استپر موتور چیست؟

آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه دستگاه‌های CNC با دقت بسیار بالا قطعات را برش می‌دهند یا چگونه پرینترهای سه بعدی لایه به لایه اجسام را می‌سازند؟ پاسخ این سوال در قلب بسیاری از این دستگاه‌ها نهفته است: استپر موتورها. استپر موتورها، موتورهای الکتریکی هستند که به ما اجازه می‌دهند حرکت را با دقت بسیار بالا کنترل کنیم. در این مقاله، به زبان ساده و روان، به معرفی کلی استپر موتورها و کاربردهای متنوع آن‌ها اشاره کرده ایم، در مقالات بعدی به بررسی کامل و جزء به جزء تمام بخش های این قطعه نیز خواهیم پرداخت.

استپر موتور چیست و چگونه کار می کند؟

استپ موتور یا موتور پله‌ای (stepper motor) نوعی موتور الکتریکی است که به جای حرکت پیوسته، به صورت گام به گام حرکت می‌کند. هر پالس الکتریکی که به موتور ارسال می‌شود، باعث چرخش یک مرحله یا گام مشخص از روتور می‌شود.
در ساختار این موتور که از چندین سیم‌پیچ تشکیل شده که به صورت گروه‌هایی به نام فاز مرتب شده‌اند. با عبور جریان الکتریکی از هر فاز، روتور موتور یک گام مشخص می‌چرخد.

این گام‌ها به صورت زاویه‌ای مشخص و قابل پیش‌بینی هستند و با کنترل دقیق جریان در هر فاز، می‌توان موقعیت دقیق روتور را تعیین کرد.وقتی جریان الکتریکی از یک فاز خاص عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ ایجاد می‌شود. این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی روتور برهم‌کنش کرده و باعث می‌شود روتور به سمت موقعیتی بچرخد که در آن، قطب‌های مغناطیسی مخالف روبروی هم قرار گیرند.

سی ان سی رومیزی

با تغییر فاز جریان الکتریکی از یک فاز به فاز دیگر، میدان مغناطیسی نیز تغییر جهت می‌دهد و در نتیجه روتور یک گام مشخص می‌چرخد. این گام‌ها به صورت زاویه‌ای مشخص و قابل پیش‌بینی هستند و به تعداد قطب‌های روتور و تعداد فازهای سیم‌پیچ بستگی دارد. با کنترل دقیق توالی و شدت جریان در هر فاز، می‌توان موقعیت دقیق روتور را تعیین کرد. به عنوان مثال، اگر بخواهیم روتور را به اندازه دو گام بچرخانیم، کافی است دو پالس جریان به دو فاز مختلف اعمال کنیم.

پرینتر سه بعدی Prusa i3 MK3

تصور کنید یک موتور کوچک بتواند با دقت یک مو، یک جسم را جابه‌جا کند. این همان کاری است که استپ موتورها انجام می‌دهند. این موتورهای جادویی با قابلیت کنترل دقیق موقعیت، دنیای اتوماسیون را متحول کرده‌اند. در این مقاله، به دنیای شگفت‌انگیز استپ موتورها قدم خواهیم گذاشت و با عملکرد و کاربردهای متنوع آن‌ها آشنا خواهیم شد.تا پایان این مقاله با ما همراه باشید تا جادوی این قطعه الکترونیکی را کشف کنید.

ساختار استپر موتور چگونه است؟

استپر موتور یا موتور پله‌ای دارای ساختاری نسبتاً ساده اما کارآمد است که به آن اجازه می‌دهد حرکت‌های دقیق و گام به گامی را انجام دهد. به طور کلی، یک استپر موتور از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

1. استاتور (Stator)

• سیم‌پیچ‌ها: استاتور بخش ثابت موتور است که سیم‌پیچ‌هایی در آن تعبیه شده‌اند. این سیم‌پیچ‌ها به صورت گروه‌هایی به نام فاز مرتب شده‌اند. تعداد فازها می‌تواند متفاوت باشد، اما رایج‌ترین آن‌ها دو فاز، سه فاز و پنج فاز هستند.
• هسته: سیم‌پیچ‌ها معمولاً روی یک هسته آهنی یا مغناطیسی پیچیده می‌شوند تا میدان مغناطیسی قوی‌تری ایجاد کنند.

