Les moteurs pas à pas permettent un fonctionnement précis du positionnement, ils sont donc utilisés lorsqu’une grande précision est requise pour des tâches de positionnement exigeantes. Ils se composent d’un stator fixe et d’un rotor tournant à l’intérieur, qui est entraîné par un couple de torsion créé par des champs magnétiques orientés différemment dans le stator et le rotor. Le rotor tourne toujours de manière à générer le plus grand flux magnétique possible. Les moteurs pas à pas sont principalement utilisés dans l’automatisation des usines, mais sont également de plus en plus utilisés dans la construction de machines et d’installations.
Les moteurs pas à pas se caractérisent par un couple de torsion très élevé pour une faible vitesse de rotation. Cela permet d’une part un démarrage rapide et d’autre part, grâce au couple de maintien élevé, un arrêt facile de l’application. De même, le sens de rotation peut être rapidement modifié à tout moment. Les autres avantages fondamentaux des moteurs pas à pas sont la grande précision obtenue grâce à leur utilisation et la facilité de contrôle de la position respective du rotor. De plus, les moteurs pas à pas ne comportent pas de balais, ce qui contribue largement à la résistance mécanique élevée de l’application.
En principe, il existe trois types de moteurs pas à pas : le moteur pas à pas à réluctance, le moteur pas à pas à aimant permanent et le moteur pas à pas hybride. Ce dernier combine les caractéristiques des moteurs pas à pas à réluctance et à aimant permanent et représente ainsi la variante la plus efficace des trois. Les moteurs pas à pas hybrides possèdent un stator avec des pôles statoriques à dents multiples et un rotor composé de jusqu’à 200 dents de rotor, qui peuvent se déplacer selon des angles de pas de 1,8° chacune. Les moteurs pas à pas hybrides présentent un couple de torsion statique et dynamique élevé ainsi qu’une vitesse de pas très élevée. Ils sont donc utilisés dans de nombreuses applications, notamment dans les lecteurs de PC et les imprimantes. Les principaux domaines d’application des moteurs pas à pas hybrides dans l’industrie sont les machines-outils et les machines de manipulation.
Pour le développement et la production de moteurs pas à pas, Festo mise sur la technologie hybride. Le moteur pas à pas EMMS-ST fait partie de notre programme standard et convient parfaitement aux applications de positionnement simples. L’EMMS-ST permet un petit pas pour des couples moteurs élevés, possède une connectique optimisée et est disponible en quatre tailles avec des dimensions de bride de 28, 42, 57 et 87. De plus, il est disponible en option avec un frein de retenue.
Le moteur pas à pas est un produit largement utilisé qui permet de contrôler la position et la vitesse d'une manière très simple et rentable. Il s'agit d'une conception sans balais, qui garantit une longue durée de vie et une faible maintenance et génère moins de vibrations. On compte le nombre de pas par tour (de 200 pas), ou de tours complets avec lesquels la position peut être déterminée, un certain nombre de pas de rotation est converti dans le contrôleur en une position sur un mouvement linéaire ou rotatif.
Il existe un certain nombre de types de moteurs pas à pas, classés en fonction de leur conception mécanique, tels que le moteur pas à pas à aimant permanent, le moteur à réluctance et le type couramment utilisé dans l'industrie aujourd'hui, le moteur pas à pas HY, une combinaison des deux types précédents, utilisant un rotor à aimant permanent denté. Sur le plan électrique, le type bipolaire est souvent utilisé lorsque deux enroulements sans prise centrale forment le stator.
La taille d'un moteur pas à pas est définie par les normes NEMA. Les plus petits moteurs pas à pas peuvent être contrôlés même avec un contrôleur Arduino ou un microPC RaspberryPi. Les plus grands types nécessitent un pilote supplémentaire qui amplifie les signaux de commande et les convertit en puissance pour les enroulements du moteur.
Dans l'industrie, on utilise des pilotes (contrôleurs) de moteurs pas à pas qui ont à la fois la partie commande et la partie puissance dans un seul boîtier, et qui communiquent avec un PLC via, par exemple, un bus de terrain tel que Profinet ou Ethercat. Ces variateurs, tels que le CMMT-ST de Festo, peuvent commander un moteur pas à pas par le biais du courant en boucle ouverte, c'est-à-dire sans retour d'un signal de codeur, ou en boucle fermée, où le variateur de moteur pas à pas compare en permanence la rotation angulaire demandée à la rotation réelle, ce qui permet d'atteindre un degré élevé de fiabilité. Le moteur pas à pas fonctionne alors en mode servo, tout comme un servomoteur synchrone classique. Pour les applications moins dynamiques, avec des puissances plus faibles, un moteur pas à pas commandé en mode servo est une alternative très rentable aux systèmes classiques de servomoteurs.
