Les deux types de moteurs pas à pas les plus utilisés sont ceux à aimant permanent et les types hybrides. En général, le moteur pas à pas hybride peut être le meilleur choix en même temps que la réduction du coût, car il offre de meilleures performances en matière de résolution de pas, de couple et de vitesse.
II. SÉLECTIONNER UN MOTEUR PAS À PAS
Un moteur pas à pas peut être un bon choix chaque fois qu’un mouvement contrôlé est nécessaire. Ils peuvent être utilisés dans des applications où vous devez contrôler l’angle de rotation, la vitesse, la position et le synchronisme. En raison des avantages inhérents énumérés précédemment, les moteurs pas à pas ont trouvé leur place dans de nombreuses applications différentes. Parmi celles-ci, citons les imprimantes, les traceurs, les tables X-Y, les découpeuses laser, les machines à graver, les dispositifs de prise de position, etc.
Lorsque vous choisissez un moteur pas à pas pour votre application, plusieurs facteurs doivent être pris en considération :
- Comment le moteur sera-t-il couplé à la charge ?
- À quelle vitesse la charge doit-elle se déplacer ou accélérer ?
- Quel est le couple nécessaire pour déplacer la charge ?
- Quel est le degré de précision requis lors du positionnement de la charge ?
Phases, pôles et angles pas à pas
Uniquement, les moteurs pas à pas ont deux phases, mais il existe également des moteurs à trois et cinq phases. Un moteur bipolaire à deux phases a un enroulement/phase, et un moteur unipolaire a un enroulement avec une prise centrale par phase. Parfois, le moteur pas à pas est appelé « moteur à quatre phases », même s’il ne possède que deux phases. Les moteurs qui ont deux enroulements séparés par phase peuvent être entraînés en mode bipolaire ou unipolaire.
Un pôle peut être défini comme l’une des régions d’un corps magnétisé où la densité du flux magnétique est concentrée. Le rotor et le stator d’un moteur pas à pas possèdent tous deux des pôles. Le moteur pas à pas de type hybride possède un rotor avec des dents. Le rotor est divisé en deux parties, séparées par un aimant permanent qui fait que la moitié des dents sont des pôles sud et l’autre moitié des pôles nord. Le nombre de paires de pôles est égal au nombre de dents sur l’une des moitiés du rotor. Le stator d’un moteur hybride possède également des dents pour constituer un nombre plus élevé de pôles équivalents (pas de pôle plus petit, nombre de pôles équivalents = 360/pas de dent) par rapport aux pôles principaux, sur lesquels sont enroulées les bobines d’enroulement. Habituellement, 4 pôles principaux sont utilisés pour les hybrides 3,6° et 8 pour les types 1,8° et 0,9°.
L’équation suivante montre la relation entre le nombre de pôles du rotor, les pôles équivalents du stator, le nombre de phases et l’angle de pas complet d’un moteur pas à pas.
Angle de pas = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Où :
NPh = Nombre de pôles équivalents par phase = nombre de pôles du rotor
Ph = Nombre de phases
N = Nombre total de pôles pour toutes les phases ensemble = NPh/Ph
Si le pas des dents du rotor et du stator est inégal, une relation plus compliquée existe.
Taille
En plus d’être classés selon leur angle de pas, les moteurs pas à pas sont également classés selon des tailles qui correspondent à la hauteur d’axe du moteur. Par exemple, un moteur pas à pas NEMA de taille 11 a une taille de cadre d’environ 1,1 pouce (28mm). De même, un moteur pas à pas NEMA de taille 23 a une taille de cadre de 2,3 pouces (57 mm), etc. Cependant, la longueur du corps peut varier d’un moteur à l’autre au sein d’une même classification de taille de bâti. D’une manière générale, le couple disponible d’un moteur de hauteur d’axe particulier augmentera avec l’augmentation de la longueur du corps.
