Qual è quello giusto per la tua applicazione? Esploriamo i criteri decisionali chiave tra cui velocità, accelerazione e obiettivi di prezzo.

Motori passo-passo

I motori passo-passo sono costituiti da un rotore con magneti permanenti e uno statore stazionario che trasporta gli avvolgimenti. Quando la corrente scorre attraverso gli avvolgimenti dello statore, genera una distribuzione del flusso magnetico che interagisce con la distribuzione del campo magnetico del rotore per applicare una forza rotante. I motori passo-passo presentano un numero di poli molto elevato, in genere 50 o più. Il driver del motore passo-passo eccita ciascun polo in sequenza in modo che il rotore ruoti con una serie di incrementi o passi. A causa del numero molto elevato di poli, il movimento sembra essere continuo.

In teoria, per aumentare la coppia si potrebbe utilizzare un riduttore, ma è qui che la bassa velocità dei motori passo-passo diventa un problema. L'aggiunta di un riduttore 10:1 a un motore passo-passo da 1.200 giri/min potrebbe aumentare la coppia di un ordine di grandezza, ma ridurrà anche la velocità a 120 giri/min. Se il motore viene utilizzato per azionare un attuatore con vite a ricircolo di sfere o simili, probabilmente non fornirà una velocità sufficiente per soddisfare le esigenze dell'applicazione.

I motori passo-passo generalmente non sono disponibili con dimensioni del telaio superiori a NEMA 34, con la maggior parte delle applicazioni che rientrano nelle dimensioni dei motori NEMA 17 o NEMA 23. Di conseguenza, è raro trovare motori passo-passo in grado di produrre più di 1.000-2.000 once pollici di coppia.

Anche i motori passo-passo hanno limitazioni in termini di prestazioni. Puoi pensare a un motore passo-passo come a un sistema molla-massa. Il motore deve eliminare l'attrito per iniziare a girare e spostare il carico, a quel punto il rotore non è completamente controllato. Di conseguenza, un comando di avanzamento di cinque passi può comportare solo la rotazione del motore di quattro passi o sei.

Se l'azionamento comanda a un motore di avanzare di 200 passi, tuttavia, lo farà entro pochi passi, il che a quel punto rappresenta un errore di pochi punti percentuali. Sebbene comandiamo motori passo-passo con una risoluzione tipicamente compresa tra 25.000 e 50.000 conteggi per giro, poiché il motore è un sistema molla-massa sotto carico, la nostra risoluzione tipica è compresa tra 2.000 e 6.000 conteggi per giro. Tuttavia, a queste risoluzioni, anche uno spostamento di 200 passi corrisponde a una frazione di grado.

L'aggiunta di un codificatore consentirà al sistema di tracciare con precisione il movimento, ma non sarà in grado di superare la fisica di base del motore. Per le applicazioni che richiedono precisione e risoluzione di posizionamento migliorate, i servomotori forniscono una soluzione migliore.

Servomotori

Come i motori passo-passo, i servomotori hanno molte implementazioni. Consideriamo il design più comune, che incorpora un rotore con magneti permanenti e uno statore stazionario con gli avvolgimenti. Anche in questo caso la corrente crea una distribuzione del campo magnetico che agisce sul rotore per sviluppare la coppia. Tuttavia, i servomotori hanno un numero di poli significativamente inferiore rispetto ai motori passo-passo. Di conseguenza, devono essere gestiti a circuito chiuso.

Tuttavia, il funzionamento ad anello chiuso consente al controller/azionamento di comandare che il carico rimanga in una posizione specifica e il motore effettuerà continue regolazioni per mantenerlo in tale posizione. Pertanto, i servomotori possono fornire di fatto una coppia di tenuta. Si noti, tuttavia, che lo scenario di coppia a velocità zero dipende dal dimensionamento corretto del motore per controllare il carico e prevenire l'oscillazione attorno alla posizione comandata.

I servomotori utilizzano tipicamente magneti di terre rare mentre i motori passo-passo utilizzano più frequentemente magneti convenzionali meno costosi. I magneti in terre rare consentono lo sviluppo di una coppia più elevata in un pacchetto più piccolo. I servomotori ottengono anche un vantaggio in termini di coppia dalle loro dimensioni fisiche complessive. I diametri dei servomotori variano generalmente da NEMA 17 fino a 220 mm. Come risultato di questi fattori combinati, i servomotori possono fornire coppie fino a 250 piedi-libbre.

La combinazione di velocità e coppia consente ai servomotori di fornire un'accelerazione migliore rispetto ai motori passo-passo. Forniscono inoltre una migliore precisione di posizionamento grazie al funzionamento a circuito chiuso.

Considerazioni finali

I servomotori offrono un innegabile vantaggio in termini di prestazioni. In termini di ripetibilità, tuttavia, i motori passo-passo possono essere piuttosto competitivi. Questo punto fa emergere un malinteso comune sui motori passo-passo, che è il mito del movimento perduto. Come discusso in precedenza, la natura massa-molla di un motore passo-passo può comportare la perdita di alcuni passi. Poiché l'azionamento comanda allo stepper di spostarsi in una posizione angolare, i passi persi non vengono tuttavia trasferiti da una rotazione all'altra. Da rotazione a rotazione, i motori passo-passo sono altamente ripetibili. Cerca una discussione più dettagliata su questo argomento in un futuro post sul blog.

La discussione di cui sopra ci porta a un'ultima differenziazione chiave tra assi passo-passo e servoassi, che è il costo. I motori passo-passo in genere non richiedono feedback, utilizzano magneti meno costosi e raramente incorporano riduttori. A causa dell'elevato numero di poli e della capacità di generare coppia di tenuta, consumano meno energia a velocità zero. Di conseguenza, un motore passo-passo può essere fino a un ordine di grandezza meno costoso di un servomotore comparabile.

Per riassumere, i motori passo-passo sono buone soluzioni per applicazioni con requisiti di bassa velocità, bassa accelerazione e bassa precisione. Anche i motori passo-passo tendono ad essere compatti ed economici. Ciò rende questi motori particolarmente adatti per applicazioni mediche, biotecnologiche, di sicurezza e difesa e di produzione di semiconduttori. I servomotori sono la scelta migliore per i sistemi che richiedono alta velocità, elevata accelerazione ed elevata precisione. Il compromesso è un costo e una complessità più elevati. I servomotori vengono generalmente utilizzati nell'imballaggio, nella conversione, nella lavorazione del nastro e in applicazioni simili.

Quando la tua applicazione è indulgente ma il tuo budget no, prendi in considerazione un motore passo-passo. Se le prestazioni sono l’aspetto più importante, un servomotore farà il lavoro ma sarai disposto a pagare di più.