استپر موتور Stepper Motor

استپر موتور (Stepper Motor) چیست؟

استپ موتور یک محرک الکترومکانیکی است که نیروی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کند. استپر موتور، یک موتور الکتریکی بدون جاروبک (براشلس  Brushless) و سنکرون است که می‌تواند چرخش کامل 360 درجه را به تعداد گام یا مرحله مختلف تقسیم کند. استپ موتور نوعی دستگاه ورودی و خروجی دیجیتال هستند که توانایی تعیین موقعیت و شروع و توقف خود را بدون ابزارهای کنترلی و بازخوردی دارند. استپر موتور از تئوری عملکرد آهن‌رباها استفاده می‌کند تا شفت موتور را با ایجاد یک پالس الکتریسیته در فاصله‌ای دقیق بچرخاند. جریان با عبور از سیم پیچ استاتور، و اعمال پالس به ترمینال های آن، موقعیت روتور را به میزان مشخص و از پیش محاسبه شده ای تغییر می‌دهد.(در این مقاله به استپر موتور خودرو نیز میپردازیم)

هر پالس نسبت مشخصی از کل 360 درجه ای چرخش را دوران می‌کند. این حرکت زاویه معروف به ” گام ” استپر موتور است. یک دوران کامل 360 درجه ای نیازمند به مجموع این گام ها دارند که استپ موتور بر اساس آن طراحی شده‌اند. از همین رو از استپر موتور برای قطعات مکانیکی که به حرکت هایی با دقت بالا نیازمندند، استفاده می‌شود. استپر موتورها به صورت دیجیتالی و توسط درایور خود کنترل می‌شوند.

---

---

نحوه کارکرد استپر موتور

ساختار داخلی استپ موتور به گونه ای است که بدون سنسور و انکودر می‌توان موقعیت زاویه ای دقیق شفت را تعیین کرد.

مانند تمامی موتورهای الکتریکی، استپ موتور هم دارای یک قسمت ثابت (استاتور) و یک قسمت متحرک (روتور) است. استاتور دارای هشت قطب و روتور شش قطب است. روتور در مرکز قرار دارد و دارای آهنربای دائمی است ولی استاتور مجهز به دندانه ها و قطب های الکترومگنت است که سیم پیچ بر روی دندانه ها به عنوان قطب (رلوکتانس متغیر) به چشم می‌خورد. با ایجاد میدان مغناطیسی توسط روتور و اعال نیرو بر روی استاتور، استاتور شروع به چرخش می‌کند. استاتور نزدیک به روتور طراحی شده است تا میدان های مغناطیسی درون استاتورها بتوانند حرکت روتور را کنترل کنند. Stepper motor را می‌توان با انرژی دادن به هر استاتور یک به یک کنترل کرد. بنابراین استاتور مغناطیسی می‌شود و مانند یک قطب الکترومغناطیسی عمل می‌کند که از انرژی دافعه روی روتور برای حرکت به جلو استفاده می‌کند.

کاربرد استپ موتور

کاربرد استپر موتور ها در صنعتت بسیار گسترده و شگفت انگیز شده است. رد پای Stepper motorها را می‌توان در صنایع کوچک تا بزرگ پیدا کرد مانند: تجهیزات جانبی رایانه، ماشین‌های کنترل عددی ،پرینتر های جوهر افشان ، اسکنر ها ، پلاتر ها ، فلاپی درایو ها ، سی دی و دی وی دی درایو ها (CD & DVD Drive)، پرینتر های سه بعدی، لنز دوربین های دیجیتال، ماشین آلات سی ان سی CNC و … تمامی این موارد تنها قسمت کوچکی از کاربرد استپ موتور است. در هر سیستم و سامانه ای که نیازمند کنترل دقیق حرکت زاویه ای و موقعیت دقیق ( افقی ، عمودی) باشیم، از استپ موتور ها می‌توانیم بهره بجوییم.

در علم رباتیک، استپ موتورها نقش اساسی ایفا می‌کنند. برای حرکت بازو یا سایر اجزای ربات و موقعیت یابی آنها، نیازمند استپ موتور هستیم. از استپر موتور در صنعت بزرگ خودرو سازی نیز استفاده می‌شود. یکی از پرکاربردترین مصرف آن در کنترل میزان دور موتور، میزان باز شوندگی دریچه سوخت، افزایش دور موتور در هنگام استفاده از کولر، جلوگیری از کاهش ناگهانی دور موتور و ایجاد تعادل دور موتور است.

 

کاربرد استپر موتور در صنعت

کاربرد استپر موتور در صنعت بسیار گسترده می‌باشد. صنایع مختلفی چون سی ان سی، پرینترهای سه بعدی، پرینترهای جوهر افشان، اسکنرها، پلاترها، فلاپی درایوها، دی وی دی درایورها، لنز بعضی از دوربین های دیجیتالی و … از این قطعه بسیار کاربردی بهترین بهره را می‌برند. مواردی که اشاره شد تنها گوشه ای کوچک از کاربرد های بسیار گسترده استپر موتور است.

در این قسمت به کاربردهای گوناگون Stepper motor در صنایع مختلف به اختصار می‌پردازیم.

کاربرد استپر موتورها در کامپیوتر

کاربرد استپ موتور در حوزه کامپیوتر و لوازم جانبی آن بسیار است. اکثر شرکت هایی که در زمینه ساخت کامپیوتر فعالیت دارند در ساخت قطعاتی از کامپیوتر از این قطعه نیز بهترین بهره را می‌برند.