Les moteurs pas à pas sont très largement utilisés dans les techniques de manutention, par exemple dans les unités de prise et de mise en place, les mécanismes d'alimentation et les réglages d'arrêt, le positionnement point à point sur de courtes distances, les systèmes CNC et autres systèmes similaires. Si les longues distances et les vitesses élevées (vitesse du moteur) ne sont pas si importantes, ce sont des moteurs de positionnement idéaux.
Leurs propriétés techniques attrayantes sont complétées par le fait que les moteurs pas à pas peuvent être utilisés pour mettre en place des solutions d'entraînement très rentables. Ceci est principalement dû à la mise en service très facile - du câblage au réglage des paramètres de contrôle.
Il existe trois types fondamentaux de moteurs pas à pas, qui diffèrent par leur construction et leur fonction :
Cette variante de moteur est le principe original des moteurs pas à pas. Le mot réluctance fait référence à la "résistance magnétique". Le rotor est constitué uniquement d'un cylindre en fer doux fendu ou denté. Le fer doux est magnétiquement conducteur et participe donc à la création de champs magnétiques, mais n'est pas un aimant permanent.
Aucun enroulement n'est placé dans le rotor. Cela signifie qu'il n'a pas de champ magnétique propre et n'a pas besoin de collecteurs ou d'anneaux collecteurs. Ainsi, il ne nécessite pratiquement aucun entretien et est très rentable.
La partie fixe est formée par le boîtier. Le type de bobinage donne six bobines avec un noyau de fer, qui forment les pôles ou les paires de pôles (électro-aimants). Au moins 3 paires de pôles, c'est-à-dire 6 bobines, doivent être installées. Un moteur unipolaire comporte 6 connexions.
Les enroulements de la bobine sont parallèles à l'axe longitudinal sur toute leur longueur. Les dentelures et les rainures du stator correspondent au pas, à la taille et à la position de celles du rotor.
Pour le faire tourner, certaines bobines (ou paires de bobines) doivent être alternativement activées (tension) et désactivées par des transistors. Il en résulte un champ magnétique tournant en escalier et il suit ce mouvement. La spécification du sens de rotation et de la vitesse du champ détermine le sens de rotation et la vitesse de l'arbre du moteur.
Ceux-ci nécessitent au moins deux paires de bobines. Le rotor est constitué d'un aimant permanent dont les deux pôles sont parallèles à l'axe longitudinal de l'arbre du moteur et est connecté en permanence à un côté de la tension d'alimentation. Pour permettre une haute résolution, les deux sont dotés d'un nombre élevé de pôles ;
L'avantage par rapport au moteur à réluctance réside dans le couple plus élevé, car dans ce cas, le rotor génère un champ magnétique distinct et donc supplémentaire.
Ce moteur combine les avantages des moteurs pas à pas à réluctance et à aimant permanent. Au moins deux paires de bobines et des aimants permanents, avec un alignement des pôles parallèle à l'arbre du moteur, et un rotor directement opposé au stator.
Les poteaux sont chacun équipés de cylindres en fer doux, dentés sur tout le pourtour. Les dents des cylindres aux pôles magnétiques sont espacées de moitié par rapport à la distance angulaire des dents. La vue de face du moteur montre donc les deux couronnes dentées, les dents du pôle sud à l'avant et celles du pôle nord à l'arrière.
Ils sont indépendants de la charge. Dans les limites du couple admissible, le moteur pas à pas entraîné tourne à une vitesse très constante, même en cas de variation du couple, contrairement à d'autres.
Ils peuvent être utilisés dans une boucle de régulation ouverte. Comme la largeur de pas du moteur est définie avec précision, la position d'un entraînement peut être déterminée en comptant simplement les pas, ce qui permet de l'utiliser même sans codeur de déplacement. Cela permet des solutions d'entraînement économiques avec seulement des conducteurs.
Les moteurs pas à pas ont un couple de maintien élevé, même au repos mais sous tension. Les moteurs pas à pas bipolaires sont contrôlés par le courant nominal. Par conséquent, ils ont un couple de maintien élevé même au repos et restent complètement immobiles. Un produit avec un couple de maintien de 50 Ncm peut déplacer des axes ou des robots avec une charge de 10 kg sans perte de pas.
Ils peuvent être positionnés de manière très précise. Pour augmenter la résolution des pas mécaniques spécifiés du moteur, on utilise ce qu'on appelle l'activation des micropas. Cela permet d'obtenir des chiffres comme 0,225° et donc un grand nombre de pôles.
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