الاختلافات بين المحركات الخطوية والمحركات المؤازرة وسيناريوهات التطبيق

محركات الخطوةتُعدّ المحركات الخطوية أجهزة حركة منفصلة تتميز بانخفاض تكلفتها مقارنةً بالمحركات المؤازرة، وهي أجهزة تحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يُطلق على المحرك الذي يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية اسم "مولد"، بينما يُطلق على المحرك الذي يحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية اسم "محرك". تُستخدم المحركات الخطوية والمحركات المؤازرة كمنتجات للتحكم في الحركة، حيث تُتيح تحديد موقع حركة معدات الأتمتة بدقة، وتُستخدم بشكل أساسي في تصنيع هذه المعدات.

توجد ثلاثة أنواع من دوارات محركات الخطوة: التفاعلية (النوع VR)، والمغناطيسية الدائمة (النوع PM)، والهجينة (النوع HB). 1) التفاعلية (النوع VR): تروس ذات أسنان دوارة. 2) المغناطيسية الدائمة (النوع PM): دوار مزود بمغناطيس دائم. 3) الهجينة (النوع HB): تروس مزودة بمغناطيس دائم وأسنان دوارة. تُصنف محركات الخطوة وفقًا لعدد لفات الجزء الثابت (الساكن): فهناك محركات ثنائية الطور، وثلاثية الطور، وخماسية الطور. تُسمى المحركات ذات الساكنين محركات ثنائية الطور، بينما تُسمى المحركات ذات الخمسة ساكنين محركات خماسية الطور. كلما زاد عدد أطوار محرك الخطوة ونبضاته، زادت دقته.

 

تستطيع محركات HB تحقيق حركة خطوة صغيرة متزايدة بدقة عالية، بينما لا تتطلب محركات PM عمومًا دقة تحكم عالية.محركات HBتستطيع محركات المغناطيس الدائم تلبية متطلبات التحكم المعقدة والدقيقة في الحركة الخطية. تتميز هذه المحركات بصغر حجمها وعزم دورانها، ولا تتطلب عادةً دقة تحكم عالية، كما أنها أكثر اقتصادية من حيث التكلفة. تُستخدم في صناعات مثل آلات النسيج وتغليف المواد الغذائية. من حيث عملية الإنتاج ودقة التحكم في المحرك،محركات الخطوة HBوهي أكثر تطوراً من محركات الخطوة ذات المغناطيس الدائم.

 

تُعدّ المحركات الخطوية والمحركات المؤازرة من منتجات التحكم في الحركة، لكنها تختلف في أدائها. المحرك الخطوي هو جهاز حركة منفصل يستقبل إشارة وينفذ خطوة. يحوّل المحرك الخطوي إشارة النبضة الداخلة إلى إزاحة زاوية. فعندما يستقبل مُشغّل المحرك الخطوي إشارة نبضة، يُحرّك المحرك الخطوي للدوران بزاوية ثابتة في الاتجاه المُحدد. أما المحرك المؤازر فهو نظام مؤازر تُحوّل فيه الإشارات الكهربائية إلى عزم دوران وسرعة لتحريك جسم التحكم، ما يُتيح التحكم في السرعة ودقة الموضع.

 

✓ تختلف محركات الخطوة ومحركات المؤازرة اختلافًا كبيرًا من حيث خصائص التردد المنخفض وخصائص تردد العزم وقدرة التحميل الزائد:.

دقة التحكم: كلما زاد عدد مراحل وصفوف محركات الخطوة، زادت الدقة؛ يتم ضمان دقة التحكم في محركات المؤازرة AC بواسطة المشفر الدوار في الطرف الخلفي لعمود المحرك، وكلما زاد عدد مقاييس المشفر، زادت الدقة.

✓ خصائص التردد المنخفض: تميل محركات الخطوة إلى الاهتزاز بتردد منخفض عند السرعات المنخفضة، وهذا الاهتزاز، الناتج عن مبدأ عملها، يُعيق التشغيل الطبيعي للآلة. وللتغلب على هذه المشكلة، تُستخدم عادةً تقنيات التخميد. تتميز أنظمة المؤازرة AC بوظيفة كبح الرنين، مما يُعوض نقص صلابة الآلة، ويجعل التشغيل سلسًا للغاية دون أي اهتزاز حتى عند السرعات المنخفضة.

✓ خصائص عزم الدوران والتردد: ينخفض ​​عزم الدوران الناتج لمحركات الخطوة مع زيادة السرعة، لذا فإن أقصى سرعة تشغيل لها هي 300-600 دورة في الدقيقة؛ يمكن لمحركات المؤازرة إخراج عزم الدوران المقنن حتى السرعة المقننة (عادةً 2000-3000 دورة في الدقيقة)، وفوق السرعة المقننة يكون خرج الطاقة ثابتًا.

✓ قدرة التحميل الزائد: لا تتمتع المحركات الخطوية بقدرة التحميل الزائد؛ بينما تتمتع محركات المؤازرة بقدرة تحميل زائد قوية.

