Motore passo-passo - Motori passo-passo a magnete permanente bipolare, Motori in CC, Componenti del motore in CC

Motore passo-passo

Stepper motor, è un dispositivo elettromeccanico che trasforma un segnale elettrico in un movimento meccanico angolare discreto. La rotazione dell'albero motore non è continua ma avviene solo per spostamenti angolari finiti. Questo motore è costruito in modo tale che ad ogni impulso il rotore, che è un magnete permanente, ruota di una frazione d'arco; questo angolo è detto passo angolare. Dopo aver ruotato, il rotore si ferma e presenta una coppia di mantenimento elevata. La rotazione è in funzione del numero di impulsi, mentre il senso di rotazione dipende dall'ordine con cui gli impulsi sono applicati. I motori passo-passo permettono di controllare la rotazione compiuta dall'albero motore senza richiedere, come avviene per i motori in CC, un sistema di controllo ad anello chiuso. Sono robusti e affidabili perchè non presentano parti soggette ad usura come le spazzole.

Motori passo-passo a magnete permanente bipolare

Sono formati da un rotore a magnete permanente circondato dalle espansioni polari dello statore che sostengono gli avvolgimenti di eccitazione. Questo motore può essere eccitato in 3 modi:

a fase singola: gli avvolgimenti vengono alimentati secondo la sequenza a 4 passi AB/CD/BA/DC; il rotore ruota a ogni passo di 90° e l'intera sequenza corrisponde a un giro completo del rotore.

a due fasi: gli avvolgimenti sono alimentati contemporaneamente secondo la sequenza a 4 passi AB-CD/CD-BA/BA-DC/DC-AB e il rotore si allinea fra le due espansioni polari, questo modo di eccitazione, che genera una coppia motrice più elevata portando il rotore a ruotare a ogni passo di 90°.

a mezzo passo: l'alimentazione riguarda prima una fase poi entrambe, successivamente solo la seconda, ecc; il passo di rotazione, a ogni cambiamento di fase, è di 45°, e la sequenza di comando è a otto passi: AB/AB-CD/CD/CD-BA/BA/BA-DC/DC/DC-AB/.

Motori in CC

Il motore in corrente continua (brevemente motore in CC) è stato il primo motore elettrico realizzato, ed è tuttora utilizzato ampiamente per piccole e grandi potenze. Sono a corrente continua (o comunque alimentabili in corrente continua) numerosi motori di piccola potenza per usi domestici, come anche motori per trazione ferroviaria e marina della potenza di molte centinaia di kW.

Esso è una macchina elettrica costituita da due parti, una fissa (statore) e una mobile (rotore), e da un commutatore elettromeccanico costituito da un collettore a segmenti separati fra loro e da una coppia di spazzole. L'asse del rotore si prolunga in un albero che fuoriuscendo dal corpo del motore, permette la connessione dell'oggetto che deve essere posto in rotazione (carico meccanico). La parte fissa della macchina genera il flusso magnetico, mentre la parte mobile attraverso il controllo della corrente che attraversa le spire, controlla la coppia motrice e la velocità di rotazione.

I motori in CC differiscono tra loro per il modo con cui viene prodotto il flusso magnetico.

Nei motori a magnete permanente il flusso viene creato da espansioni polari costituite da materiali magnetizzati, nei motori a elettroinduzione magnetica il flusso viene generato da bobine avvolte su espansioni polari applicate allo statore. La corrente che attraversa la bobina di statore è detta corrente di eccitazione e il flusso magnetico generato è il flusso di eccitazione.

Componenti del motore in CC:

Rotore: è in genere di forma cilindrica a struttura lamellare ed è realizzato in ferro o plastica. Il tipo in plastica ha un valore di inerzia basso per cui i motori che lo impiegano sono utilizzati quando è richiesto un tempo di risposta rapido (plotter, stampanti)

Coppia: la coppia che viene generata non si mantiene costante durante la rotazione, ma conserva sempre lo stesso verso. La coppia si divide in due tipi: coppia motrice-corrente di armatura e la coppia motrice velocità (la velocità viene espressa in numeri di giri al minuto)

Il commutatore meccanico: provvede ad attivare la base del motore, che di volta in volta è posizionata in modo da generare un campo magnetico perpendicolare.

Le spazzole: sono soggette ad una forte usura dovuta all'attrito durante la rotazione, vengono realizzate in carbone o materiali metallici preziosi; questi ultimi hanno il vantaggio di avere un lungo ciclo di vita e di consentire un miglior controllo della velocità, ma anche l'ovvio svantaggio del costo elevato.

Motori senza spazzole o BRUSHLESS: funzionano con lo stesso principio dei normali motori in CC, ma in essi viene eliminato il commutatore meccanico a collettore, sostituito da un commutatore elettronico. Il motore senza spazzole è formato da tre parti:

uno statore che porta 3 avvolgimenti organizzati in 3 fasi (A, B, C) disposte a 120° l'una dall'altra.

un rotore a magnete permanente

un commutatore elettronico costituito da: un trasduttore di posizione di tipo ottico o magnetico, un circuito logico di commutazione e interruttori elettronici (transistor)

Metodo di pilotaggio PWM: la regolazione della velocità PWM può essere realizzata alimentando il motore con un segnale impulsivo di frequenza adeguata controllando il tempo di conduzione nel periodo; la tensione di alimentazione non viene applicata con continuità, ma solo per brevi periodi di tempo. In questo modo si può variare il valore della corrente di armatura. poiché la velocità di rotazione è direttamente proporzionale alla corrente di armatura, si può regolare la velocità del motore variando il tempo di conduzione nel periodo. Questa tecnica di regolazione della velocità del motore viene detta modulazione di impulsi ( PWM, Pulse-width modulation).