برای ساخت پرینتر، فلاپی درایو و هارد دیسک از استپ موتور استفاده می‌شود.

کاربرد استپر موتور در CNC

در سالهای گذشته در ماشین های کنترل عددی ( CNC) از استپ موتور استفاده می‌شد. ولی امروزه از سروو موتور که از قدرت کنترل نقطه به نقطه بهتری برخوردار است استفاده می‌شود. در نظر داشته باشید که نقطه قوت استپر موتور در سیستم کنترل حلقه باز است. در ساخت ماشین های فرزکاری، ماشین های دوزندگی خانگی و صنعتی استفاده گسترده ای از استپر Stepper motor موتور می‌شود.

کاربرد استپر موتور در ماشین های اداری

امروزه استپر موتورها در گوشه گوشه زندگی روزمره ما نفوذ کرده و کارها را برای ما آسانتر کرده اند. در ساخت ماشین های اداری نیز بهترین استفاده را از این دستگاه می‌کنند تا کارها به بهترین نحو پیش برود. دستگاه کپی و دستگاه فکس از  ماشین های اداری هستند که از استپر Stepper motor موتور در ساخت آنها استفاده شده است.

کاربرد استپر موتور در صنایع خودرو سازی

بیشترین کاربرد استپ (Stepper motor)موتور در ساخت خودرو توسط ربات ها است. امروزه نقش انسان ها در امر ساخت و ساز خودرو بسیار کمرنگ شده و اکثر کارها را ربات ها به جای انسان ها انجام می‌دهند. کاربرد خوب استپر در ساختار ربات این امکان را به آنها میدهد که یک کار را هزاران بار با دقت بالا و بسیار دقیق انجام دهند.

 

---

---

انواع استپ موتور

استپ موتورها انواع گوناگونی دارند و در جاهای مختلفی کاربرد دارند و بسته به نیاز و کاربرد آنها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع استپ موتور عبارتند از:

• استپر موتور 2 فاز
• استپر موتور 3 فاز
• استپر موتور 5 فاز

1. استپر موتور 2 فاز: استپ موتورهای 2 فاز معمولا لرزش بسیار زیادی دارند بنابراین باید برای برطرف کردن این لرزش ها از روش های مکانیکی استفاده کرد تا این عیب را در آنها برطرف کرد.
2. استپر موتور 3 فاز: بیشترین کاربرد این نوع استپ موتور( 3 فاز) در حرکت هایی با رفت و برگشت سریع و زیاد است.
3. استپر موتور 5 فاز: بیشترین کاربرد استپ موتورهای 5 فاز در حرکت هایی با دقت بالا و همچنین سرعت بالاست. دقت این نوع استپر تا جایی است که از درایو میکرواستپ می‌توان انتظار دقتی معادل یک سروو موتور 17 بیتی را داشت. لرزش استپر موتور 5 فاز با درایو معمولی بسیار کم است. توجه داشته باشید به جز موارد با دقت بسیار زیاد شما به درایو میکرواستپ نیاز پیدا نخواهید کرد.

 

 

فازهای استپ موتور

در  استاتور استپ موتورهای دو فاز، دو نوع جهت هسته های مغناطیس وجود دارد: تک قطبی و دوقطبی.

موتورهای دو فاز تک قطبی (Two-Phase, Single-Pole)

در موتورهای 2 فاز تک قطبی، سیم پیچی های استاتور با سر سیم مرکزی می‌باشند و با برقراری جریان در سیم پیچ، میدان مغناطیسی ایجاد می‌گردد. قطب های مثبت و منفی در این آرایش به صورتی است که قطب های مغناطیسی بدون تغییر در جهت جریان،  معکوس می‌شوند و کموتاسیون در مدار به سادگی ایجاد می‌گردد.

هر فاز دارای سر مشترک است سه سیم برای هر فاز و شش سیم برای یک موتور دو فاز. سر مشترک هر دو جفت فاز را به هم متصل کرده و تشکیل پنج سیم می‌دهند. این موتورهای دو فازی را تک قطب می‌نامند، چون همواره توان و جریان از طریق همین قطب وارد می‌شوند.

استفاده ازیک درایور یا میکروکنترلر یا کنترلر استپ موتور برای راه اندازی و فعال‌سازی ترانزیستورها الزمی است و این راحت‌ترین راه جهت یک حرکت زاویه‌ای است.

موتورهای دو فاز دو قطبی (Two-Phase, Dipole)

در موتورهای دوقطبی در هر فاز دارای یک جفت اتصال سیم پیچی واحد هستند. جریان در سیم پیچی باید معکوس شود تا قطب مغناطیسی معکوس شود، بنابراین مدار هدایت باید پیچیده تر باشد، معمولا با یک آرایش H-bridge (با این حال چندین تراشه محرک خارج از سیم پیچی وجود دارد که این کار را ساده می‌کند).

یک الگوی هدایت معمول برای موتور پله ای دو قطبی سیم پیچ عبارت است از: A + B + A – B -I. سیم پیچ A را با جریان مثبت هدایت کنید، سپس جریان را از سیم پیچ A حذف کنید؛ سپس سیم پیچ B را با جریان مثبت هدایت کنید؛ سپس سیم پیچ A را با جریان منفی هدایت کنید (پلاریزه کردن سیم ها به عنوان مثال با یک پلاریزه H)، سپس جریان را از سیم پیچ A حذف کنید.