2. روتور (Rotor)

• دندانه‌ها یا قطب‌های مغناطیسی: روتور بخش متحرک موتور است که به صورت دندانه‌دار یا دارای قطب‌های مغناطیسی دائمی است. این دندانه‌ها یا قطب‌ها با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ‌های استاتور برهمکنش می‌کنند.

همان طوری که در بالا نیز اشاره کردیم با عبور جریان الکتریکی از یک فاز خاص، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ ایجاد می‌شود که این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی روتور برهم‌کنش کرده و باعث می‌شود روتور به سمت موقعیتی بچرخد که در آن، قطب‌های مغناطیسی مخالف روبروی هم قرار گیرند و با تغییر فاز جریان الکتریکی از یک فاز به فاز دیگر، میدان مغناطیسی نیز تغییر جهت می‌دهد و در نتیجه روتور یک گام مشخص می‌چرخد.

کاربرد استپر موتور ها

در گذشته، استپ موتورها عمدتاً در دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی مانند پخش‌کننده‌های دی‌وی‌دی و فلاپی درایو برای انجام حرکات ساده و تکراری استفاده می‌شدند. اما با پیشرفت تکنولوژی و افزایش نیاز به سیستم‌های خودکار و دقیق، کاربرد این موتورها به طور چشمگیری گسترش یافته است. امروزه، استپ موتورها در صنایع متنوعی از جمله خودروسازی، رباتیک، الکترونیک، پزشکی و تولید به کار می‌روند.

کاربردهای گسترده استپر موتورها:

• صنعت خودروسازی: در سیستم‌های کنترل پنجره‌ها، آینه‌ها، دریچه‌های هوا و مکانیزم‌های صندلی‌های برقی برای ایجاد حرکت‌های دقیق و قابل کنترل استفاده می‌شوند.
• رباتیک: در ربات‌های صنعتی، ربات‌های پزشکی و ربات‌های خدمت‌رسان برای حرکت مفاصل، دستگیره‌ها و ابزارهای مختلف به کار می‌روند.
• صنعت سی ان سی: در چاپگرهای سه بعدی، دستگاه‌های CNC، اسکنرهای سه بعدی و دستگاه‌های اندازه‌گیری برای حرکت دقیق محورها و اجزا استفاده می‌شوند.
• صنعت پزشکی: در تجهیزات جراحی، دستگاه‌های آزمایشگاهی و سیستم‌های تصویربرداری پزشکی برای انجام حرکات دقیق و کنترل‌شده استفاده می‌شوند.
• صنعت تولید: در خطوط تولید صنعتی برای انجام عملیات‌های مختلف مانند مونتاژ، بسته‌بندی و تست محصولات استفاده می‌شوند.
• صنعت هوافضا: در ماهواره‌ها، پهپادها و سایر تجهیزات فضایی برای کنترل موقعیت و جهت‌گیری استفاده می‌شوند.

فلنج و گشتاور در استپر موتور

فلنج در استپر موتور، در واقع همان صفحه اتصال یا براکت است که در انتهای شفت موتور قرار دارد. این قطعه معمولاً از جنس آلومینیوم یا فولاد ساخته می‌شود و وظیفه اصلی آن اتصال موتور به سایر اجزای سیستم است.فلنج به عنوان واسطی بین شفت موتور و سایر اجزای مکانیکی مانند شفت‌های انتقال حرکت، کوپلینگ‌ها و چرخ‌دنده‌ها عمل می‌کند.

• محاسبه گشتاور: فلنج به عنوان نقطه مرجع برای محاسبه گشتاور خروجی موتور استفاده می‌شود.
• تثبیت موتور: فلنج به ثابت نگه داشتن موتور در جای خود کمک می‌کند و از لرزش و حرکت‌های ناخواسته آن جلوگیری می‌کند.

انواع فلنج:

فلنج‌ها بر اساس ابعاد، جنس و نوع اتصال متفاوت هستند. رایج‌ترین نوع فلنج در استپر موتورها، فلنج NEMA است که بر اساس استاندارد انجمن تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی آمریکا (National Electrical Manufacturers Association) تعریف شده است. ابعاد فلنج NEMA با اعداد مشخص می‌شود (مانند NEMA 17، NEMA 23) که نشان‌دهنده قطر فلنج و ابعاد کلی موتور است.