Couple
Le couple de sortie et la puissance d’un moteur pas à pas sont des fonctions de la taille du moteur, du dissipateur thermique du moteur, du cycle de travail, du bobinage du moteur et du type d’entraînement utilisé. Si un moteur pas à pas est utilisé à vide sur toute la plage de fréquences, un ou plusieurs points de résonance naturelle oscillante peuvent être détectés, soit de manière audible, soit par des capteurs de vibrations. Le couple utilisable du moteur pas à pas peut être considérablement réduit par les résonances. Les opérations aux fréquences de résonance doivent être évitées. Un amortissement externe, une inertie ajoutée ou un entraînement à micropas peuvent être utilisés pour réduire l’effet de la résonance.
Dans un moteur pas à pas, le couple est généré lorsque les flux magnétiques du rotor et du stator sont déplacés l’un par rapport à l’autre. L’intensité du flux magnétique et par conséquent le couple sont proportionnels au nombre de tours de bobinage et au courant et inversement proportionnels à la longueur du chemin du flux magnétique. Lorsque la vitesse de rotation augmente, le temps nécessaire à la montée du courant devient une proportion significative de l’intervalle entre les impulsions de pas. Cela réduit le niveau de courant moyen, de sorte que le couple diminue à des vitesses plus élevées.
Résolution et précision de positionnement
La résolution et la précision de positionnement d’un système de moteur pas à pas sont affectées par plusieurs facteurs – l’angle du pas (la longueur du pas complet du moteur pas à pas), le mode d’entraînement sélectionné (pas complet, demi-pas ou micropas) et le taux d’engrenage. Cela signifie qu’il existe plusieurs combinaisons différentes qui peuvent être utilisées pour obtenir la résolution souhaitée. Pour cette raison, le problème de résolution d’une conception pas à pas peut normalement être traité après que la taille du moteur et le type d’entraînement aient été établis.
III. ÉTAPES NORMALES DE SÉLECTION
1. Détermination du composant du mécanisme d’entraînement
Déterminer le mécanisme et les spécifications requises. Tout d’abord, déterminez certaines caractéristiques de la conception, telles que le mécanisme, les dimensions approximatives, les distances déplacées et la période de positionnement.
2. Calculer la résolution requise
Trouvez la résolution requise par le moteur. A partir de la résolution requise, déterminez si un moteur seul ou un motoréducteur doit être utilisé. Cependant, en utilisant la technologie micropas, satisfaire la résolution requise devient très facile.
3. Déterminer le schéma de fonctionnement
Déterminer le schéma de fonctionnement qui répond aux spécifications requises. Trouvez la période d’accélération (décélération) et la vitesse d’impulsion de fonctionnement afin de calculer le couple d’accélération.
4. Calculer le couple requis
Calculez le couple de charge et le couple d’accélération et trouvez le couple requis demandé par le moteur.
5. Sélectionner le moteur
Faire une sélection provisoire d’un moteur sur la base du couple requis. Déterminer le moteur à utiliser à partir des caractéristiques vitesse-couple.
6. Vérifier le moteur sélectionné
Confirmer la vitesse d’accélération/décélération et le rapport d’inertie.
IV. MOTION CONTROL PRODUCTS’ STEPPER MOTORS
Motion Control Products propose de nombreuses séries de moteurs pas à pas, comme les moteurs pas à pas biphasés et les moteurs pas à pas triphasés (de la taille de cadre NEMA 8 à 42) sont disponibles. Nos moteurs pas à pas adoptent une technologie avancée des Etats-Unis, utilisant une feuille de cuivre laminée à froid de haute qualité et un aimant permanent anti-haute température. Les moteurs pas à pas de Motion Control se distinguent par leur haute fiabilité et leur faible échauffement. Grâce à leurs caractéristiques d’amortissement interne, nos moteurs pas à pas peuvent fonctionner de manière très régulière et ne présentent aucune zone d’oscillation évidente dans toute la gamme de vitesse des moteurs. L’aperçu PDF (téléchargeable ci-dessous) présente les modèles types de moteurs pas à pas de Motion Control Products.