اثرات اصطکاک استاتیک با استفاده از یک H-bridge با توپولوژی های خاص درایو مشاهده شده است.

خاموش کردن سیگنال استپ در فرکانس بالاتر نسبت به موتور می‌تواند این اثر “اصطکاکی استاتیک” را کاهش دهد. یک موتور پله ای دو قطبی با مکانیزم کاهش دنده که در یک اسکنر تخت استفاده می‌شود.

از آنجا که سیم پیچ ها بهتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، از یک موتور تک قطبی با وزن یک سان قوی تر هستند. این به دلیل فضای فیزیکی اشغال شده توسط سیم پیچ ها است. یک موتور تک قطبی دو برابر مقدار سیم در یک فضا دارد، اما تنها نیمی از آن در هر نقطه از زمان مورد استفاده قرار می‌گیرد، بنابراین ۵۰ درصد کارآمد است (تقریبا ۷۰ درصد خروجی گشتاور موجود است).

این نوع موتور می‌تواند در پیکربندی های مختلفی سیم کشی شود:

• تک قطبی
• دوقطبی با سیم پیچ های سری که اندوکتانس بالاتر اما جریان کمتری در هر سیم پیچ ایجاد می‌کند.
• دوقطبی با سیم پیچ های موازی: این کار نیاز به جریان بالاتری دارد اما با کاهش اندوکتانس سیم پیچی می‌تواند عملکرد بهتری داشته باشد.
• دو قطبی با یک سیم پیچ در هر فاز. این روش موتور را تنها بر روی نیمی از سیم پیچ های موجود اجرا می‌کند، که گشتاور سرعت پایین موجود را کاهش می‌دهد اما به جریان کمتری نیاز دارد.

---

---

مزایای استپ موتور

مطمئنا استفاده از هر قطعه و وسیله ای مزایا و معایبی در پی خواهد داشت. از جمله مزایای استفاده از استپ موتور می‌توان به این موارد اشاره کرد.

• عدم نیاز استپر به فیدبک: این ویژگی منحصر به فرد نیز سبب شده که در اکثر موقعیت ها برای کنترل و عملکرد بهتر دستگاه ها از کاربردهای خوب استپر موتور بهره ببرند.
• پایداری استپر موتور: این ویژگی خارق العاده این قطعه سبب شده که محدوده بسیار وسیعی از بار اینرسی و اصطکاک را پوشش داده و راه اندازی کند و بسیار کاربردی عمل کند.
• قیمت مناسب استپر موتور: قیمت استپ موتور نسبت به دیگر سیستم های کنترل حرکتی موجود در بازار مناسب تر بوده و تمایل استفاده از آن بسیار بیشتر است.
• سایز و ابعاد مناسب استپر موتور: ابعاد و سایز مناسب و استاندارد استپر موتور نیز برای عملکرد های مختلفی که در دستگاه ها و خودرو های مختلف بکار برده می‌شود یکی دیگر از مزایای استفاده از این وسیله کاربردی است.

ادامه

• نصب و راه اندازی آسان: یکی دیگر از مزایای استفاده از استپر موتور که می‌توان به آن اشاره کرد نصب و راه اندازی آسان این قطعه است.
• ایمنی استپر موتور: ایمنی استپر موتور بالاست به حدی که اگر هر قطعه ای در موتور شکسته و یا خراب شود موتور سریعا می‌ایستد.
• طول عمر بالای استپر موتور: تمام قطعات این دستگاه خارق العاده، عمر بالایی دارند و به آسانی از کار باز نمی‌مانند. تنها قطعه سایشی در استپ موتور بلبرینگ های آن است.
• گشتاور زیاد در سرعت پایین استپر موتور: این ویژگی استپر موتور کمک میکند که بدون استفاده از گیربکس این دستگاه قادر به جابجایی بارهای سنگین باشد.
• قابلیت تکرار پذیری بسیار عالی استپر موتور: استپر موتور قادر است بسیار دقیق و بدون نقص به موقعیت اولیه برگردد و کار را دوباره و دوباره تکرار کند.
• ایمنی بالای استپر موتور در اضافه بار: مقاومت قطعات و قسمت های مختلف استپر موتور در مقابل بارهای مکانیکی بسیار بالاست و دچار هیچ گونه خرابی و اختلالی نخواهند شد.

---

---

خلاصه مزایای استپ موتور

به طور کلی استپ موتورها با توجه به ابعاد و سایز کوچکی که دارند در مقابل از گشتاور بالایی برخوردار هستند. سایزهای مختلفی از استپر موتور در بازار کالا یافت می‌شود. هزینه کمی در بر دارد و در پروژه های مختلف برای کنترل موقعیت کارایی دارد. بنابراین می‌توان بسته به نیاز پروژه های مختلف از کارایی آنها بهره کافی برد. درایو استپر موتور بسیار ساده است. بنابراین به همان نسبت استفاده از آن نیز به همان سادگی خواهد بود.

