegt að snúa við pólun stator spólanna. Þetta gerir ráð fyrir einfaldari stjórn;

Ókostirnir eru:

Lágt tog;
Lítil nákvæmni;
Meiri hávaðaframleiðsla. Fjöldi umsókna, þar á meðal bíla, er því takmarkaður;
Vegna skorts á varanlegum seglum er ekkert tog þegar kyrrt er.

Hybrid stepper mótor:
Hybrid stigmótorinn er með tenntum snúningi með varanlegum seglum og tenntum stator með átta spólum með litlu loftbili á milli snúnings og stators. Snúðurinn samanstendur af tveimur gírum sem eru á móti 3,6° frá hvor öðrum. Það er stór segull innan á snúningnum. Tveimur stálgírum er þrýst yfir segullinn. Gírarnir verða einnig segulmagnaðir vegna tilvistar segulsins. Annar gírinn er segulmagnaður sem norðurpólinn og hinn sem suðurpóllinn. Hver tönn á snúningnum verður að segulstöng. Við tölum því um „norðurpólssnúninginn“ og „suðurpólssnótinn“. Vegna skiptingar á gírunum munu norður- og suðurpólar skiptast á meðan á snúningi stendur. Hver gír hefur 50 tennur.

Um leið og stigmótordrifinn leiðir straum í gegnum statorspólu verður spólan segulmagnuð. Norðurskautar spólanna munu laða að suðurskauta snúningsins, sem veldur því að snúningurinn snýst.

Myndirnar þrjár hér að neðan sýna stjórnun tveggja fasa (rauðra og appelsínugula) blendingsþrepamótorsins.

A. Snúningur skrefmótorsins hefur snúist í núverandi stöðu (sjá mynd) vegna þess að spólurnar sem sýndar eru hafa verið gerðar segulmagnaðir.

Græni gírinn er suðurpólinn, sem dregur að norðurpólunum á statornum;
Tennurnar á milli snúningsins og statorsins eru í takt við hvert annað á þeim stöðum þar sem snúningurinn hefur verið dreginn. Til glöggvunar eru þessir punktar auðkenndir með svörtu merki í öllum þremur aðstæðum;
Rauði gírinn er fyrir aftan græna gírinn. Vegna þess að gírunum er snúið miðað við hvert annað sjást rauðu tennurnar. Norðurpólarnir á snúningnum dragast að suðurpólunum á statornum.

B. Eftirlitið hefur skipt um áfanga. Segulsviðið milli appelsínugulu spólanna og snúningsins er horfið. Nú er spólum „rauða“ fasans stjórnað, sem veldur því að segulsviðið byggist upp á milli rauðu spólanna og snúningsins.

Sem afleiðing af því að skipta um segulsvið frá appelsínugulu yfir í rauðu spólurnar snýst snúningurinn 1,8° réttsælis;
Til að snúa snúningnum rangsælis í stað réttsælis þurfti að snúa póluninni (straumsstefnu) við í gegnum rauðu tengin. Þegar öllu er á botninn hvolft ræður stefna straumsins í gegnum spóluna stefnu segulsviðsins og þar af leiðandi „stöðu“ norður- og suðurpólsins.

C. Stýringin hefur aftur skipt um fasa og snúningurinn hefur snúist réttsælis aftur um 1,8°.

Sömu spólur og í stöðu A eru spenntir, en pólun á appelsínugulu vírunum hefur verið snúið við;
Hægt er að snúa snúningnum rangsælis aftur með því að stjórna spólunum eins og sýnt er í aðstæðum B;
Til að láta snúðinn snúast réttsælis eru rauðu spólurnar einnig virkjaðar, en póluninni er snúið við miðað við aðstæður B.

Í ofangreindum dæmum má sjá að norðurpólssnúningurinn laðast að suðurpólsspólu og á sama tíma dregur suðurpólssnúningurinn að norðurpólsspólunni. Þetta tryggir að hybrid stepper mótorinn gerir mjög nákvæmar hreyfingar og hefur einnig hátt tog.

Hægt er að útbúa blendingsstigamótorinn með fleiri stangapörum og fleiri tönnum á snúningnum, sem gerir skref allt að 0,728° og 500 skref á snúningi kleift.

Tengdar síður: