Introduzione ai motori passo passo (anche chiamati Stepper Motor)

Gli Stepper motor sono stati sviluppati nei primi anni '60 come alternativa a basso costo ai servo sistemi di posizione. Il vantaggio principale dei motori passo passo è che sono in grado di raggiungere la posizione in modo preciso senza l'obbligo di un feedback di controllo.  In altre parole, si può eseguire un sistema ad anello aperto (open-loop) che riduce significativamente il costo del sistema.

I motori passo-passo hanno i "denti" sia sul rotore che sullo statore. La coppia è generata alternativamente dalla magnetizzazione dello statore, e dal rotore a magneti permanenti che cerca di allinearsi con lo statore.

Ci sono diverse configurazioni di motori passo passo, e ancor più diversi modi di pilotarli.
La configurazione più comune dello statore è costituita da due bobine (A e B). Queste sono disposte intorno alla circonferenza dello statore in modo tale che se sono guidati con onde quadre, che hanno un rapporto di quadratura in fase tra di loro, il motore ruota! Per far ruotare il motore nella direzione opposta, è sufficiente invertire il rapporto tra la fase A e B dei segnali. Un passaggio di una onda quadra provoca quindi lo spostamento del rotore di una piccolo "Step". Da qui il nome di "stepper motor".
Le dimensioni di questa fase, o step, dipende dalla disposizione dei "denti" del motore, un valore comune è 1,8 gradi, oppure 200 passi per giro (360°/200=1,8°). Il controllo della velocità si ottiene semplicemente variando la frequenza dell'onda quandra di pilotaggio.

Poiché i motori passo-passo possono essere mossi con onde quadre, sono facilmente controllabili da circuiti digitali poco costosi (driver) inoltre non è richiesto l'uso del PWM. Per questo motivo, i motori passo-passo sono stati spesso impropriamente denominata "motori digitali". Tuttavia, utilizzando tecniche di modulazione di potenza per cambiare la quadratura delle onde di pilotaggio in seno e coseno, è possibile ottenere anche più passi di
risoluzione. Questo è chiamato "micro-stepping", dove ogni discreto cambiamento in seno e coseno costituisce un microstep. Teoricamente, non vi è alcun limite alla risoluzione ottenibile con la tecnica micro-stepping, ma in realtà, il limite è dovuto dalle  tolleranze meccaniche ed elettriche del motore. Alcuni motori passo passo sono progettati specificamente per il micro-stepping, e sono costituiti da impedenze A e B perfettamente calibrate ed equivalenti e
tolleranze di lavorazione più rigide sui "denti", a scapito di costi più elevati. 

Caratteristiche principali Stepper Motor

1.       Soluzioni a basso costo per il controllo di posizione
2.       "zero-following" errore nei sistemi servo
3.       Facile da interfacciare al controller digitale
4.       Alto guadagno coppia / posizione ed eccellente mantenimento di coppia
5.       Limitata coppia disponibile, anche quando il motore è unpowered
6.       Il calore è generato nello statore ed è facile da dissipare.
7.       Operatività sincrona che permette un controllo della velocitò ad anello aperto.

Tipologie di motori passo-passo

Motori passo-passo (Stepper Motor)
I Motori passo passo, denominati anche stepper motor o motori stepper, ruotano di un angolo fisso, espresso ovviamente in gradi, detto appunto passo. Sarà quindi un circuito di comando (driver) a pilotare i vari ingressi del motore permettendo a quest'ultimo di ruotare.

Attualmente esistono tre tipi di Motore Passo Passo:

• Motori passo-passo a magnete permanente
  Denominati anche Permanent Magnet Stepper Motor sono caratterizzati appunto dal rotore a
  magneti permanenti. sono attualmente quelli piu diffusi. Motori Passo-Passo a Magneti
  Permanenti
  Bipolari
• Motori passo-passo a riluttanza variabile
  Denominati anche Variable Reluctance Stepper Motor sono caratterizzati dal tipo di rotore
  che è ferromagnetico. Quando applichiamo tensione allo statore, il campo eletromagnetico
  generato permette al rotore di muoversi verso la posizione di riluttanza minima
• Motori passo-passo ibridi
  Denominati anche Hybrid Stepper Motor, sono realizzati usando un rotore a magneti
  permanenti con diverse espansioni ferromagnetiche. sono i motori più performanti, buona
  precisione, alta velocità, alta coppia e micro passi, ma ad un costo piu elevato rispetto
  alle altre tipologie di motori stepper

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Sources :
www.freescale.com
www.wikipedia.com