به طور کلی استپر موتورها:

• کنترل دیجیتالی ساده ای دارند
• فاقد خطاهای تجمعی هستند
• در توقف ناگهانی بدون آسیب هستند
• به جاروبک نیازی ندارند
• به فیدبک پایدار نیازی ندارند
• از ساختمان مکانیکی ساده ای برخوردار هستند
• راه اندازی آنها ساده و ارزان است
• موتورهای پله ای به دلیل ساختار داخلی خود نیازی به سنسور برای تشخیص موقعیت موتور ندارند و از آنجایی که موتور با انجام گام ها حرکت می‌کند، تنها با شمارش این گام ها می‌توانید موقعیت موتور را در یک زمان مشخص به دست آورید.
• علاوه بر این، کنترل موتور پله ای بسیار ساده است. موتور به راننده نیاز دارد، اما برای درست کار کردن نیازی به محاسبات پیچیده یا تنظیم ندارد. به طور کلی، تلاش برای کنترل در مقایسه با موتورهای دیگر کم تر است. با پله های کوچک، می‌توانید به دقت موقعیت بالا، تا حدود ۰.۰۰۷ درجه برسید.
• موتورهای استپ وی گشتاور خوبی در سرعت های پایین ارائه می‌دهند، برای نگه داشتن موقعیت عالی هستند و همچنین طول عمر بالایی دارند.

معایب استپ موتور

مطمئنا هر قطعه و دستگاهی در کنار مزایا، معایبی هم خواهد داشت. در این قسمت برخی از معایبی که ممکن است استپ موتور داشته باشد را برای اطلاع شما مطرح می‌کنیم.

گشتاور استپر موتور با سرعت نسبت عکس دارد: به زبان ساده تر با افزایش سرعت در استپر موتور گشتاور دستگاه کاهش می‌یابد.

صدای زیاد استپر موتور در سرعت های بالا: ایجاد صدای زیاد در سرعت های بالا در استپر موتور یکی از معایب این دستگاه محسوب می‌شود.

داغ شدن استپر موتور: داغ شدن موتور این دستگاه نیز از جمله معایب آن محسوب می‌شود.

توان خروجی پایین در ابعاد و سایز های کوچک استپر موتور: هر چه سایز و ابعاد استپر موتور کوچکتر باشد توان خروجی پایین تری خواهد داشت.

گرانی درایوهای استپر موتور: یکی دیگر از معایب استپر موتورها گرانی درایوهای آنهاست.

استپر موتور برای حرکت های نرم به درایو نیاز خواهد داشت.

عدم فیدبک استپر موتور برای مشخص شدن گام های از دست رفته نیز از معایب این دستگاه است.

عدم گشتاور بالای استپر موتور در نسبت اینرسی: از جمله معایب استپ موتور عدم گشتاور بالا نسبت به اینرسی و همچنین شتاب کم در جابه جای بار است.

بازدهی پایین استپر موتور: از جمله عیب های استپر موتور بازدهی کم موتور بدون بار است. معمولا استپر موتور بدون بار جریان بالا و قابل توجهی می‌کشد.

دقت پایین استپر موتور: استپر موتور در مقدار بارهای زیاد و بارهای سبک( 1:200، 1:2000 )دقت پایینی دارد.

---

---

خلاصه معایب استپ موتور

به طور کلی باید گفت استپ موتورها در سرعت های بسیار بالا نمی‌توانند به خوبی عمل کنند. سیستم عملکرد استپر موتور به اینگونه است که با گام های کوچک میچرخد. بنابراین نمی‌تواند به گام های بالایی برسد و دیگر اینکه نیاز بیشتری به انرژی دارد. معمولا در پروژه اینرسی با بار زیاد، دستگاه دچار خطا خواهد شد و می‌بایست خطا را به نوعی اصلاح و برطرف کرد. برای برطرف کردن خطا می‌بایست در سیستم کالیبراسیون یا انکودری قرار داد تا خطاها را تشخیص داده و برطرف کند.

بنابراین به طور کلی استپر موتورها:

• توان خروجی محدود دارند
• پرش و نوسان زیاد دارند
• از راندمان کمی برخوردار هستند
• دوران با پله ثابت دارند
• توانایی تغذیه با بار اینرسی زیاد را ندارند
• اگر گشتاور بار بیش از حد بالا باشد، آن ها می‌توانند یک گام را از دست بدهند. این امر بر کنترل تاثیر منفی می‌گذارد، زیرا هیچ راهی برای دانستن موقعیت واقعی موتور وجود ندارد. استفاده از گام های کوچک باعث می‌شود که موتورهای پله ای با احتمال بیشتری این مساله را تجربه کنند.
• این موتورها همیشه حداکثر جریان را حتی در زمان خاموش بودن تخلیه می‌کنند که باعث بدتر شدن کارایی می‌شود و می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد شود.
• موتورهای استپ وی گشتاور کمی دارند و در سرعت های بالا بسیار پر سر و صدا می‌شوند.
• در نهایت موتورهای پله ای تراکم توان پایین و نسبت گشتاور به اینرسی پایین دارند.

به طور خلاصه، استپر موتورها زمانی خوب هستند که به یک راه حل ارزان، آسان و در زمانی که کارایی و گشتاور بالا در سرعت های بالا لازم نیست، نیاز داشته باشید.

ساختار استپ موتور

از نظر ساختار استپ موتورها را به سه دسته تقسیم بندی می‌کنند.

