استپر موتور STH-39H2001

استپر موتور چیست؟

استپر موتور (Stepper Motor) یا استپ موتور (Step Motor) یا موتور پله ای یک موتور براشلس (Brushless) الکتریکی DC است که یک دور کامل (۳۶۰ درجه) را به تعدادی پله یا استپ مساوی تقسیم می نماید. کنترل موقعیت موتور پله ای برای رفتن به یک پله خاص یا ماندن در آن پله بدون استفاده از سیستم فیدبک می باشد و این نشانه دقت بالای این موتور ها است. این موتور ها در هر پله یا استپ به میزان خاصی بر حسب درجه دوران می کنند، به عنوان مثال محور استپ موتور ۱٫۵ درجه در هر استپ ۱٫۵ درجه دوران می کنند.

موتور های DC جاروبک دار معمولا مادامی که به ترمینال های آنها ولتاژ اعمال شود به حرکت پیوسته ادامه می دهند. اما بر خلاف دسته یاد شده، استپ موتور ها فاقد جاروبک یا براش هستند و مشخصه اصلی آنها که آنها را از سایر انواع موتورها متمایز می کند اینست که با اعمال پالس به ترمینال های آن (عموما پالس های موج مربعی) موقعیت شفت یا محور موتور به میزان مشخص و از پیش تعیین شده ای (در هنگام تولید موتور) دوران می کند. هر پالس به میزان مشخصی زاویه محور را تغییر می دهد. در استپر موتور ها در اطراف هسته مرکزی چندین الکترومگنت (آهنربای های الکتریکی) دندانه دار قرار دارند و در مرکز نیز یک سیلندر آهنی دندانه دار (به شکل چرخ دنده) وجود دارد. این الکترومگنت ها بوسیله ی یک کنترلر خارجی (به عنوان مثال میکرو کنترلر) فعال و غیر فعال می شوند. با برانگیخته شدن اولین الکترومگنت، سیلندر مرکزی دندانه دار شروع به چرخش می کند تا دندانه های روی سیلندر دقیقا مقابل دندانه های اولین الکترو مگنت قرار بگیرند. (به خاطر داشته باشید در این حالت دندانه های سیلندر مرکزی فقط با دندانه های اولین الکترومگنت مطابقت می نماید و با دندانه های سایر الکترومگنت ها انطباق ندارد.) با فعال شدن الکترومگنت بعدی و غیر فعال شدن اولین الکترومگنت، دندانه های روی روتور (ROTOR) با دندانه های الکترومگنت بعدی منطبق می شود به هر یک از این چرخش ها یک پله یا یک استپ می گویند و بدین شکل یک استپ به جلو یا عقب حرکت می کند. با ادامه این فرآیند موتور به چرخش ادامه می دهد. استپ موتور ها می توانند به این شکل زوایای دقیقی را بپیمایند.

کاربرد استپر موتورها

هرچند کاربرد استپر موتورها امروزه بسیار گسترده است اما استپ موتورها را می توان در وسایلی مانند CNC ها، پرینترهای سه بعدی (3D PRINTS)، پرینتر های جوهر افشان، اسکنر ها، پلاتر ها، فلاپی درایو ها، دی وی دی درایو ها ( DVD Drive)، لنز بعضی از دوربین های دیجیتال یافت که البته این موارد گوشه ای از کاربرد استپ موتور هاست. به طور کلی برای سیستم هایی که نیاز است موقعیت دقیق (افقی، عمودی) یا زاویه دقیق را تعیین کنیم می توانیم از استپ موتور ها استفاده نماییم.

استپ موتور ها در ساخت ماشین های عددی مانند CNC در صنعت استفاده های فراوانی دارند. همچنین استپ موتور ها در صنایع رباتیک نیز کاربرد وسیعی برای ساخت  بازوها و سایر اجزای دقیق ربات را به خود اختصاص داده اند.

استپر موتور در صنایع خودروسازی نیز کاربرد دارد و یکی از موارد کاربرد استپ موتور در خودروها کنترل میزان دور موتور (گاز)، افزایش دور موتور هنگام استفاده از کولر، جلوگیری از کاهش ناگهانی دور موتور و در کل ایجاد تعادل و کنترل دور موتور می باشد.

اصول کارکرد استپر موتورها

موتورهای DC زغالی زمانیکه ولتاژ به ترمینالهای آنها تزریق می‌گردد به نرمی حرکت می‌کنند. استپ موتور بوسیله قابلیت تبدیل پالسهای ورودی به فواصل کوچک مشخص در موقعیت شفت شناخته می‌شوند. هر پالس شفت را به یک زاویه مشخص می‌برد. استپ موتورها اساساً دارای دندانه‌های مغناطیسی در اطراف یک شفت مرکزی از جنس آهن می‌باشند. الکترومغناطیسها بوسیله یک مدار راه انداز خارجی یا یک میکروکنترلر تغذیه می‌گردند. جهت چرخاندن شفت ابتدا به یکی از مغناطیس‌ها توان داده می‌شود، که مغناطیس باعث جذب دندانه‌های دنده می‌گردد. زمانیکه دندانه دنده روبروی اولین مغناطیس می‌ایستد، نسبت به مغناطیس بعدی دارای یک فاصله می‌باشد. این به معنای آنست که در صورت روشن شدن الکترومغناطیس بعدی و خاموش شدن اولی دنده به آهستگی می‌چرخد تا دندانه روبروی مغناطیس دوم قرار گیرد. از آنجا فرایند آغاز می‌گردد. هر یک از این چرخشها یک گام (استپ) نامیده می‌شود، تعداد مشخصی از این گامها یک دور کامل موتور را می‌سازند (دقت شود نسبت تعداد گامها به دور موتور همواره یک عدد صحیح است). و به این ترتیب یک موتور می‌تواند با زوایای مشخص بچرخد.

انواع استپ موتورها

چهار نوع اصلی از استپ موتورها وجود دارد:

استپ موتورهای با مغناطیس دائم

استپ موتورهای سنکرون هیبرید

استپ موترهای با مقاومت مغناطیسی متغیر

استپ موتورهای لاوت LAVET TYPE

روتور موتورهای مغناطیس دائم(PM) از مغناطیسهای دائم تشکیل گردیده است و و با جاذبه و دافعه بین مغناطیس روتور و مغناطیس استاتور عمل می‌نماید. موتورهای با مقاومت مغناطیسی متغیر از یک صفحه آهنی به عنوان روتور استفاده گردیده و بر این اساس عمل می‌نماید که حداقل مقدار مقاومت مغناطیسی، زمانیکه روتور در حال جذب به سمت قطبهای استاتور است، زمانی رخ می‌دهد که حداقل فاصله وجود دارد. گروه سوم را به این دلیل هیبرید می‌نامند که در ساختار آنها از دو تکنیک مغناطیس دائم و مقاومت مغناطیسی متغیر با هم، جهت رسیدن به حداکثر توان در کوچکترین فضا استفاده شده است

مزایا و معایب استپ موتور ها

مزایا

کنترل دیجیتالی ساده

فاقد خطای تجمعی

توقف ناگهانی بدون آسیب

بدون جاروبک

بدون نیاز به فیدبک

پایدار

ساختمان مکانیکی ساده

راه‌اندازی ساده و ارزان

عدم نیاز به سرویس و نگهداری

معایب

توان خروجی محدود

دوارن با پله ثابت

قادر به تغذیه بار با اینرسی زیاد نیست.

پرش و نوسان زیاد

راندمان کم