Шаговые двигателиявляются дискретными устройствами движения с преимуществом низкой стоимости по сравнению с серводвигателями являются устройствами, которые преобразуют механическую и электрическую энергию. Двигатель, который преобразует механическую энергию в электрическую, называется «генератором»; двигатель, который преобразует электрическую энергию в механическую, называется «двигателем». Шаговые двигатели и серводвигатели являются продуктами управления движением, которые могут точно определять движение оборудования автоматизации и способ его движения, и в основном используются в производстве оборудования автоматизации.
Существует три типа ротора шагового двигателя: реактивный (тип VR), с постоянным магнитом (тип PM) и гибридный (тип HB). 1) Реактивный (тип VR): шестерня с зубьями ротора. 2) Постоянный магнит (тип PM): ротор с постоянным магнитом. 3) Гибридный (тип HB): шестерня как с постоянным магнитом, так и с зубьями ротора. Шаговые двигатели классифицируются по обмоткам на статоре: есть двухфазные, трехфазные и пятифазные серии. Двигатели с двумя статорами становятся двухфазными двигателями, а двигатели с пятью статорами называются пятифазными двигателями. Чем больше фаз и тактов у шагового двигателя, тем он точнее.
Двигатели HB могут достигать очень точного небольшого шагового движения, в то время как двигатели PM, как правило, не требуют высокой точности управления.HB-моторыможет достигать сложных, точных требований к управлению линейным движением. Двигатели с постоянными магнитами относительно малы по крутящему моменту и объему, обычно не требуют высокой точности управления и более экономичны по стоимости. Отрасли: текстильное машиностроение, упаковка пищевых продуктов. С точки зрения производственного процесса и точности управления двигателем,Шаговые двигатели HBболее совершенны, чем шаговые двигатели с постоянными магнитами.
Шаговые двигатели и серводвигатели являются продуктами управления движением, но различаются по производительности продукта. Шаговый двигатель — это дискретное устройство движения, которое получает команду и выполняет шаг. Шаговые двигатели преобразуют входной импульсный сигнал в угловое смещение. Когда драйвер шагового двигателя получает импульсный сигнал, он заставляет шаговый двигатель вращаться на фиксированный угол в заданном направлении. Серводвигатель — это сервосистема, в которой электрические сигналы преобразуются в крутящий момент и скорость для управления объектом управления, который может контролировать скорость и точность положения.
✓ Шаговые двигатели, серводвигатели существенно различаются по низкочастотным характеристикам, моментно-частотным характеристикам и перегрузочной способности:
Точность управления: чем больше фаз и рядов шаговых двигателей, тем выше точность; точность управления серводвигателями переменного тока гарантируется вращающимся энкодером на заднем конце вала двигателя, чем больше шкал энкодера, тем выше точность.
✓ Низкочастотные характеристики: шаговые двигатели склонны к низкочастотному явлению вибрации на низких скоростях, это низкочастотное явление вибрации, определяемое принципом работы шаговых двигателей, вредно для нормальной работы машины, и обычно используют технологию демпфирования для преодоления низкочастотного явления вибрации; сервосистемы переменного тока имеют функцию подавления резонанса, которая может компенсировать недостаток жесткости машины. Работа очень плавная, и даже на низких скоростях не возникает явления вибрации.
✓ Частотно-моментные характеристики: выходной крутящий момент шаговых двигателей уменьшается с ростом скорости, поэтому их максимальная рабочая скорость составляет 300–600 об/мин; серводвигатели могут выдавать номинальный крутящий момент до номинальной скорости (обычно 2000–3000 об/мин), а выше номинальной скорости выходная мощность постоянна.
✓ Перегрузочная способность: шаговые двигатели не имеют перегрузочной способности; серводвигатели имеют высокую перегрузочную способность.
✓ Эффективность отклика: шаговым двигателям требуется 200-400 мс для разгона из состояния покоя до рабочей скорости (несколько сотен оборотов в минуту); сервопривод переменного тока имеет лучшие характеристики ускорения и может использоваться в ситуациях управления, требующих быстрого запуска/остановки. Например, сервопривод переменного тока Panasonic MASA 400W разгоняется из состояния покоя до номинальной скорости 3000 об/мин всего за несколько миллисекунд.
Эксплуатационные характеристики: шаговые двигатели управляются по принципу разомкнутого контура и склонны к потере шага или блокировке, когда начальная частота слишком высока или нагрузка слишком велика, а также к перерегулированию, когда скорость слишком высока при остановке; сервопривод переменного тока управляется по принципу замкнутого контура, и драйвер может напрямую оцифровывать сигнал обратной связи энкодера двигателя, поэтому, как правило, не происходит потери шага или перерегулирования шагового двигателя, а характеристики управления более надежны.
Сервопривод переменного тока лучше шагового двигателя с точки зрения производительности, но шаговый двигатель имеет преимущество в виде низкой цены. Сервопривод переменного тока превосходит шаговые двигатели с точки зрения скорости отклика, перегрузочной способности и рабочих характеристик, но шаговые двигатели используются в некоторых менее требовательных сценариях из-за их преимущества по соотношению цена-производительность. Благодаря использованию технологии замкнутого контура шаговые двигатели с замкнутым контуром могут обеспечить превосходную точность и эффективность, что может достичь некоторых показателей серводвигателей, но также имеет преимущество в виде низкой цены.
