Les moteurs pas à pas sont moteurs CC sans balais qui se déplacent par étapes discrètes, offrant un contrôle précis sans nécessiter de retour d'information de la part d'un capteur de position. Ces moteurs convertissent les impulsions électriques en pas angulaires définis, ce qui permet un positionnement précis ou une rotation continue. Les moteurs pas à pas sont utilisés dans des applications nécessitant un positionnement précis, telles que robotiqueLes machines à commande numérique, les imprimantes 3D et les textile des machines.
Types de moteurs pas à pas
Les moteurs pas à pas sont classés en trois catégories principales en fonction de la structure de leur rotor :
1. Moteurs pas à pas à aimant permanent (PM): Ces moteurs ont des rotors constitués d'aimants permanents, qui interagissent avec les électroaimants du stator pour créer une rotation et un couple. Les moteurs pas à pas à aimants permanents sont généralement moins gourmands en énergie et produisent plus de couple par unité de puissance d'entrée. Cependant, ils peuvent avoir des angles de pas plus grands, ce qui sacrifie la précision par rapport à d'autres types de moteurs.
2. Moteurs pas à pas à réluctance variable (VR): Les moteurs pas à pas VR ont des rotors construits en fer ordinaire et ressemblent à un engrenage avec des dents. Ils fonctionnent selon le principe que les dents du rotor sont attirées par les pôles magnétiques du stator en raison d'une réluctance minimale (l'équivalent magnétique de la résistance électrique)[4]. Les pas à pas VR offrent généralement un degré élevé de résolution angulaire, mais souvent au détriment du couple. Ils ont également des crans d'arrêt lorsqu'ils sont sous tension, mais pas lorsqu'ils sont hors tension.
3. Moteurs pas à pas synchrones hybrides (HS): Ces moteurs combinent les caractéristiques des moteurs pas à pas PM et VR. Le rotor est doté d'un noyau à aimant permanent et la circonférence est constituée de fer lisse avec des dents. Cette conception hybride permet d'obtenir une résolution angulaire et un couple élevés. Les moteurs pas à pas hybrides offrent un couple de maintien élevé, ce qui permet au moteur de conserver sa position même lorsqu'il est hors tension.
Autres classifications
Outre la structure du rotor, les moteurs pas à pas peuvent également être classés en fonction de leur structure :
Nombre de phases du stator: Les moteurs pas à pas peuvent être monophasés, biphasés, triphasés, quadriphasés ou quinphasés, en fonction du nombre d'enroulements sur le stator. Les moteurs pas à pas biphasés sont couramment utilisés en raison de leur équilibre entre simplicité et performance. Les moteurs comportant plus de phases peuvent offrir un fonctionnement plus souple et une plus grande précision, mais leur configuration est plus complexe.
Winding Type (Unipolar vs. Bipolar): Cette classification s'applique aux moteurs biphasés.
Moteurs unipolaires : Utiliser une seule polarité de courant. Ces moteurs ont un circuit d'attaque plus simple mais produisent généralement moins de couple car seule la moitié des bobines peut être alimentée à la fois.
Bipolar Motors: Utiliser deux polarités de courant, ce qui nécessite un circuit de pont en H plus complexe pour inverser le flux de courant à travers les phases. En alternant la polarité, toutes les bobines peuvent être utilisées, ce qui permet d'obtenir un couple plus élevé.
Nombre de fils : Les moteurs à 8 fils sont les plus polyvalents, car ils peuvent être configurés de différentes manières.
Modes de fonctionnement
Les moteurs pas à pas peuvent être pilotés selon différents modes de fonctionnement, ce qui influe sur leur angle de pas et leur couple :
Mode pas à pas : Le rotor passe par un certain nombre d'étapes distinctes pour chaque rotation de 360° de l'arbre du moteur. Lors d'un fonctionnement à pas complet, deux phases du stator sont toujours alimentées, ce qui permet d'obtenir un couple maximal mais limite la résolution angulaire.
Mode demi-pas : Le rotor passe par deux fois plus de pas distincts qu'en mode pas à pas complet. Pendant le fonctionnement en demi-pas, il y a une alternance entre une ou deux phases sur le stator, ce qui permet de doubler le niveau de résolution angulaire pour une plus grande précision de positionnement, mais au détriment du couple.
Mode micro-pas : Les phases du stator peuvent être excitées, désexcitées ou partiellement excitées, ce qui permet de réaliser de très petits pas et un positionnement très précis. Cependant, le couple nominal peut être réduit jusqu'à 30%.
Il est essentiel de comprendre les différents types et modes de fonctionnement des moteurs pas à pas pour sélectionner le bon moteur pour une application spécifique.