Stepper Motor (động cơ bước) là một loại động cơ đặc biệt được thiết kế để di chuyển theo từng bước nhỏ, tức là di chuyển với một góc xác định trong mỗi bước quay. Điều này khác biệt so với các loại động cơ thông thường, vì Stepper Motor không yêu cầu bộ phận điều khiển phức tạp để xác định vị trí của nó. Thay vào đó, động cơ này di chuyển qua các bước nhỏ, mỗi bước tương ứng với một góc quay cố định.
Đặc điểm nổi bật của Stepper Motor là khả năng điều khiển rất chính xác và ổn định, giúp chúng có thể thực hiện các chuyển động chính xác mà không cần các cảm biến quá phức tạp. Với khả năng di chuyển qua từng bước nhỏ, Stepper Motor có thể xác định và duy trì vị trí chính xác mà không cần bộ mã hóa (encoder), giúp tiết kiệm chi phí và giảm độ phức tạp trong thiết kế hệ thống điều khiển.
Phân loại Stepper Motor
|
Phân loại |
Loại 1 |
Loại 2 |
Loại 3 |
|
Phân loại theo phần ứng (rô tơ) |
Stepper Motor có phần ứng làm từ dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu |
Stepper Motor có phần ứng không bị tác động, nhưng có phần từ cảm ứng và phản kháng |
Stepper Motor có phần ứng kết hợp cả hai loại trên |
|
Phân loại theo cực |
Stepper Motor unipolar (đơn cực): Các cuộn dây có một đầu trung tâm nối từ vị trí chính giữa của mỗi cuộn dây |
Stepper Motor bipolar (lưỡng cực): Các cuộn dây không có đầu nối từ trung tâm |
|
|
Phân loại theo số pha |
Stepper Motor 2 pha: 4, 6 hoặc 8 dây |
Stepper Motor 3 pha: 3 hoặc 4 dây |
Stepper Motor 5 pha: 5 hoặc 10 dây |
Nguyên lý hoạt động của Stepper Motor
Stepper Motor hoạt động theo nguyên tắc quay từng bước một thay vì quay liên tục như các động cơ thông thường. Điều này có nghĩa là nó di chuyển theo các bước nhỏ, mỗi bước tương ứng với một góc quay cụ thể. Động cơ này được điều khiển bởi các mạch chuyển đổi điện tử, và các tín hiệu điều khiển sẽ được đưa vào các pha của động cơ theo một thứ tự và tần số cố định.
Tổng số góc quay của rôto sẽ tương ứng với số lần chuyển đổi, và chiều quay, cũng như tốc độ quay của rôto, phụ thuộc vào thứ tự và tần số của các tín hiệu điều khiển. Các loại điều khiển khác nhau sẽ ảnh hưởng đến công suất, mô-men xoắn và độ chính xác của động cơ.
|
Loại điều khiển |
Mô tả |
Công suất |
Mô-men xoắn |
Đặc điểm |
|
Điều khiển đủ bước (Full-Step) (1 pha) |
Điều khiển đơn giản, công suất thấp, phù hợp với các ứng dụng ít yêu cầu công suất. |
25% (đơn cực), 50% (lưỡng cực) |
Mô-men xoắn yếu |
Dễ dàng thực hiện, nhưng công suất thấp. |
|
Điều khiển đủ bước (Full-Step) (2 pha) |
Cấp điện cho hai cuộn dây đồng thời, tăng công suất và mô-men xoắn so với 1 pha. |
Cao hơn so với 1 pha |
Mô-men xoắn cao hơn |
Tăng công suất, chính xác và mạnh mẽ hơn. |
|
Điều khiển nửa bước (Half-Step) (1 hoặc 2 pha) |
Kết hợp giữa điều khiển 1 pha và 2 pha, giúp động cơ hoạt động mượt mà hơn với công suất cao hơn. |
Cao hơn so với Full-Step |
Mô-men xoắn tốt, giảm rung lắc |
Mượt mà hơn, giảm rung lắc, hiệu quả cao hơn. |
So sánh Stepper Motor với Servo Motor trong điều khiển CNC
|
Tiêu chí |
Stepper Motor |
Servo Motor |
|
Nguyên lý hoạt động |
Quay theo từng bước cố định, điều khiển qua mạch điện tử |
Quay liên tục và có phản hồi vị trí chính xác từ encoder |
|
Độ chính xác |
Cao, nhưng độ chính xác phụ thuộc vào bước nhỏ nhất của động cơ |
Rất cao nhờ có hệ thống phản hồi chính xác |
|
Mô-men xoắn |
Mô-men xoắn thấp ở tốc độ cao, phù hợp với tải nhẹ |
Mô-men xoắn ổn định ở nhiều tốc độ và tải nặng hơn |
|
Hiệu suất |
Thấp, đặc biệt khi không tải hoặc khi có tải thay đổi |
Cao, đặc biệt là khi tải thay đổi |
|
Ứng dụng |
Phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác thấp và tốc độ thấp, chẳng hạn như máy in 3D, máy CNC nhỏ |
Phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi mô-men xoắn cao và tốc độ ổn định như robot, máy CNC công nghiệp |
|
Chi phí |
Thấp hơn so với Servo Motor |
Cao hơn do hệ thống điều khiển và phản hồi phức tạp hơn |
|
Độ bền và độ tin cậy |
Thường xuyên bị quá nhiệt và mài mòn vì không có phản hồi |
Độ bền cao và tin cậy, có hệ thống phản hồi giúp điều khiển chính xác hơn |
|
Dễ dàng điều khiển |
Dễ dàng lập trình và điều khiển trong các hệ thống đơn giản |
Cần bộ điều khiển phức tạp hơn và các cảm biến chính xác |
|
Ứng dụng trong CNC |
Thường sử dụng trong các máy CNC đơn giản, ít tải, yêu cầu ít phản hồi |
Thường dùng trong các máy CNC công nghiệp, có tải nặng và yêu cầu độ chính xác cao |