• استپر موتور با مغناطیس دائمی
• استپر موتور با مقاومت متغیر
• استپر موتور سنکرون هیبرید
• موتور پله‌ای لاوت LAVET TYPE

 

استپر موتور با مغناطیس دائمی (Permanent Magnet Stepper Motor)

این نوع استپر موتور یک روتور مغناطیسی دائمی دارد که به کمک سیم پیچ هایی که در استاتور وجود دارد هدایت می‌شود. سیم پیچ های استاتور قطب های مخالف را در مقایسه با روتور دستگاه ایجاد می‌کنند که سبب حرکت رو به جلوی روتور می‌شود. استپر موتور با مغناطیس دائم رایج ترین و ارزان ترین نوع در بازار است. مزیت اصلی این استپر موتور هزینه ساخت کمتر است. هر چرخش کامل360 درجه‌ای، از 48-24 قدم یا استپ تشکیل شده است.

استپر موتور با مقاومت متغیر (Variable Reluctance Stepper Motor)

در این نوع استپ موتور که مقاومت مغناطیسی متغیری نیز دارد از روتور آهن نرم غیر مغناطیسی در ساختار آن استفاده می‌شود. روتور دارای دندانه هایی است که از استاتور خارج شده است و زمانی که سیم پیچ ها را به ترتیب خاص فعال می‌کنیم روتور نیز به ترتیب شروع به حرکت می‌کند به نحوی که کمترین gab را بین استاتور و دندانه های روتور داشته باشد.

استپر موتور سنکرون هیبرید (Hybrid Synchronous Stepper Motor)

ساختار این نوع استپر موتور ترکیبی از دو نوع استپر بالا، یعنی استپر موتور با مقاومت متغیر و مغناطیس دائمی است. از این ترکیب برای دستیابی به حداکثر قدرت در اندازه های کوچک استفاده می‌کنند. به این معنا که در ساختار آن هم از روتور دندانه ای مغناطیسی دائمی و  هم از استاتور دندانه دار استفاده شده است. روتور دارای دو بخش قطبیت مخالف است و برخی از دندانه های آن of  می‌شوند.

محبوب ترین نوع استپ موتور، استپر موتور سنکرون هیبریدی است زیرا در مقایسه با روتور آهنربای دائمی از نظر سرعت، اندازه گام و گشتاور نگهدارنده عملکرد خوبی دارد. اما این نوع Stepper motor در مقایسه با موتورهای پله ای آهنربای دائم گران است. این موتور ویژگی های هر دو موتور پله ای آهنربای دائم و رلوکتانس متغیر را ترکیب می‌کند. این موتورها در مواردی استفاده می‌شوند که به زاویه گام کمتری مانند 1.5، 1.8 و 2.5 درجه نیاز است.

در یک استپر موتور هیبریدی که دارای 8 قطب روی استاتور است و توسط دو سیم پیچ  a و b فعال می‌شود. اگر سیم پیچ a فعال شود. شما 4 قطب مغناطیسی را فعال خواهید کرد که دارای دو قطبیت جنوبی و دو قطبیت شمالی است. بنابراین دندانه های روتور با قطب های a هم تراز خواهند شد و در مقابل با دندانه های قطب های b  هم تراز نمی‌شوند. در مرحله بعد زمانی که قطب های a دستگاه خاموش می‌شوند و در مقابل قطب های b فعال می‌گردند. روتور ساعت مخالف حرکت خواهد کرد و دندانه های آن با قطب ها هم تراز خواهند شد. بنابراین با فعال کردن قطبها در یک ترتیب خاص روتور به طور منظم و مداوم حرکت خواهد کرد.

---

---

نحوه انتخاب استپ موتور

برای خرید و نحوه انتخاب استپ موتور باید به موارد بسیار مهمی توجه داشت که در این قسمت به مهم ترین آنها می‌پردازیم.

از آنجایی که استپر موتورها توانایی بسیار بالا و قیمت مناسبی دارند به راحتی می‌توانند در اجرای ایده های شما کمک بزرگی انجام دهند.

در زمان خرید استپ موتور مناسب به فاکتورهای زیر بسیار دقت کنید:

• میزان گشتاور استپر موتور
• گام یا استپ
• ابعاد و سایز استپر موتور
• جریان مصرفی استپر موتور
• تعداد فاز استپر موتور
• برند استپ موتور
• نوع استپ موتور

میزان گشتاور استپر موتور

مهمترین عامل در انتخاب استپر موتور میزان گشتاور آن است. میزان گشتاور Stepper motor به سایز دستگاه برمی‌گردد. به طور مثال گشتاور استپ موتورها از 0.5 کیلوگرم سانتی متر تا 300 کیلوگرم سانتی متر متفاوت خواهد بود. دقت کنید استپر موتور با گشتاور مناسبی را خریداری کنید. تا کارایی که از آن انتظار دارید را داشته باشد و یا با خرید استپری با گشتاور بالا متحمل هزینه های گزاف نشوید. مطمئنا با خرید استپر موتور با گشتاور کم نیز با کارایی خوبی از دستگاه مواجه نخواهید شد.

استپر موتور خودروی نیسان

گام یا استپ

پارامترهای گام در استپ موتور عمدتا شامل زاویه گام (چرخش)، میزان استپ در چرخش کامل، میزان تعدا استپ در هر ثانیه و RPM است.