✓ أداء الاستجابة: تستغرق محركات الخطوة من 200 إلى 400 مللي ثانية للتسارع من وضع السكون إلى سرعة التشغيل (عدة مئات من الدورات في الدقيقة)؛ بينما يتميز محرك السيرفو AC بأداء تسارع أفضل، ويمكن استخدامه في تطبيقات التحكم التي تتطلب بدء/إيقاف سريع. على سبيل المثال، يتسارع محرك السيرفو Panasonic MASA 400W AC من وضع السكون إلى سرعته المقدرة البالغة 3000 دورة في الدقيقة في غضون بضعة مللي ثانية فقط.

الأداء التشغيلي: محركات الخطوة يتم التحكم فيها بحلقة مفتوحة، وهي عرضة لفقدان الخطوة أو التوقف عندما يكون تردد البدء مرتفعًا جدًا أو الحمل كبيرًا جدًا، وللتجاوز عندما تكون السرعة عالية جدًا عند التوقف؛ يتم التحكم في محرك المؤازرة AC بحلقة مغلقة، ويمكن للسائق أخذ عينات مباشرة من إشارة التغذية الراجعة لمشفر المحرك، لذلك لا يوجد عمومًا فقدان للخطوة أو تجاوز لمحرك الخطوة، ويكون أداء التحكم أكثر موثوقية.

 

تتفوق محركات السيرفو AC على محركات الخطوة من حيث الأداء، لكن محركات الخطوة تتميز بانخفاض سعرها. تتفوق محركات السيرفو AC على محركات الخطوة من حيث سرعة الاستجابة، وقدرة التحميل الزائد، وأداء التشغيل، إلا أن محركات الخطوة تُستخدم في بعض التطبيقات الأقل تطلبًا نظرًا لميزتها من حيث التكلفة والأداء. بفضل تقنية الحلقة المغلقة، توفر محركات الخطوة ذات الحلقة المغلقة دقة وكفاءة عاليتين، ما يُمكّنها من تحقيق بعض أداء محركات السيرفو، مع الحفاظ على ميزة انخفاض سعرها.

 

استشرف المستقبل وحدد المجالات الناشئة. شهدت تطبيقات المحركات الخطوية تحولات هيكلية، حيث وصل السوق التقليدي إلى حد التشبع، بينما ظهرت صناعات جديدة. تتواجد منتجات الشركة من محركات التحكم وأنظمة القيادة بقوة في مجالات الأجهزة الطبية، وروبوتات الخدمة، والأتمتة الصناعية، والمعلومات والاتصالات، والأمن، وغيرها من الصناعات الناشئة، والتي تمثل حصة كبيرة نسبياً من إجمالي أعمال الشركة وتنمو بوتيرة متسارعة. يرتبط الطلب على المحركات الخطوية بالوضع الاقتصادي، والتكنولوجيا، ومستوى الأتمتة الصناعية، ومستوى التطور التقني للمحركات الخطوية نفسها. وصل السوق إلى حد التشبع في الصناعات التقليدية مثل أتمتة المكاتب، والكاميرات الرقمية، والأجهزة المنزلية، بينما تستمر صناعات جديدة في الظهور، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتوليد الطاقة الشمسية، والمعدات الطبية، وتطبيقات السيارات.

الحقول	تطبيقات محددة
أتمتة المكاتب	الطابعات، والماسحات الضوئية، وآلات النسخ، والطابعات متعددة الوظائف، إلخ.
إضاءة المسرح	التحكم في اتجاه الضوء، والتركيز، وتغيير اللون، والتحكم في البقعة الضوئية، وتأثيرات الإضاءة، وما إلى ذلك.
الخدمات المصرفية	أجهزة الصراف الآلي، طباعة الفواتير، إنتاج بطاقات البنوك، آلات عد النقود، إلخ.
طبي	جهاز التصوير المقطعي المحوسب، وجهاز تحليل الدم، وجهاز تحليل الكيمياء الحيوية، إلخ.
صناعي	آلات النسيج، وآلات التعبئة والتغليف، والروبوتات، والناقلات، وخطوط التجميع، وآلات التوزيع، إلخ.
تواصل	معالجة الإشارة، وتحديد موقع هوائي الهاتف المحمول، وما إلى ذلك.
حماية	التحكم في الحركة لكاميرات المراقبة.
السيارات	نظام التحكم بصمام الزيت/الغاز، ونظام التوجيه الخفيف.

 

الصناعة الناشئة 1: تواصل الطباعة ثلاثية الأبعاد تحقيق إنجازاتٍ رائدة في مجال البحث والتطوير التكنولوجي، وتوسيع نطاق تطبيقاتها في مختلف القطاعات، مع نمو الأسواق المحلية والعالمية بمعدل يقارب 30%. تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد على النماذج الرقمية، حيث يتم تكديس المواد طبقةً تلو الأخرى لإنشاء مجسمات مادية. يُعد المحرك مكونًا أساسيًا للطاقة في الطابعة ثلاثية الأبعاد، وتؤثر دقته على جودة الطباعة، وعادةً ما تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد محركات الخطوة. في عام 2019، بلغ حجم صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية 12 مليار دولار أمريكي، بزيادة قدرها 30% على أساس سنوي.

