Des moteurs pas à pas: de la mécanique de base aux systèmes de contrôle avancés

Moteurs pas à pas très fiables: puissance et précision dans le contrôle du mouvement

Les moteurs pas à pas sont souvent sous-estimés par rapport aux servomotors, mais ils offrent une fiabilité comparable.permettant un positionnement précis et un contrôle de la vitesseAvec un couple élevé à basse vitesse et une vibration minimale, ils excellent dans les applications de positionnement rapide et à courte distance.

Moteurs pas à pas: guide complet des principes, des types et des applications

"Les moteurs pas à pas? Les servo-moteurs doivent être plus performants". C'est une idée fausse commune quand on parle de moteurs pas à pas.Les moteurs pas à pas excellent dans diverses applications, des équipements industriels avancés aux instruments automatisés courantsCet article explique pourquoi ils demeurent un choix privilégié pour les systèmes de précision.

Bien que certains puissent négliger les moteurs pas à pas, leur rôle dans le contrôle de haute précision est essentiel dans tous les secteurs.appareils médicauxLes appareils électroniques, les instruments d'analyse, les étapes de précision, les systèmes financiers, les machines d'emballage alimentaire, et même les réglages d'ouverture de caméra® prouvent leur polyvalence dans des environnements exigeants et critiques de précision.

Pourquoi utilisez-vous un moteur pas à pas?

Facile à utiliser: 34%
Pas cher: 17%
Opérations simples: 16%
Pas besoin de réglage: 12%
Autres: 21%
*# des personnes interrogées: 258 (réponse multiple permise) / recherchées par Oriental Motor

Principaux avantages: facilité d'utilisation, fonctionnement simple et faible coût

Selon une enquête menée auprès d'utilisateurs de moteurs pas à pas, beaucoup les préfèrent pour leur facilité d'utilisation, leur fonctionnement simple et leurs avantages à faible coût directement liés à leur conception structurelle et système.La mécanique simple et la configuration des moteurs pas à pas expliquent naturellement ces avantagesCependant, certains lecteurs peuvent remettre en question leur précision et leurs performances de couple.En comprenant les caractéristiques du moteur pas à pas et en les adaptant aux besoins opérationnelsLes utilisateurs peuvent réduire efficacement les coûts de l'équipement.

Haute précision d'arrêt avec des performances rapides à basse/moyenne vitesse

Les moteurs pas à pas offrent une précision d'arrêt exceptionnelle et permettent un contrôle précis en boucle ouverte.Sans erreur de pas cumuléeLeur conception sans encodeur simplifie le système d'entraînement, réduisant les coûts tout en maintenant la fiabilité.

Le point 1
Une précision d'arrêt fantastique.

Par exemple, lors de la conversion de la précision d'arrêt ±0,05° d'un moteur pas à pas vers le mécanisme à vis à bille:

Conditions de fonctionnement:
• Moteur: série RK II

• Plomb de vis à bille: 10 mm

Résistance à l'éblouissement

Généralement, la précision d'une vis à bille de mise au sol est de ±10 μm.indiquant que la précision d'arrêt d'un moteur pas à pas est beaucoup plus élevée que celle des types de vis à billes.

Les moteurs pas à pas excellent dans le couple bas/moyen régime, un facteur de différenciation clé par rapport aux servomotors, qui fournissent un couple constant à des vitesses moyennes à élevées et conviennent aux tâches à longue course et à haute rotation.,Les moteurs pas à pas sont dotés d'une courbe de couple non plate: le couple de pointe à basse/moyenne vitesse diminue considérablement à haute vitesse.où ils fournissent:

• Un couple élevé aux vitesses requises pour un positionnement rapide dans des tâches telles que les tables à rotation multiple ou le découpage.
• Des performances stables à basse vitesse (un défi pour les servos), avec un besoin minimal de fonctionnement à grande vitesse, car les tâches à courte course ralentissent et s'arrêtent avant d'atteindre le RPM maximal.

En bref, les pas à pas optimisent le couple là où il compte le plus: la plage basse/moyenne vitesse critique pour les applications à courte distance et à précision.

Une grande réactivité et une excellente synchronisation

La troisième caractéristique remarquable des moteurs pas à pas est leur réactivité.Au contraireLes servomoteurs fonctionnent en temps réel avec des impulsions entrantes, minimisant la latence et assurant une réponse rapide.

Ce qui rend les moteurs pas à pas idéaux pour les applications nécessitant une synchronisation multi-moteur.Les moteurs pas à pas peuvent coordonner avec précision les mouvements, assurant un transfert de planches sans couture entre les convoyeurs.

Le point 2
Excellente portée basse / moyenne vitesse!

Exemple: le couple d'un châssis de moteur de 85 mm est équivalent à un couple nominal d'un servo-moteur de 400 W à 1000 tr/min.

Pour un positionnement à courte distance, il est essentiel d'avoir un couple élevé dans la plage de vitesses basse / moyenne.

