بررسی انواع موتور پله ای یا استپر موتور و عملکرد آنها

موتور پله ای یا استپر موتور از انواع موتور های بدون جاروبک یا براش لس (brushless) است که امروزه در صنعت کاربرد گسترده ای دارد. این موتورها با توجه به میدان مغناطیسی به وجود آمده داخل موتور کار می کنند. موتورهای پله ای در انواع مختلف ساخته و استفاده می شوند.

در ادامه به بررسی ساختار این موتورها، نحوه کار، انواع و کاربرد های آن می پردازیم.

موتور پله ای چگونه کار می کند؟

تفاوت اصلی استپر موتورها (stepper motor) با دیگر انواع موتور الکتریکی و الکترونیکی در ساختار و نحوه کار آن ها است. موتورهای پله ای به گونه ای طراحی شده اند که برخلاف دیگر الکتروموتورهای معمولی، توانایی کار کردن به صورت گسسته یا پله ای را دارند.

یکی از عواملی که باعث ایجاد دقت بالا در استپر موتورها شده است، برنامه ریزی و طراحی دقیق آن ها است که بتوانند در زوایای خاصی حرکت کنند. از طرفی می توان بدون فیدبک آن ها را کنترل کرد که نشان دهنده دقت بالای آن ها است.

در موتورهای پله ای استاتور و روتور نقش اصلی را دارند. تعداد دندانه های استاتور و روتور می تواند بسته به نوع استپر موتور و صنعت مورد نظر متفاوت باشد؛ اما نحوه کار در آن ها از یک روند کلی پیروی می کند. استپر موتورها طبق اصول الکترومغناطیس کار می کنند و قرار گرفتن روتور و استاتور و زاویه آن اهیمت زیادی دارد. به صورت کلی موقعیت قرارگیری دندانه های روتور در برابر استاتور، دارای 3 حالت می باشد.

• تراز: آن دسته از دندانه های روتور که کاملا منطبق و روبه روی دندانه های استاتور هستند، اصطلاحا تراز با آن ها هستند. همین امر باعث به وجود آمدن میدان مغناطیسی قوی در آن ها می شود.
• نیم تراز: زمانی که دسته ای از دندانه های روتور هم تراز با استاتور است، بخش از آن ها با داشتن میزان کم تری از حالت انطباق، به صورت نیم تراز قرار می گیرند.
• غیرتراز: حالت سومی که دندانه های روتور قرار می گیرند، به صورت غیر تراز با دندانه ها استاتور است. در این دسته دندانه ها هیچ انطباقی با هم ندارند. در نتیجه میدان مغناطیسی در این گروه وجود ندارد.

تمامی حالت های فوق با استفاده از ولتاژ ورودی و ایجاد شدن میدان مغناطیسی در موتور صورت می گیرد. نحوه کار موتور پله ای در تصویر زیر مشخص است:

همانطور که در تصویر مشخص است، هرچقدر تعداد پله ها بیشتر باشد، موتور با زاویه کوچک تری حرکت می کند. به عنوان مثال اگر استپر موتور دارای 200 پله باشد، آنگاه اندازه زاویه هر گام برابر با °1.8 خواهد بود. همین ویژگی در موتورهای پله ای باعث شده تا دقت در آن ها افزایش یابد.

انواع موتور پله ای

استپر موتورها را با توجه به طراحی و کاربری می توان به 3 دسته کلی تقسیم کرد:

موتور پله ای رلوکتانس متغیر یا VR

این نوع از موتروهای پله ای امروزه کاربرد چندانی ندارند. طراحی این نوع استپ موتور نسبت به انواع دیگر ساده تر است و امکان کار در گشتاور های بالا را ندارد.

موتور پله ای مغناطیس دائم یا PM

این موتور نیز دارای ساختاری ساده می باشد. یکی از تفاوت های استپر موتور مغناطیس دائم با دیگر موتورهای پله ای نداشتن دندانه در روتور آن است. همچنین این موتور توانایی به وجود آموردن گشتاورهای بزرگتری نسبت به نوع قبل داردو با این وجود به دلیل طراحی ساده و توانایی آن، امکان کار در امور صنعتی را ندارد.

موتور پله ای هیبریدی

موتور پله ای هیبرید توانمندی فوق العاده ای در امور صنعتی مختلف دارند. در ساخت این موتور هم از طراحی نوع PM و هم از طراحی نوع VR استفاده شده است. همین امر نیز باعث عملکرد بهتر این استپ موتور شده است.

کاربرد موتور پله ای

استپرموتورها چون دارای دقت بالایی هستند برای کاربردها و صنایعی که نیاز به یافتن موقعیت دقیق دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد دیگر استپر موتورها برای کارهایی است که باید به صورت دوره ای و متناوب (مرتبا) انجام شوند.

از جمله صنایعی که در آن ها از موتور پله ای استفاده می شود، می توان به رباتیک، صنایع پزشکی، دوربین های سه بعدی، دستگاه های CNC و… اشاره کرد.