Quelle solution est la plus adaptée à votre application ? Examinons les principaux critères de décision, notamment la rapidité, l'accélération et les objectifs de prix.

moteurs pas à pas

Les moteurs pas à pas sont constitués d'un rotor à aimants permanents et d'un stator fixe portant les enroulements. Lorsque le courant traverse les enroulements du stator, il génère une distribution de flux magnétique qui interagit avec la distribution du champ magnétique du rotor pour appliquer une force de rotation. Les moteurs pas à pas présentent un nombre de pôles très élevé, généralement 50 ou plus. Le contrôleur du moteur pas à pas alimente chaque pôle séquentiellement, de sorte que le rotor tourne par incréments, ou pas. Grâce à ce nombre de pôles très élevé, le mouvement semble continu.

En théorie, un réducteur pourrait être utilisé pour augmenter le couple, mais c'est là que la faible vitesse des moteurs pas à pas devient problématique. L'ajout d'un réducteur 10:1 à un moteur pas à pas de 1 200 tr/min peut augmenter le couple d'un ordre de grandeur, mais il abaisse également la vitesse à 120 tr/min. Si le moteur est utilisé pour entraîner un actionneur à vis à billes ou similaire, il ne fournira probablement pas une vitesse suffisante pour répondre aux besoins de l'application.

Les moteurs pas à pas ne sont généralement pas disponibles dans des tailles supérieures à NEMA 34, la plupart des applications étant réservées aux moteurs NEMA 17 ou NEMA 23. Par conséquent, il est rare de trouver des moteurs pas à pas capables de produire un couple supérieur à 1 000 à 2 000 onces-pouces.

Les moteurs pas à pas présentent également des limites de performances. On peut les comparer à un système masse-ressort. Le moteur doit rompre les frottements pour commencer à tourner et déplacer la charge, et à ce stade, le rotor n'est plus entièrement contrôlé. Par conséquent, une commande d'avance de cinq pas peut n'entraîner que quatre, voire six, rotations du moteur.

En revanche, si le variateur commande un moteur pour avancer de 200 pas, il le fera avec une précision de quelques pas, ce qui représente alors une erreur de quelques pour cent. Bien que nous commandions les moteurs pas à pas avec une résolution généralement comprise entre 25 000 et 50 000 points par tour, comme le moteur est un système masse-ressort sous charge, notre résolution typique est de 2 000 à 6 000 points par tour. Cependant, à ces résolutions, même un mouvement de 200 pas correspond à une fraction de degré.

L'ajout d'un encodeur permettra au système de suivre précisément les mouvements, mais ne permettra pas de contourner les contraintes physiques du moteur. Pour les applications nécessitant une précision et une résolution de positionnement améliorées, les servomoteurs constituent une meilleure solution.

Servomoteurs

Tout comme les moteurs pas à pas, les servomoteurs ont de nombreuses implémentations. Prenons la conception la plus courante, qui intègre un rotor à aimants permanents et un stator fixe avec les bobinages. Là encore, le courant crée une distribution de champ magnétique qui agit sur le rotor pour développer le couple. Cependant, les servomoteurs ont un nombre de pôles nettement inférieur à celui des moteurs pas à pas. Par conséquent, ils doivent fonctionner en boucle fermée.

Le fonctionnement en boucle fermée permet au contrôleur/variateur de commander le maintien de la charge à une position spécifique, tandis que le moteur effectue des ajustements continus pour la maintenir à cette position. Ainsi, les servomoteurs peuvent fournir un couple de maintien de facto. Il convient toutefois de noter que le couple à vitesse nulle dépend du dimensionnement correct du moteur pour contrôler la charge et éviter toute oscillation autour de la position commandée.

Les servomoteurs utilisent généralement des aimants en terres rares, tandis que les moteurs pas à pas utilisent plus fréquemment des aimants conventionnels moins coûteux. Les aimants en terres rares permettent de développer un couple plus élevé dans un boîtier plus compact. Les servomoteurs bénéficient également d'un avantage en termes de couple grâce à leur taille. Leur diamètre varie généralement de NEMA 17 à 220 mm. Grâce à ces facteurs combinés, les servomoteurs peuvent fournir des couples allant jusqu'à 250 pieds-livres.

La combinaison de la vitesse et du couple permet aux servomoteurs d'offrir une meilleure accélération que les moteurs pas à pas. Leur fonctionnement en boucle fermée améliore également la précision de positionnement.

Réflexions finales

Les servomoteurs offrent un avantage indéniable en termes de performances. En termes de répétabilité, les moteurs pas à pas peuvent toutefois être très compétitifs. Ce point remet en question une idée reçue concernant les moteurs pas à pas : le mythe du mouvement perdu. Comme nous l'avons vu précédemment, la nature masse-ressort d'un moteur pas à pas peut entraîner quelques pas perdus. Cependant, comme l'entraînement commande au moteur pas à pas de se déplacer vers une position angulaire, les pas perdus ne sont pas reportés d'une rotation à l'autre. D'une rotation à l'autre, les moteurs pas à pas sont hautement répétables. Une discussion plus détaillée sur ce sujet est prévue dans un prochain article de blog.

La discussion ci-dessus nous amène à une dernière différence essentielle entre les axes pas à pas et les axes servo : le coût. Les moteurs pas à pas ne nécessitent généralement pas de rétroaction, utilisent des aimants moins coûteux et intègrent rarement des réducteurs. Grâce à leur nombre élevé de pôles et à leur capacité à générer un couple de maintien, ils consomment moins d'énergie à vitesse nulle. Par conséquent, un moteur pas à pas peut être jusqu'à un ordre de grandeur moins cher qu'un servomoteur comparable.

En résumé, les moteurs pas à pas constituent une solution idéale pour les applications exigeant une faible vitesse, une faible accélération et une faible précision. Ils sont également généralement compacts et peu coûteux. Ils sont donc parfaitement adaptés aux applications médicales, biotechnologiques, de sécurité et de défense, ainsi qu'à la fabrication de semi-conducteurs. Les servomoteurs constituent un meilleur choix pour les systèmes exigeant une vitesse, une accélération et une précision élevées. Leur coût et leur complexité sont toutefois plus élevés. Les servomoteurs sont généralement utilisés dans l'emballage, la transformation, le traitement de bandes et d'autres applications similaires.

Si votre application est flexible, mais que votre budget l'est moins, envisagez un moteur pas à pas. Si les performances sont primordiales, un servomoteur fera l'affaire, mais préparez-vous à payer plus cher.