Посмотрите вперед и обозначьте новые области. Применение шаговых двигателей претерпело структурные изменения, традиционный рынок достиг насыщения и появились новые отрасли. Продукция компании в области двигателей управления и приводных систем глубоко заложена в медицинских приборах, сервисных роботах, промышленной автоматизации, информации и связи, безопасности и других новых отраслях, которые составляют относительно большую долю общего бизнеса и растут быстрыми темпами. Спрос на шаговые двигатели связан с экономикой, технологиями, уровнем промышленной автоматизации и уровнем технического развития самих шаговых двигателей. Рынок достиг насыщения в традиционных отраслях, таких как автоматизация офисов, цифровые камеры и бытовая техника, в то время как новые отрасли продолжают появляться, такие как 3D-печать, солнечная энергетика, медицинское оборудование и автомобильные приложения.
| Поля | Конкретные приложения |
| Автоматизация офиса | Принтеры, сканеры, копировальные аппараты, МФУ и т. д. |
| Освещение сцены | Управление направлением света, фокусировкой, смещением цвета, точечным управлением, световыми эффектами и т. д. |
| Банковское дело | Банкоматы, печать счетов, производство банковских карт, машины для подсчета денег и т. д. |
| Медицинский | Компьютерный томограф, гематологический анализатор, биохимический анализатор и т. д. |
| Промышленный | Текстильное оборудование, упаковочное оборудование, роботы, конвейеры, сборочные линии, укладочные машины и т. д. |
| Коммуникация | Преобразование сигнала, позиционирование мобильной антенны и т. д. |
| Безопасность | Управление движением для камер наблюдения. |
| Автомобильный | Управление клапанами подачи масла/газа, легкая система рулевого управления. |
Новая отрасль 1: 3D-печать продолжает совершать прорывы в технологиях НИОКР и расширять сценарии применения в нисходящей цепочке, при этом внутренние и международные рынки растут примерно на 30%. 3D-печать основана на цифровых моделях, укладывая материалы слой за слоем для создания физических объектов. Двигатель является важным силовым компонентом 3D-принтера, точность двигателя влияет на эффект 3D-печати, как правило, 3D-печать с использованием шаговых двигателей. 2019 год, глобальный масштаб индустрии 3D-печати составил 12 миллиардов долларов, увеличившись на 30% в годовом исчислении;.
Новая отрасль 2: мобильные роботы управляются компьютером и обладают такими функциями, как движение, автоматическая навигация, многосенсорное управление, сетевое взаимодействие и т. д. Наиболее важным применением в практическом производстве является погрузочно-разгрузочные работы с высокой степенью нестандартизации.
В приводном модуле мобильных роботов используются шаговые двигатели, а основная приводная конструкция собирается из приводных двигателей и редукторов (коробок передач). Хотя отечественная промышленность промышленных роботов начала развиваться позже, чем за рубежом, в области мобильных роботов она опережает зарубежные страны. В настоящее время основные компоненты мобильных роботов в основном производятся внутри страны, а отечественные предприятия в основном достигли требований к точности во всех аспектах, а иностранных конкурирующих предприятий стало меньше.
Объем рынка мобильных роботов в Китае составит около 6,2 млрд долларов в 2019 году, что на 45% больше, чем в предыдущем году. Международный запуск профессиональных роботов-уборщиков со значительным повышением эффективности уборки. Запуск «второго робота» в 2018 году последовал за запуском гуманоидного робота. «Второй робот» — это интеллектуальный коммерческий робот-пылесос с несколькими датчиками для обнаружения препятствий, лестниц и движения человека. Он может работать три часа на одном заряде и может убирать до 1500 квадратных метров. «Второй робот» может заменить большую часть ежедневной нагрузки уборщиков и может увеличить частоту уборки и уборки в дополнение к существующим работам по уборке.
Новая отрасль 3: С внедрением 5G количество антенн для базовых станций связи увеличивается, а также увеличивается количество требуемых двигателей. Как правило, для обычных базовых станций связи требуется 3 антенны, для базовых станций 4G — 4–6 антенн, а для приложений 5G требуется дальнейшее увеличение количества базовых станций и антенн, поскольку им необходимо охватывать традиционную мобильную связь и приложения связи IoT. Изделия с управляющими двигателями с компонентами редуктора становятся основной разработкой на заказ для антенных установок базовых станций. Для каждой антенны ESC используется один управляющий двигатель с редуктором.
Количество базовых станций 4G увеличилось на 1,72 миллиона в 2019 году, и ожидается, что строительство 5G откроет новый цикл. В 2019 году количество базовых станций мобильной связи в Китае достигло 8,41 миллиона, из которых 5,44 миллиона были базовыми станциями 4G, что составляет 65%. В 2019 году количество новых базовых станций 4G увеличилось на 1,72 миллиона, что является самым большим показателем с 2015 года, в основном за счет 1) расширения сети для покрытия слепых зон в сельской местности. 2) Пропускная способность базовой сети будет модернизирована, чтобы заложить основу для строительства сети 5G. Коммерческая лицензия 5G в Китае будет выдана в июне 2019 года, а к маю 2020 года по всей стране будет открыто более 250 000 базовых станций 5G.
Новая отрасль 5: Медицинские приборы являются одним из основных сценариев применения шаговых двигателей и одним из сегментов, в котором Vic-Tech глубоко вовлечена. От металла до пластика, медицинские приборы требуют высокого уровня точности в своем производстве. Многие производители медицинских приборов используют серводвигатели для соответствия требованиям точности, но поскольку шаговые двигатели более экономичны и меньше сервоприводов, а точность может соответствовать некоторым медицинским приборам, шаговые двигатели используются в отрасли производства медицинских приборов и даже заменяют некоторые серводвигатели.
Время публикации: 19 мая 2023 г.