I due tipi di motori passo-passo più comunemente usati sono quelli a magnete permanente e quelli ibridi. In generale, il motore passo-passo ibrido può essere la scelta migliore insieme alla riduzione del costo, in quanto offre prestazioni migliori per quanto riguarda la risoluzione del passo, la coppia e la velocità.
II. SELEZIONE DI UN MOTORE PASSO-PASSO
Un motore passo-passo può essere una buona scelta quando è richiesto un movimento controllato. Possono essere utilizzati in applicazioni in cui è necessario controllare l’angolo di rotazione, la velocità, la posizione e il sincronismo. A causa dei vantaggi intrinseci elencati in precedenza, i motori passo-passo hanno trovato il loro posto in molte applicazioni diverse. Alcune di queste includono stampanti, plotter, tavole X-Y, taglierine laser, macchine per incisione, dispositivi pick-place e così via.
Quando si seleziona un motore passo-passo per la propria applicazione, ci sono diversi fattori che devono essere presi in considerazione:
- Come verrà accoppiato il motore al carico?
- Quanto velocemente il carico deve muoversi o accelerare?
- Quanta coppia è richiesta per muovere il carico?
- Quale grado di precisione è richiesto quando si posiziona il carico?
Fasi, poli e angoli del passo
Di solito i motori passo passo hanno due fasi, ma esistono anche motori a tre e cinque fasi. Un motore bipolare con due fasi ha un avvolgimento/fase, e un motore unipolare ha un avvolgimento con un rubinetto centrale per fase. A volte il motore passo-passo viene chiamato “motore a quattro fasi”, anche se ha solo due fasi. I motori che hanno due avvolgimenti separati per fase possono essere azionati sia in modalità bipolare che unipolare.
Un polo può essere definito come una delle regioni in un corpo magnetizzato dove si concentra la densità del flusso magnetico. Sia il rotore che lo statore di un motore passo-passo hanno dei poli. Il motore passo-passo di tipo ibrido ha un rotore con denti. Il rotore è diviso in due parti, separate da un magnete permanente che rende metà dei denti poli sud e metà poli nord. Il numero di coppie di poli è uguale al numero di denti su una delle metà del rotore. Lo statore di un motore ibrido ha anche dei denti per costruire un numero maggiore di poli equivalenti (passo dei poli più piccolo, numero di poli equivalenti = 360/passo dei denti) rispetto ai poli principali, sui quali sono avvolte le bobine di avvolgimento. Di solito si usano 4 poli principali per gli ibridi a 3,6° e 8 per i tipi a 1,8° e 0,9°.
La seguente equazione mostra la relazione tra il numero di poli del rotore, i poli equivalenti dello statore, il numero di fasi e l’angolo di passo completo di un motore passo-passo.
Angolo di passo = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Dove:
NPh = numero di poli equivalenti per fase = numero di poli del rotore
Ph = numero di fasi
N = numero totale di poli per tutte le fasi insieme = NPh/Ph
Se il passo dei denti del rotore e dello statore non è uguale, esiste una relazione più complicata.
Dimensione
Oltre ad essere classificati in base all’angolo di passo, i motori passo-passo sono anche classificati in base alla dimensione del telaio che corrisponde alla dimensione del telaio del motore. Per esempio, un motore passo-passo NEMA taglia 11 ha un telaio di circa 1,1 pollici (28 mm). Allo stesso modo, un motore passo-passo NEMA 23 ha un telaio di 2,3 pollici (57 mm), ecc. Tuttavia, la lunghezza del corpo può variare da motore a motore all’interno della stessa classificazione di dimensioni del telaio. In generale, la coppia disponibile di un particolare motore aumenta con l’aumentare della lunghezza del corpo.
