Động Cơ Bước (Stepper Motor)

Động cơ bước (Stepper Motor) đang được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng là một thành phần trong hệ thống chuyển động của các loại máy CNC, camera an ninh, máy ảnh,… Vậy động cơ bước là gì, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Hãy cùng Elecfarm tìm hiểu qua bài viết sau.

1. Cấu tạo

Cấu tạo của động cơ bước gồm: Rotor và stator.

• Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếp chồng lên nhau. Trên các lá nam châm này lại được chia thành các cặp cực đối xứng với nhau.
• Stator được cấu tạo bằng sắt từ, được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây.

2. Nguyên lí hoạt động

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường mà quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao.

Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất, đó là:

• Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha.
• Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau.
• Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước đủ. Giá trị của góc bước nhỏ hơn 2 lần và số bước cũng tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bằng bước đủ. Tuy nhiên, phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp.
• Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước. Từ đó, cho phép động cơ bước dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước.

3. Phân loại động cơ bước (Stepper Motor)

Động cơ bước được phân loại như sau:

• Phân loại dựa vào số pha của động cơ:
  • Động cơ bước 2 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước 1.8 độ.
  • Động cơ bước 3 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước là 1.2 độ.
  • Động cơ bước 5 pha sẽ tương ứng với góc bước là 0.72 độ.
• Phân loại dựa vào rotor:
  • Động cơ bước có rotor được làm bằng dây quấn hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu.
  • Động cơ bước thay đổi từ trở. Nó là loại động cơ có rotor không được tác động nhưng lại có phần tử cảm ứng.
• Phân loại theo cực của động cơ:
  • Động cơ đơn cực.
  • Động cơ lưỡng cực.

4. Ứng dụng

Động cơ bước hiện nay được ứng dụng rất nhiều và ngày càng phổ biến. Nó được thực hiện bởi các lệnh đã được mã hoá tự động dưới dạng số. Ứng dụng trong các lĩnh vực:

• Các thiết bị tự động hoá cần sự chính xác cao. Các loại máy móc công nghiệp hiện đại, phục vụ cho quá trình gia công cơ khí như: Máy cắt plasma CNC, máy cắt CNC laser, máy khắc gỗ…
• Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng trong các loại ổ đĩa cứng, máy in,…
• Trong lĩnh vực an ninh bảo mật, động cơ bước chính là thành phần chuyển động của camera.
• Trong y tế, động cơ bước được sử dụng để sản xuất máy quét y tế, máy lấy mẫu, máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, máy bơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc và các loại máy móc phân tích mẫu máu.
• Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, động cơ bước được dùng trong quá trình chế tạo máy ảnh, tạo ra chức năng lấy nét chính xác cho máy ảnh, chức năng thu phóng camera kỹ thuật số tự động hay các loại máy in 3D.

5. Các tham số kĩ thuật

Khi lựa chọn động cơ bước (stepper motor), ta cần lưu ý các tham số sau:

• Số bước của động cơ
• Dòng điện tiêu thụ tối đa của mỗi pha
• Điện trở của từng pha
• Hiệu điện thế hoạt động
• Kích thước và khối lượng động cơ
• Số dây và lực moment xoắn của động cơ