ابعاد و سایز استپر موتور

یکی از موارد مهم در هنگام خرید استپ موتور ابعاد آن است. به طور معمول سایز فلنج دستگاه را با واحد نما اندازه می‌گیرند. سایز فلنج استپر موتور ارتباط مستقیمی با گشتاور تولید شده و کاربرد استپر دارد.

جریان مصرفی

جریان مصرفی استپر موتور نیز بسیار حائز اهمیت است. معمولا Stepper motorها جریان مصرفی در بین 0.2 آمپر تا 8 آمپر دارند. به طور مثال استپ موتوری که سایز نمای آن 34 است ممکن است جریان مصرفی در حدود 4 آمپر داشته باشد و یا استپر موتوری با سایز نمای 23 جریان مصرفی معادل 5 آمپر داشته باشد.

تعداد فاز استپر موتور

تعداد گروه سیم پیچ ها در استپر موتور را فاز استپ موتور می‌گویند. استپر موتور هایی با تعداد 1 تا 5 فاز بهترین گزینه با توجه به کاربرد آنها هستند. یقینا هر چه تعداد فازهای Stepper motor بیشتر باشد قدرت موتور آن نیز بیشتر خواهد بود.

برند استپر موتور

برندهای مختلفی از استپر موتور در بازار این کالا در حال رقابت با یکدیگر و فعالیت هستند.

برندهای معروف و معتبر عبارتند از:

• لید شاین
• پریموپول
• مونز
• سی دبلیو
• HQM

نوع استپر موتور

استپ موتورها نوع های مختلفی دارند از جمله:

• استپ موتور انکودر دار
• استپ موتور گیربکس دار
• استپ موتور ترمز دار
• استپ موتور ضد آب
• استپ موتور معمولی

بسته به نیاز خود و نوع استفاده ای که از Stepper motor در نظر دارید برای خرید استپر موتور اقدام کنید.

استپر موتورهای نما  NEMA

نما مخفف انجمن ملی تولیدکنندگان برق ایالات متحده (NEMA) یا (The US National Electrical Manufacturers Association) است که این انجمن، ابعاد مختلف، علامت گذاری و دیگر جنبه های استپ موتورها را استاندارد می‌کند.

در این استاندارد (NEMA ICS 16-2001)، Stepper motorها را با توجه به اندازه پیشانی یا سایز فلنج استپ موتور به اینج دسته بندی می‌کنند. مثلا نما 17 (NEMA 17) دارای سایز پیشانی یا فلنج 1.7 در 1.7 اینچ (43 mm × 43 mm) است. البته این استاندارد استپر موتورها را بر اساس سیستم متریک نیز دسته بندی می‌کند. . این موتورها معمولا با NEMA DD شناخته می‌شوند که در آن DD قطر صفحه پیشانی (فلنچ)در اینچ ضربدر ۱۰ است.

مشخصات بیشتری برای توصیف استپر موتور نما وجود دارد و چنین جزئیاتی را می توان در (NEMA ICS 16-2001)، یافت.

تفاوت بین استپر موتور و سروو موتور

سروو موتورها برای کاربری گشتاور و سرعت بالا مناسب هستند درحالی که استپر (Stepper motor)موتورها برای ایجاد گشتاور در سرعت های پایین، شتاب بالا در سرعت کم، انعطاف پذیری در مدارهای بسته و باز استفاده می‌شوند. در جدول زیر نگاهی به مقایسه استپر موتور و سروو موتور می‌اندازیم.

سروو موتور	استپر موتور
موتوری است که در یک مدار بسته قرار می‌گیرد و با بازخوردی که از انکودر دریافت می‌کند، سرعت و گشتاور و موقعیت را تنظیم می‌کند.	موتوری است که به صورت گسسته و با گام های مشخص حرکت می‌کند
اولویت اصلی سروو موتورها سرعت است	دقت و کنترل حرکت اولویت های اصلی استپ موتور است
تعداد قطب های کلی سروو موتور بین4 تا 12 است.	تعداد قطب های کلی استپ موتور بین ۵۰ تا ۱۰۰ است.
برای کنترل موقعیت نیاز به انکودر برای ایجاد پالس دارند.	در یک سیستم مدار بسته، استپ موتورها با یک پالس ثابت حرکت می‌کنند
گشتاور در سرعت بالا پایین است.	گشتاور در سرعت پایین، بالا است
موقعیت یابی در کورس های بزرگ، سریعتر است	موقعیت یابی در کورس های کوچک، سریعتر است
دقت کم در حرکت اینرسی	دقت زیاد در حرکت اینرسی
در سامانه هایی با صلبیت کم مناسب نیست	برای مکانیزم هایی با صلبیت پایین مناسب است مانند: پولی و تسمه
مسئولیت پذیری پایین	مسئولیت پذیری بالا
عدم استفاده در بارهای نوسانی	مورد استفاده در بارهای نوسانی
تنظیم بهره و گین لازم است	تنظیم بهره و گین لازم نیست

---

---

مقایسه استپ موتور با DC موتور

DC موتورها و استپ موتورها در کاربردهای مختلفی از صنعت درگیر هستند و درک مقایسه و تفاوت موتورهای DC و استپ موتورها بسیار سخت و گیج کننده است. در جدول زیر لیستی از مقایسه بین DC موتورها و استپ موتورها  گردآوری کرده‌ایم:

ویژگی ها	DC موتورها	استپ موتورها
کاراکتر کنترلی	بدون نیاز به واحد کنترل	استفاده از میکروکنترلر ساده
محدوده سرعت	متوسط	محدوده سرعت پایین از ۲۰۰ تا ۲۰۰۰ RPM
قابلیت اطمینان و اعتماد	متوسط	بالا
کارآیی	بالا	پایین
گشتاور / سرعت	گشتاور بالا در سرعت پایین	بالاترین گشتاور در پایین ترین سرعت
قیمت	کم	کم

اجزا تشکیل دهنده استپر موتور

استپ موتور نیز درست به مانند تمام قطعات الکترونیکی دیگر دارای اجزای مختلفی است که با در کنار یکدیگر قرار گرفتن به وظیفه کلی خود در خودرو که همان تنظیم دور موتور در دورهای آرام است، می‌رسند.