Coppia
La coppia in uscita e la potenza di un motore passo-passo sono funzioni della dimensione del motore, dell’assorbimento del calore del motore, del ciclo di lavoro, dell’avvolgimento del motore e del tipo di azionamento utilizzato. Se un motore passo-passo viene fatto funzionare a vuoto su tutta la gamma di frequenza, uno o più punti di risonanza naturale oscillante può essere rilevato, sia in modo acustico o da sensori di vibrazione. La coppia utilizzabile dal motore passo-passo può essere drasticamente ridotta dalle risonanze. Le operazioni alle frequenze di risonanza dovrebbero essere evitate. Lo smorzamento esterno, l’aggiunta di inerzia o un azionamento microstepping possono essere utilizzati per ridurre l’effetto della risonanza.
In un motore passo-passo, la coppia viene generata quando i flussi magnetici del rotore e dello statore si spostano l’uno dall’altro. L’intensità del flusso magnetico e di conseguenza la coppia sono proporzionali al numero di giri dell’avvolgimento e alla corrente e inversamente proporzionali alla lunghezza del percorso del flusso magnetico. Con l’aumento della velocità di rotazione, il tempo impiegato dalla corrente per salire diventa una proporzione significativa dell’intervallo tra gli impulsi di passo. Questo riduce il livello medio di corrente, quindi la coppia diminuisce alle alte velocità.
Risoluzione e precisione di posizionamento
La risoluzione e la precisione di posizionamento di un sistema di motori passo-passo è influenzata da diversi fattori: l’angolo del passo-passo (la lunghezza del passo completo del motore passo-passo), la modalità di azionamento selezionata (full-step, half-step o microstepping), e il tasso di cambio. Questo significa che ci sono diverse combinazioni che possono essere utilizzate per ottenere la risoluzione desiderata. Per questo motivo, il problema della risoluzione di un progetto stepper può essere normalmente affrontato dopo aver stabilito la dimensione del motore e il tipo di azionamento.
III. PASSI NORMALI DI SELEZIONE
1. Determinazione del componente del meccanismo di azionamento
Determinare il meccanismo e le specifiche richieste. In primo luogo, determinare alcune caratteristiche del progetto, come il meccanismo, le dimensioni grezze, le distanze spostate e il periodo di posizionamento.
2. Calcolare la risoluzione richiesta
Trovare la risoluzione richiesta dal motore. Dalla risoluzione richiesta, determinare se si deve usare un motore solo o un motoriduttore. Tuttavia, usando la tecnologia microstepping, soddisfare la risoluzione richiesta diventa molto facile.
3. Determinare il modello di funzionamento
Determinare il modello di funzionamento che soddisfa le specifiche richieste. Trovare il periodo di accelerazione (decelerazione) e la velocità dell’impulso operativo per calcolare la coppia di accelerazione.
4. Calcolare la coppia richiesta
Calcolare la coppia di carico e la coppia di accelerazione e trovare la coppia richiesta dal motore.
5. Selezionare il motore
Fare una selezione provvisoria di un motore in base alla coppia richiesta. Determinare il motore da usare dalle caratteristiche di velocità-coppia.
6. Controllare il motore selezionato
Confermare il tasso di accelerazione/decelerazione e il rapporto di inerzia.
IV. MOTION CONTROL PRODUCTS’ STEPPER MOTORS
Motion Control Products offre molte serie di motori passo-passo, come i motori passo-passo a 2 fasi e i motori passo-passo a 3 fasi (da NEMA frame size 8 a 42) sono disponibili. I nostri motori passo-passo adottano una tecnologia avanzata dagli Stati Uniti, utilizzando fogli di rame a freddo di alta classe e un magnete permanente anti alta temperatura. I motori passo-passo di Motion Control si distinguono per la loro alta affidabilità e il basso riscaldamento. Grazie alle loro caratteristiche interne di smorzamento, i nostri motori passo-passo possono funzionare in modo molto regolare e non hanno alcuna area di oscillazione evidente in tutta la gamma di velocità dei motori. La panoramica PDF (scaricabile qui sotto) mostra i modelli tipici dei motori passo-passo di Motion Control Products.