اصول کارکرد استپ موتور(Stepper Motor) مانند همه موتورهای الکتریکی است، موتورهای پله ای دارای یک قسمت ثابت (استاتور) و یک قسمت متحرک (روتور) هستند. روی استاتور، دندانه هایی وجود دارد که سیم پیچ ها روی پیچ شده اند، در حالی که روتور، یک آهنربای دائمی یا یک هسته آهنی با رلوکتانس متغیر است.

عملکرد موتور پله ای به شرح زیر است:

با انرژی دادن به یک یا چند فاز استاتور، یک میدان مغناطیسی توسط جریانی که در سیم پیچ می گذرد ایجاد می شود و روتور با این میدان هماهنگ می شود.

با تامین فازهای مختلف به صورت متوالی می توان روتور را با مقدار مشخصی چرخاند تا به موقعیت نهایی مطلوب برسد. شکل 1 نمایشی از اصول کار را نشان می دهد.

در ابتدا، سیم پیچ A انرژی می گیرد و روتور با میدان مغناطیسی که تولید می کند در یک راستا قرار می گیرد. وقتی سیم پیچ B روشن می شود، روتور در جهت عقربه های ساعت 60 درجه می چرخد تا با میدان مغناطیسی جدید هماهنگ شود. هنگامی که سیم پیچ C روشن می شود همین اتفاق می افتد.

در تصاویر زیر، رنگ دندانه های استاتور جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ استاتور را نشان می دهد.

شکل1:نمایشی از اصول کار

شکل1:نمایشی از اصول کار استپ موتور

ساختار استپ موتور

برای استپ موتور، اساساً سه نوع روتور وجود دارد:

1-روتور آهنربای دائمی:

روتور یک آهنربای دائمی است که با میدان مغناطیسی تولید شده توسط مدار استاتور هماهنگ است. این راهکار، ایجاد یک گشتاور خوب و همچنین گشتاور بازدارنده را تضمین می کند. این بدان معنی است که موتور، حتی اگر خیلی قوی نباشد، در برابر تغییر موقعیت مقاومت می کند، صرف نظر از اینکه یک سیم پیچ برق دار باشد یا خیر.

ایراد این روش این است که نسبت به انواع دیگر سرعت و دقت کمتری دارد. شکل 2 نمایش بخشی از یک موتور پله ای آهنربای دائم را نشان می دهد.

بخشی از یک موتورپله ای آهنربای دائم

2-روتور با رلوکتانس متغیر:

روتور از یک هسته آهنی ساخته شده است و شکل خاصی دارد که به آن اجازه می دهد با میدان مغناطیسی همسو شود. با این روش رسیدن به سرعت و دقت بالاتر آسان تر است، اما گشتاور ایجاد شده اغلب کمتر است و گشتاور مهاری ندارد.

3-روتور هیبریدی:

این نوع روتور ساختار خاصی دارد و ترکیبی از آهنربای دائمی و مدل رلوکتانس متغیر است. روتور دارای دو کلاهک با دندانه های متناوب است و به صورت محوری مغناطیسی می شود.

این پیکربندی به موتور اجازه می دهد تا از مزایای هر دو نسخه آهنربای دائمی و رلوکتانس متغیر، به ویژه دقت، سرعت و گشتاور بالا برخوردار باشد. ایجاد این ساختار مستلزم ساخت و ساز پیچیده تر و در نتیجه هزینه بالاتر است.

استاتور

استاتور بخشی از موتور است که مسئول ایجاد میدان مغناطیسی است که روتور قرار است با آن تراز شود. مشخصات اصلی مدار استاتور شامل تعداد فازها و جفت قطب های آن و همچنین نوع سیم بندی می باشد.

تعداد فازها برابر با تعداد سیم پیچ‌های مستقل است، در حالی که تعداد جفت‌های قطب نشان می‌دهد که چگونه جفت‌های اصلی دندنه ها توسط هر فاز اشغال شده‌اند. موتورهای پله ای دو فاز بیشترین استفاده را دارند، در حالی که موتورهای سه فاز و پنج فاز کمتر رایج هستند.

شکل 3: دو فاز، استاتور تک قطبی (سمت چپ) و دو فاز، استاتور دوقطبی (راست). حروف میدان مغناطیسی ایجاد شده در لحظه اعمال ولتاژ مثبت بین A+ و A- را نشان می دهند.

اکنون که با نحوه کارکرد استپ موتور آشنا شدید، بهتراست انواع استپ موتور، کاربرد استپ موتور، کنترل استپ موتور را نیز مطالعه کنید.

منبع: MPS