Le point 3
Une grande réactivité!

Applications appropriées

Outre une application de coupe avec démarrage et arrêt fréquents, les moteurs pas à pas conviennent au positionnement de processeurs de vérification d'image qui n'aiment pas les vibrations,moteurs à cames difficiles à régler avec des servo-moteursEn outre, le coût est considérablement réduit en remplaçant un entraînement à vis à bille par un entraînement à courroie.

L'avantage des grandes caractéristiques

Outre la réduction des coûts, les moteurs pas à pas présentent de nombreux avantages en termes de performance..Plus bas, des informations détaillées sur les moteurs pas à pas, telles que la structure de base, le système et les applications d'exemples, sont introduites pour plus d'informations sur les moteurs pas à pas.

Les bases des moteurs pas à pas

Fonctionnement et structure

Un moteur pas à pas tourne avec un angle de pas fixe, comme la seconde aiguille d'une horloge.Un positionnement très précis peut être effectué avec la commande en boucle ouverte grâce à la structure mécanique du moteur.

Positionnement précis (nombre d'étapes)

Tout en ayant un contrôle total de la rotation et de la vitesse, la structure simple des moteurs pas à pas est réalisée sans utiliser de composants électriques, tels qu'un codeur à l'intérieur du moteur.Les moteurs pas à pas sont très robustes et ont une fiabilité élevée avec très peu de défaillancesEn ce qui concerne la précision d'arrêt, ± 0,05° (sans erreurs de pente cumulées) est très précis.Parce que le positionnement des moteurs pas à pas est effectué par commande en boucle ouverte et actionné par le stator magnétisé et rotor magnétique avec de petites dentsLes moteurs pas à pas ont un mécanisme de suivi plus élevé vers les commandes que celui des servo-moteurs.dont la rigidité est faible.

Utile pour le contrôle de vitesse et de position

Lorsque des impulsions sont transmises à un conducteur par un générateur d'impulsions, les moteurs pas à pas se positionnent en fonction du nombre d'impulsions d'entrée.8° pour les moteurs pas à pas à deux phases. La vitesse de rotation du moteur pas à pas est déterminée par la vitesse de la fréquence d'impulsion (Hz) donnée au conducteur,et il est possible de changer librement la rotation du moteur en changeant simplement le nombre d'impulsions d'entrée ou fréquences au conducteurLes moteurs pas à pas servent non seulement de moteurs de contrôle de position, mais aussi de moteurs de contrôle de vitesse à haute synchronisation.

Les moteurs pas à pas utilisent:

• positionnement répétitif à haute fréquence des angles de pas fixes
• Position qui nécessite un temps d'arrêt long en raison d'un réglage de la largeur, etc.
• Charges fluctuantes et rigidité changeante
• Position qui divise 1 cycle
• Points moteurs nécessitant un fonctionnement synchrone

Système d'exploitation

Contrôle simple sans capteur ni rétroaction

Comme il est possible d'effectuer un positionnement et un contrôle de position précis tout en synchronisant avec le nombre d'impulsions de commande et la vitesse, il n'y a pas besoin d'appareils tels qu'un capteur,pour le positionnementPar conséquent, l'ensemble du système est simple à construire. Si un contrôle avancé, tel qu'une opération d'interpolation, n'est pas nécessaire, le pilote de type fonction de contrôleur intégré est recommandé.Le coût est réduit en éliminant les contrôleurs, comme un générateur d'impulsions et des modules de positionnement PLC.

Type de capteur intégré en boucle fermée

Bien qu'un positionnement de grande précision soit possible avec le contrôle en boucle ouverte, que se passerait-il en cas de problème?un moteur de type encodeur ou un moteur de type capteur en boucle fermée (série AR) peut être utilisé.

Peut- on encore réduire les coûts?

Le problème commun chez les ingénieurs de conception est la réduction des coûts.a été réalisée sur la base du mécanisme à vis à billeLes détails de l'essai sont expliqués ci-dessous:

La mission

Mécanisme de mouvement linéaire

1Augmentez encore la vitesse
2. Réduire encore les coûts
[Conditions de l'équipement prévu à l'origine] Mécanisme: vis à bille + servo moteur Conditions telles que la charge, la vitesse et le plomb, indiquées à droite,sont déterminés sur la base du servo-moteur fixé à des vis à billes et à une plaque d'acier.

Le plan

Changez le mécanisme en poulie à courroie
• vis à bille si vous essayez d'augmenter la vitesse => le mécanisme de ceinture peut être plus approprié => 1000 mm/s à 1500 mm/s est possible avec le mécanisme de ceinture.Changez de ceinture si la précision de positionnement ne pose aucun problème. • Réduire considérablement les coûts si le passage à la courroie est possible => La courroie est peu coûteuse mais sa faible rigidité peut affecter la stabilité du fonctionnement du servo-moteur, même avec réglage automatique.