گشتاور استپر موتور (Torque)

گشتاور استپر موتور، به نیروی چرخشی گفته می‌شود که موتور قادر به تولید آن است. این نیرو باعث چرخش شفت موتور و انجام کار مکانیکی می‌شود. واحد اندازه‌گیری گشتاور نیوتن‌متر (Nm) است.

اهمیت گشتاور:

• انتخاب موتور مناسب: گشتاور مورد نیاز برای یک کاربرد خاص، یکی از مهم‌ترین عوامل در انتخاب استپر موتور است. اگر گشتاور موتور کمتر از نیاز باشد، موتور قادر به انجام کار مورد نظر نخواهد بود و ممکن است آسیب ببیند.
• سرعت موتور: گشتاور تولیدی موتور با سرعت آن رابطه عکس دارد. یعنی با افزایش سرعت، گشتاور کاهش می‌یابد.
• بارگذاری موتور: گشتاور مورد نیاز برای حرکت دادن یک بار خاص، به عوامل مختلفی مانند وزن بار، اصطکاک و شتاب مورد نیاز بستگی دارد.

عوامل موثر بر گشتاور استپر موتور:

• جریان تغذیه: افزایش جریان تغذیه، باعث افزایش گشتاور می‌شود.
• تعداد قطب‌ها: افزایش تعداد قطب‌ها، باعث افزایش گشتاور می‌شود.
• طراحی روتور: طراحی روتور و مواد استفاده شده در آن، بر گشتاور موتور تاثیرگذار است.

انتخاب گشتاور مناسب:

برای انتخاب گشتاور مناسب برای یک کاربرد خاص، باید عوامل زیر را در نظر گرفت:

• وزن و اندازه بار: هر چه بار سنگین‌تر باشد، گشتاور بیشتری نیاز است.
• سرعت مورد نیاز: با افزایش سرعت، گشتاور کاهش می‌یابد.
• شرایط محیطی: عوامل محیطی مانند دما، رطوبت و گرد و غبار می‌توانند بر گشتاور موتور تاثیر بگذارند.
• ضریب ایمنی: برای اطمینان از عملکرد صحیح موتور، بهتر است گشتاور موتور را کمی بیشتر از گشتاور مورد نیاز انتخاب کنید.

انواع استپر موتور کدامند؟

استپر موتورها به عنوان قلب تپنده‌ی بسیاری از دستگاه‌های دقیق و خودکار، در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. انتخاب نوع مناسب استپ موتور برای یک پروژه، به عوامل مختلفی از جمله گشتاور مورد نیاز، سرعت، دقت و ابعاد موتور بستگی دارد.

1.دسته‌بندی بر اساس تعداد فاز

• استپر موتور دو فاز: رایج‌ترین نوع استپر موتورها هستند. این موتورها دارای دو سیم‌پیچ هستند که با تغییر جهت جریان در آن‌ها، روتور به حرکت در می‌آید. استپر موتورهای دو فاز به دو نوع تک قطبی و دوقطبی تقسیم می‌شوند.

  • تک قطبی: در این نوع، هر سیم‌پیچ همیشه در یک جهت جریان دارد و جهت میدان مغناطیسی با تغییر جهت جریان در هر دو سیم‌پیچ تغییر می‌کند.
  • دوقطبی: در این نوع، جهت جریان در هر سیم‌پیچ می‌تواند تغییر کند و این باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی پیچیده‌تری می‌شود.

• استپر موتور سه فاز: دارای سه سیم‌پیچ هستند و نسبت به استپر موتورهای دو فاز، دقت و گشتاور بالاتری دارند.

• استپر موتور پنج فاز: این نوع موتورها دارای پنج سیم‌پیچ هستند و معمولاً در کاربردهایی با نیاز به گشتاور بسیار بالا و دقت فوق‌العاده استفاده می‌شوند.

2.دسته‌بندی بر اساس ساختار روتور

• استپر موتور با روتور دندانه‌ای (Variable Reluctance): در این نوع، روتور دارای دندانه‌های آهنی است که با تغییر شار مغناطیسی، باعث چرخش روتور می‌شوند. این نوع موتورها معمولاً ارزان‌تر هستند اما گشتاور کمتری نسبت به انواع دیگر دارند.
• استپر موتور با روتور مغناطیسی دائمی: در این نوع، روتور دارای قطب‌های مغناطیسی دائمی است. این موتورها گشتاور بالاتری دارند و دقت بیشتری را ارائه می‌دهند اما قیمت آن‌ها نیز بیشتر است.