هماهنگی و ارتباط تمام قطعات در کنار هم سبب عملکرد صحیح این قطعه در خودرو می‌شود. مسلما خرابی و اختلال در عملکرد هر قطعه می‌تواند عملکرد کل دستگاه را دچار اختلال کرده و در تنظیم دور موتور در دورهای کند و آرام خوب عمل نکند و ماشین خاموش شود.

اجزای تشکیل دهنده step motor عبارتند از :

• موتور الکتریکی
• فنر نگهدارنده
• بوش جداکننده
• محور یا شفت مغناطیسی
• کلاهک
• قطب های شمال و جنوب روتور
• استاتور
• محفظه موتور
• سیم پیچی استاتور
• محفظه یاتاقان محور( هوزینگ)
• قاب های پوششی سر و انتها

با در کنار هم قرار گرفتن هر کدام از این قطعات که خود وظایفی را بر عهده دارند استپ موتور شکل می‌گیرد. این قطعه عملکرد بسیار مهمی در خودرو و دیگر وسایل صنعتی ایفا می‌کند که به ما انسانها در زندگی بهتر و آسانتر کمک شایانی خواهد کرد.

استپر موتور خودرو چیست؟

به بخشی مهمی از خودرو که وظیفه اصلی و مهمی که بر عهده دارد تنظیم دور آهسته موتور است، استپ موتور خودرو می‌گویند. اگر چنانچه این قطعه در خودرو خراب شود. یا کار خود که همان تنظیم دور آهسته موتور است را به درستی انجام ندهد. ماشین قادر نخواهد بود درجا کار کند بنابراین به احتمال زیاد ماشین خاموش خواهد شد.

اگر در بین راه لازم باشد که برای دقایقی ماشین بایستد یا در مواقع ترافیک توقف های پی در پی پیش آید. به دلیل خرابی Stepper motor و اختلال در عملکرد آن سریعا خودرو خاموش خواهد شد. مسلما بروز چنین اتفاقاتی در هنگام رانندگی و خاموش شدن پی در پی ماشین در درجا کار کردن ها سبب می‌شود که رانندگی به عملی سخت برای راننده چنین ماشینی مبدل شود.

---

---

 نحوه کارکرد استپر موتور خودرو

با این توضیحات ساده دریافتیم که کنترل دور کند موتور وظیفه ای مهم است که بر عهده  استپ موتور قرار دارد. برخی  این قطعه را با نام سوپاپ کنترل هوا در دور آرام موتور می‌شناسند.

هنگام خرید step motor با مدل‌های گوناگونی مواجه می‌شوید که بسته به مدل و نوع ماشین ها ،  مدل استپر های آنها نیز تغییر می‌کند. ولی در مجموع نوع عملکرد اصلی آنها در تمام خودروها یکسان است و تنظیم دور آهسته موتور را بر عهده دارند .

ظاهر step motor شباهت فراوانی به موتور و یا یک دریچه موتوردار دارد.کار این قطعه حیاتی در خودرو که بر روی منیفولد ورودی ماشین نصب می‌گردد. بارها تکرار کردیم که، کنترل دور آرام و کند موتور با توجه به در نظر گرفتن دمای موتور و همچنین بار سیستم الکتریکی است.

وظایف استپر موتور خودرو
اصلی ترین وظیفه استپر موتور خودر تنظیم مقدار باز شوندگی دریچه ورودی منیفولد هوا موتور در خودروهای گیربکس دستی است که این کارکرد بر قسمت های دیگر هم اثر گذار است. با این توضیح به وظایف دیگر استپر موتور خودرو می‌پردازیم:

• پایداری و پیوستگی روشن ماندن موتور خودرو در دور آرام موتور
• تنظیم دریچه منیفولد گاز یا ژیگلور وقتی کولر خودرو روشن میشود و بار کمپرسور کولر خودرو بر موتور اضافه می‌شود.
• کمک به استارت خوردن موتور خودرو در هوای سرد زمستانی
• برقراری تعادل، توازن و بالانس بین دور موتور و گشتاور خودرو
• کمک به عملکرد بهینه موتور خودرو
• روشن نگه داشتن موتور پشت چراغ قرمز، هنگام تعویض دنده و در ترافیک شدید

 

کاربرد استپر موتور خودرو

اساس کار و کنترل استپر موتور خودرو که بر روی دریچه منیفولد گاز خودرو قرار می‌گیرد بر عهده کامپیوتر خودرو است. حرکت رو به جلو و عقب این قطعه در خودرو، مقدار هوای ورودی به داخل موتور ماشین را تحت کنترل دارد. step motor کنترل هوای ورودی به داخل موتور را به کمک چهار ترانزیستور انجام می‌دهد. کامپیوتر ماشین( ECU )  بعد از دریافت دما و میزان گرمای موتور و همچنین بررسی دقیق شرایط خودرو فرمان مورد نیاز برای ترانزیستور را ارسال می‌کند و به این ترتیب دریچه استپر موتور باز یا بسته خواهد شد.

