Комплектующие для упаковочного оборудования улучшают точность, увеличивают производительность труда. Шаговые двигатели (stepper motors) — синхронные электрические моторы без щеток. Принцип работы — преобразование электрических сигналов в дискретные угловые вращения вала. Особенности таковы:
- высокая точность хода;
- возможность работы в режиме микроперемещений;
- широкий диапазон регулирования скорости вращения.
Из-за этих качеств шаговые двигатели используются в составе упаковочного оборудования, где нужна высокая точность перемещения исполнительных механизмов.
Что это такое
Электромеханическое устройство. Вал перемещается во время притяжения магнитных полей. Внутри корпуса электромотора (статор) установлены обмотки. С ними взаимодействует магнитный ротор, установленный на подшипниках. Напряжение поступает к мотору через коннектор. Микропроцессор управляет подачей электричества к обмоткам.
Устройство шагового электродвигателя
Дальше работает простая физика. Управляющее устройство направляет на обмотки неподвижной части мотора «пакет» электрических импульсов. Катушки создают переменное магнитное поле. Ротор притягивается к противоположным полюсам и проворачивается. Угол поворота называют шагом. Управляя последовательностью импульсов, можно точно поворачивать ротор на заданные углы, обеспечивая дискретное вращение выходного вала.
Принцип действия
Представим, что есть круглый магнит (ротор), а вокруг него расположены еще четыре магнита (обмотки на статоре). Эти четыре магнита включаются и выключаются, генерируя магнитное поле. Когда включается один из магнитов, круглый магнит в центре начинает поворачиваться так, чтобы быть как можно ближе к включенному магниту.
Принцип действия шагового мотора
Для наглядности можно представить, что магниты быстро включаются и выключаются в строгом порядке. Это заставляет центральный магнит (ротор) поворачиваться шаг за шагом вокруг своей оси. Каждый раз, когда задействован следующий магнит, ротор делает еще один маленький шаг на 90 °. За четыре шага получается полный круг — 360 °.
Пошаговый двигатель (ШД) сделан для того, чтобы точно знать, насколько он повернулся. Поэтому если надо, чтобы он переместил ось ровно на один круг или на половину круга, можно точно это контролировать, включая и выключая магниты. Это полезно, когда нужно, чтобы что-то двигалось очень точно.
Шаговый двигатель: виды
Существуют разные виды шаговых двигателей. Они отличаются конструкцией и характеристиками, размером шага. Но есть и другая классификация — по модели коммуникации обмоток. У биполярного мотора каждая фаза работает с единичной обмоткой. Униполярный тоже оснащен одной обмоткой на фазу, но в центре каждой катушки есть отвод, упрощающий переключение полярностей во время работы.
С постоянными магнитами
Имеют ротор, выполненный из магнита постоянного типа. В нем два, четыре или шесть полюсов. В статоре размещены обмотки, по которым пропускается ток для создания магнитного поля. Взаимодействие полей обеспечивает вращение на фиксированный угол (шаг), когда проходит импульс, подаваемый в одну из обмоток статора.
Ротор с магнитами постоянного типа
Полюса ротора притягиваются к полюсам статора при разной полярности поля в обмотках, отталкиваются при одинаковых полярностях. Ротор поворачивается дискретно на угол шага. Он составляет обычно 45-90 градусов, потому что такие двигатели чаще всего имеют 2 или 4 полюса на роторе.
Конструкция дает преимущества: низкий момент инерции, компактность, высокая надежность, долговечность.
Реактивные
Ротор не оснащен постоянными магнитами, а выполнен из магнитомягких материалов — чаще всего набирается из тонких ферромагнитных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи. Конструктивно ротор напоминает зубчатое колесо или шестерню с зубьями, которые взаимодействуют с магнитным полем статора.
Реактивный шаговик
В статоре располагаются обмотки с разной полярностью. Импульсы «активируют» магнитное поле катушек, зубцы ротора устремляются к противоположному полюсу. Вал начинает вращаться. Когда управляющие импульсы меняют направление, полярность магнитного поля тоже меняется. Ротор проворачивается на очередной шаг.
Преимущество — отсутствие магнитного стопорящего момента, что упрощает запуск. Недостаток реактивных двигателей — меньший вращающий момент по сравнению с моторами с постоянными магнитами. Угол шага составляет 5-15 градусов.
Гибридные
Разработаны для объединения преимуществ моторов с постоянными магнитами и реактивных. Ротор — постоянный магнит в форме цилиндра, намагниченный вдоль оси вращения. Это создает много магнитных полюсов, на поверхности которых располагаются зубья из магнитомягкого материала. Конструкция позволяет сочетать высокий момент инерции постоянных магнитов и отсутствие магнитного стопорящего момента реактивных двигателей.
Гибридный шаговик
Преимущество «гибридов» — высокая точность и плавность хода за счет минимального шага, составляющего 0,9-5 градусов. Все благодаря рациональному взаимодействию магнитных полей ротора и статора.
Такие двигатели устанавливают в высокоточных станках ЧПУ, робототехнике. Их единственный недостаток — более высокая стоимость по сравнению с классическими шаговиками. Но гибридные моторы оправдывают себя в задачах, требующих предельной точности. Таковы виды известных шаговых двигателей.
Технические характеристики
К основным техническим характеристикам шаговых двигателей относят:
- величину крутящего момента на валу;
- точность позиционирования по углу поворота;
- диапазон регулирования скорости вращения ротора;
- количество шагов на оборот, определяемое конструкцией мотора.
Эти параметры зависят от конструктивного исполнения двигателя, его размеров. Правильный выбор шаговика по техническим характеристикам важен для обеспечения нужных функций в составе упаковочного оборудования.
Преимущества шаговых двигателей
Использование в упаковочном оборудовании именно шаговых двигателей, а не коллекторных, объясняется рядом их преимуществ:
- Высокая точность позиционирования. Благодаря дискретному характеру вращения, шаговики обеспечивают высокую точность позиционирования исполнительных механизмов упаковочных машин.
- Широкий диапазон регулировки скорости, ускорения. Возможность плавного регулирования за счет изменения частоты управляющих импульсов. Это нужно при работе упаковочного оборудования в разных режимах.
- Возможность работы в режиме микрошага. Режим позволяет увеличить разрешение по углу поворота ротора за счет деления шагов, что обеспечивает плавность хода вала мотора.
Шаговики справляются с точным позиционированием. Это позволяет устанавливать их в упаковочные линии. В отличие от коллекторных двигателей, шаговые не требуют сложных схем коммутации. Они простые и универсальные.
Применение в упаковочном оборудовании
Шаговый двигатель в этикетировочных машинах обеспечивает точное позиционирование лейблов, что важно для качества маркировки. В фасовочно-упаковочных автоматах шаговики нужны для перемещения дозирующих устройств, привода ножей и зажимов.
Шаговый мотор ЭШ-254
Оборудование для групповой упаковки использует приводы для точного позиционирования тары перед укладкой в ящики.
Применение шаговых двигателей позволило реализовать в упаковочном оборудовании сложные автоматизированные технологии с высоким качеством работы. Их использование обеспечивает точность позиционирования механизмов на уровне долей миллиметра.
Перспективы дальнейшего внедрения приводов связаны с развитием мехатроники и роботизации.
Производством и поставкой комплектующих для упаковочного оборудования занимается завод АВРОРА. Предприятие работает на российском рынке с 1998 года.