 

الصناعة الناشئة 2: الروبوتات المتنقلة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، ولها وظائف مثل الحركة، والملاحة التلقائية، والتحكم متعدد المستشعرات، والتفاعل الشبكي، وما إلى ذلك. الاستخدام الأكثر أهمية في الإنتاج العملي هو المناولة، مع درجة عالية من عدم التوحيد القياسي.

تُستخدم المحركات الخطوية في وحدة القيادة للروبوتات المتنقلة، ويتكون هيكل القيادة الرئيسي من محركات القيادة وعلب التروس. ورغم أن صناعة الروبوتات الصناعية المحلية بدأت متأخرة مقارنةً بالدول الأجنبية، إلا أنها متقدمة عليها في مجال الروبوتات المتنقلة. حاليًا، تُصنّع المكونات الأساسية للروبوتات المتنقلة محليًا في الغالب، وقد حققت الشركات المحلية متطلبات الدقة المطلوبة في جميع الجوانب، مع وجود عدد أقل من الشركات الأجنبية المنافسة.

 

سيبلغ حجم سوق الروبوتات المتنقلة في الصين حوالي 6.2 مليار دولار أمريكي في عام 2019، بزيادة قدرها 45% على أساس سنوي. وقد شهد السوق إطلاقًا عالميًا لروبوتات تنظيف احترافية تتميز بزيادة ملحوظة في كفاءة التنظيف. ويأتي إطلاق "الروبوت الثاني" في عام 2018 عقب إطلاق الروبوت البشري. "الروبوت الثاني" هو روبوت تنظيف تجاري ذكي مزود بمستشعرات متعددة لرصد العوائق والسلالم وحركة الأشخاص. ويمكنه العمل لمدة ثلاث ساعات بشحنة واحدة، وتنظيف مساحة تصل إلى 1500 متر مربع. ويمكن لـ"الروبوت الثاني" أن يحل محل معظم أعباء العمل اليومية لعمال النظافة، وأن يزيد من وتيرة عمليات التنظيف بالمكنسة الكهربائية والتنظيف بشكل عام.

 

الصناعة الناشئة 3: مع إطلاق تقنية الجيل الخامس (5G)، يتزايد عدد الهوائيات اللازمة لمحطات الاتصالات الأساسية، وكذلك عدد المحركات المطلوبة. عمومًا، تتطلب محطات الاتصالات الأساسية العادية 3 هوائيات، بينما تتطلب محطات الجيل الرابع (4G) من 4 إلى 6 هوائيات، ويزداد عدد المحطات والهوائيات بشكل ملحوظ لتطبيقات الجيل الخامس (5G) لتغطية اتصالات الهواتف المحمولة التقليدية وتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT). أصبحت منتجات محركات التحكم المزودة بمكونات علبة التروس من أبرز عمليات التطوير المخصصة لمحطات الهوائيات الأساسية. يُستخدم محرك تحكم واحد مزود بعلبة تروس لكل هوائي ESC.

 

 

ارتفع عدد محطات الجيل الرابع (4G) بمقدار 1.72 مليون محطة في عام 2019، ومن المتوقع أن يشهد قطاع شبكات الجيل الخامس (5G) طفرةً جديدة. في عام 2019، بلغ عدد محطات الهواتف المحمولة في الصين 8.41 مليون محطة، منها 5.44 مليون محطة من الجيل الرابع (4G)، أي ما يعادل 65%. وشهد عام 2019 زيادةً ملحوظة في عدد محطات الجيل الرابع الجديدة، حيث ارتفع بمقدار 1.72 مليون محطة، وهو أعلى رقم منذ عام 2015، ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى: 1) توسيع الشبكة لتغطية المناطق الريفية التي تعاني من ضعف التغطية. 2) تطوير سعة الشبكة الأساسية تمهيداً لإنشاء شبكة الجيل الخامس (5G). ومن المقرر إصدار الترخيص التجاري لشبكات الجيل الخامس (5G) في الصين في يونيو 2019، وبحلول مايو 2020، سيتم افتتاح أكثر من 250 ألف محطة من الجيل الخامس (5G) على مستوى البلاد.

 

الصناعة الناشئة الخامسة: تُعدّ الأجهزة الطبية أحد أبرز تطبيقات المحركات الخطوية، وهي من القطاعات التي تُشارك فيها شركة Vic-Tech بشكلٍ فعّال. تتطلب الأجهزة الطبية، سواءً المعدنية أو البلاستيكية، دقةً عاليةً في تصنيعها. يستخدم العديد من مُصنّعي الأجهزة الطبية محركات المؤازرة لتلبية متطلبات الدقة، ولكن نظرًا لأن المحركات الخطوية أكثر اقتصاديةً وأصغر حجمًا من محركات المؤازرة، فضلًا عن قدرتها على تلبية متطلبات الدقة في بعض الأجهزة الطبية، تُستخدم المحركات الخطوية على نطاق واسع في صناعة تصنيع الأجهزة الطبية، بل وتُستبدل ببعض محركات المؤازرة.