زمانی که دمای موتور بالا می‌رود دریچه استپر موتور خودرو باز و بعد از کم شدن دما دریچه بسته می‌شود. زمانی که پدال گاز خودرو فشرده نباشد دریچه باز خواهد شد تا هوای مورد احتیاج موتور تامین شود.

با توجه به دقت بسیار بالای استپر و عدم نیاز به سیستم فیدبک از این قطعه در صنایع مختلفی استفاده می‌شود و کاربردهای گوناگونی نیز دارد. پس در خرید استپ موتور دقت کافی را داشته باشید تا بهترین استپ موتور مورد نیاز را تهیه کنید.

استپ موتور پژو 405

---

---

طرز کار استپر موتور خودرو

کار اصلی و مهم استپر موتور خودرو ، روشن نگه داشتن ماشین در دورهای کند و آرام است. مطمئنا تنها کاربرد این قطعه در خودرو این نیست و وظایف دیگری نیز بر عهده دارد که عبارتند از:

وقتی که موتور خودرو سرد باشد step motor  نقش ساسات را به خود می‌گیرد و با کمک و همچنین تنظیم سوزن، با اولین استارت امکان روشن شدن ماشین را فراهم می‌کند.

وظیفه دیگر step motor  ، تنظیم دور موتور خودرو در زمان دریافت بار اضافی است. به طور مثال زمانی که کولر خودرو روشن باشد مسلما بار اضافی روی موتور خواهد بود. بنابراین در هنگام  روشن بودن وسیله ای مثل کولر در خودرو که بار اضافی به موتور وارد می‌شود. استپر دور موتور را تنظیم کرده و دور آن را به اندازه ای افزایش می‌دهد تا موتور بتواند پاسخگوی بار اضافی ناشی از روشن بودن کولر باشد.

زمانی هم که موتور خودرو با دور پایین در حد 900 تا 1100 کار میکند. استپر در خودرو سوخت و میزان هوا را تنظیم میکند. مثلا زمانی که خودرو درجا کار می‌کند میزان تنظیم سوخت و هوا را این قطعه در ماشین بر عهده دارد تا ماشین درجا کار کند و خاموش نشود.

وظیفه تنظیم سرعت خودرو در زمان های تعویض دنده بر عهده این قطعه( step motor   ) می‌باشد. به زبان ساده تر، زمانی که شما برای تعویض دنده پای خود را از روی پدال گاز خودرو بر می‌دارید استپر سریعا برای برای جلوگیری از بسته شدن راه هوا، سرعت ماشین را تنظیم می‌کند. این عمل هنگام برداشتن یکباره پا از روی پدال ترمز ماشین نیز توسط استپر انجام می‌شود.

اجزای استپر موتور خودرو

ECU خودرو تمامی اطلاعات لازم را برای تنظیم دقیق مقدار بازشوندگی اتپر موتور خودرو از سنسورهای مختلف مانند؛ سنسور مپ، سنسور سوخت و سنسور دمای آب و … دریافت می‌کند و دستورات لازم را به استپر صادر میکند که منجر به تنظیم دریچه گاز و میزان هوای ورودی به مانیفولد می‌شود.

استپ موتور خودرو در عین کوچک بودن ابعادی، وظیفه مهمی در خودرو دارد. اجزای تشکیل‌دهنده استپر که در جهت انجام وظایف آن کمک می‌کند عبارتند از:

• کلاهک
• فنر نگهدارنده
• شفت
• بوش جدا کننده
• موتور الکتریکی

میزان جابه‌جایی کلاهک که شکلی مانند شمع دارد به میزان 8 میلیمتر است. فنر نگهدارنده در قسمت پشتی این کلاهک جانمایی شده است و هنگامی که ECU پالسی صادر نکند، این فنر به حداکثر میزان خود باز میشود و دریچه کاملا بسته باقی می‌ماند. اما وقتی ECU فرمان صادر می‌کند و پالسی به موتور الکتریکی استپر موتور خودرو می‌رسد، فنر را جمع کرده و طول کلاهک کاهش می‌یابد و سیگنال الکتریکی را به عملکرد مکانیکی تبدیل می‌کند. اگر هم سیپنالی ارسال نشود، نیروی پشت فنر، کلاهک را به بیشترین نطقه حرکتی خود می‌رساند.شفت میله است که از یک سمت با موتور پله ای یا استپ موتور درگیر است از سمت دیگر با بوش جدا کننده، فنر و کلاهک. پس مشاهده کردید که وجود استپ موتور در تنظیم دور موتور و … از چه اهمیتی برخوردار است.

در خودروهای گیربکس اتوماتیک، دیگر شاهد استپر موتور خودرو نیستیم و به جای این قطعه از یک موتور پله‌ای یا استپ موتور برای تنظیم دریچه گاز استفاده می‌شود. استپر موتور خودرو فقط بر روی خودروهایی که دریچه گاز آن‌ها مکانیکی یا سیمی است کاربرد دارند.