3.دسته‌بندی بر اساس گام (Step Angle)

گام استپر موتور، زاویه‌ای است که روتور در هر پالس ورودی می‌چرخد. گام‌های رایج عبارتند از 1.8 درجه، 0.9 درجه و 0.72 درجه. هر چه گام کوچکتر باشد، دقت موتور بیشتر است.

4.دسته‌بندی بر اساس اندازه فلنج

اندازه فلنج استپر موتور بر اساس استاندارد NEMA (National Electrical Manufacturers Association) مشخص می‌شود. رایج‌ترین اندازه‌ها NEMA 17، NEMA 23، NEMA 24 و NEMA 34 هستند.

درایور استپر موتور ها

درایور استپر موتور، همانند راننده‌ای است که به موتور فرمان می‌دهد و حرکت آن را کنترل می‌کند. این قطعه الکترونیکی سیگنال‌های دیجیتال را دریافت کرده و آن‌ها را به پالس‌های جریان تبدیل می‌کند که باعث چرخش استپر موتور به صورت گام به گام می‌شود. انتخاب درایور مناسب برای هر استپر موتور بسیار مهم است، زیرا عملکرد، دقت و طول عمر موتور به آن بستگی دارد.

درایور استپر موتور TB6600(4 آمپر)

درایور سیگنال‌های دیجیتال را که از میکروکنترلر یا سایر کنترل‌کننده‌ها دریافت می‌کند، به پالس‌های جریان تبدیل می‌کند. این پالس‌ها باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی متناوب در سیم‌پیچ‌های موتور شده و در نتیجه روتور می‌چرخد. درایور می‌تواند سرعت چرخش موتور و شتاب آن را کنترل کند. این کار با تغییر فرکانس و عرض پالس‌های خروجی انجام می‌شود همچنین  می‌تواند با تنظیم مقدار جریان خروجی، گشتاور موتور را کنترل کند.درایور از موتور در برابر اضافه جریان، اضافه ولتاژ و سایر شرایط نامطلوب نیز محافظت می‌کند.

نتیجه‌گیری نهایی:

استپر موتورها به عنوان یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های کنترل حرکت، نقش بسیار مهمی در صنایع مختلف ایفا می‌کنند. این موتورها با قابلیت حرکت گام به گام و دقیق، امکان کنترل دقیق موقعیت و سرعت را فراهم می‌آورند.استپر موتورها به عنوان یک فناوری قدرتمند و قابل اعتماد، نقش مهمی در پیشرفت صنایع مختلف ایفا می‌کنند. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که کاربردهای استپ موتورها در آینده نیز گسترش یابد و در ایجاد نوآوری‌های جدید نقش مهمی ایفا کند.

خرید استپر موتور از رباتیک صنعت

رباتیک صنعت یکی از فروشگاه‌های آنلاین معتبر در زمینه تجهیزات رباتیک و اتوماسیون صنعتی است که طیف گسترده‌ای از استپر موتورها را با کیفیت بالا و قیمت مناسب عرضه می‌کند. اگر به دنبال خرید استپر موتور برای پروژه‌های خود هستید، این فروشگاه می‌تواند گزینه بسیار مناسبی باشد.

چرا رباتیک صنعت؟

• تنوع محصولات
• کیفیت بالا
• قیمت مناسب
• مشاوره تخصصی
• ارسال سریع و مطمئن

در صورت نیاز به مشاوره بیشتر، با کارشناسان رباتیک صنعت تماس بگیرید.با خرید استپر موتور از رباتیک صنعت، شما می‌توانید از کیفیت بالا، قیمت مناسب و خدمات پس از فروش مطمئن این فروشگاه بهره‌مند شوید. با توجه به راهنمایی‌های ارائه شده در این متن، می‌توانید استپر موتور مناسب پروژه خود را انتخاب کرده و با خیال راحت خرید خود را انجام دهید.برای دریافت اطلاعات دقیق‌تر و مشاوره تخصصی، بهتر است با کارشناسان فروش رباتیک صنعت تماس بگیرید.

ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات و تحقیق و توسعه سی ان سی های رباتیک صنعت