Problèmes

1Quelle est la différence entre la précision d'arrêt d'une vis et celle d'une ceinture?
2. Impact de faible rigidité... Impact sur le temps de réglage, évitant les problèmes de réglage
• Meilleure précision d'arrêt avec la vis. Pas de problème pour changer à la ceinture? => La précision d'arrêt requise par l'application est de ± 0,05 ~ 0,1 mm, ce qui n'est pas aussi précis que celui de la vis.C'est pourquoi, ça devrait être bon de le remplacer par la ceinture.
• Si vous passez à la courroie, la rigidité du mécanisme diminue, ce qui rend les mouvements du servo-moteur instables.Pour cette raisonLes moteurs à pas sont des moteurs à moteurs à pas, qui ne nécessitent aucun ajustement et sont résistants à une faible rigidité.

Évaluation

Mécanisme: Poulie à courroie + moteur: essayez avec le moteur pas à pas

Problèmes

1Quelle est la différence entre la précision d'arrêt d'une vis et celle d'une ceinture?
2. Impact de faible rigidité... Impact sur le temps de réglage, évitant les problèmes de réglage
• Meilleure précision d'arrêt avec la vis. Pas de problème pour changer à la ceinture? => La précision d'arrêt requise par l'application est de ± 0,05 ~ 0,1 mm, ce qui n'est pas aussi précis que celui de la vis.C'est pourquoi, ça devrait être bon de le remplacer par la ceinture.
• Si vous passez à la courroie, la rigidité du mécanisme diminue, ce qui rend les mouvements du servo-moteur instables.Pour cette raisonLes moteurs à pas sont des moteurs à moteurs à pas, qui ne nécessitent aucun ajustement et sont résistants à une faible rigidité.

Évaluation

Mécanisme: Poulie à courroie + moteur: essayez avec le moteur pas à pas

• Masse transportable -> Charge maximale admissible 7 kg • Vitesse de déplacement -> Améliorée à 800 mm/sec Moteur => En passant d'un moteur pas à pas à un servo-moteur, réduction des coûts de 50%!Mécanisme => En passant d'une vis à bille à un mécanisme à courroie, réduit le coût de 7%!

Résultats

Beaucoup de possibilités de réduire les coûts!
En procédant à une révision zéro du mécanisme ainsi qu'à la sélection du moteur en fonction des caractéristiques, nous avons réussi à augmenter les spécifications et à réduire les coûts,même avec la taille du moteur est devenu légèrement plus grandDans le passé, la sélection du moteur était faite sur la base de sa facilité d'utilisation ou de sa familiarité.Il était surprenant que les moteurs pas à pas soient plus abordables que prévuIl est nécessaire de réduire les coûts d'autres dispositifs utilisant cette méthode.tout en maximisant les caractéristiques motrices est la clé.

Qu'est-ce qui a une précision d'arrêt plus élevée: le moteur pas à pas ou le servo-moteur?

Enquête du client: à la recherche d'un moteur avec une bonne précision d'arrêt. Quelle est la différence entre les moteurs pas à pas et les servo-moteurs?

Supposition: Le servo-moteur CA de la série NX est équipé d'un codeur de 20 bits, il devrait donc avoir une résolution fine et une bonne précision d'arrêt.

Tout d'abord, il est nécessaire de clarifier la différence entre la résolution et la précision d'arrêt: la résolution est le nombre d'étapes par tour et elle est également appelée angle d'étape pour les moteurs pas à pas.Il est nécessaire lors de l'examen de la précision du positionnement requis doit êtreLa précision d'arrêt est la différence entre la position d'arrêt réelle et la position d'arrêt théorique.

Cela signifie-t-il que le servo-moteur à courant alternatif équipé d'un codeur de haute précision a une meilleure précision d'arrêt que les moteurs pas à pas?
Dans le passé, il n'y avait pas de problème avec le concept de "arrêt de précision des servo-moteurs étant égale à la résolution de l'encodeur dans ± 1 impulsion".Les servomoteurs récents sont équipés d'un codeur de 20 bits (1,048En raison de cela, les erreurs dues à la précision de l'installation du codeur ont un effet énorme sur l'arrêt de la précision.le concept de précision d'arrêt a légèrement commencé à changer.
Selon les tableaux de comparaison, la précision d'arrêt entre les moteurs pas à pas et les servo-moteurs CA est presque la même (± 0,02o ~ 0,03o).La précision dépend de la précision mécanique du moteur pour les moteurs pas à pas, si la position d'arrêt peut être effectuée par 7,2o, le positionnement est effectué par les mêmes petites dents sur le rotor en tout temps, selon la structure du moteur.Cela permet d'améliorer encore la précision de l'arrêt.
Cependant, les moteurs pas à pas peuvent générer un angle de déplacement en fonction de la valeur du couple de charge.Les servomoteurs à courant alternatif peuvent avoir une largeur de chasse plus large en réponse aux réglages de gainPour ces raisons, une certaine prudence s'impose.

Comparaison de la précision d'arrêt entre les moteurs pas à pas et les servomotors à courant alternatif