Βασικά στοιχεία βηματικού κινητήρα: Ένας βηματικός κινητήρας περιστρέφει έναν άξονα κατά βήματα (δηλαδή, σταθερές γωνιακές κινήσεις). Η εσωτερική του δομή εξαλείφει την ανάγκη για έναν αισθητήρα. Η ακριβής γωνιακή θέση του άξονα μπορεί να προσδιοριστεί απλώς μετρώντας τον αριθμό των βημάτων. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Όπως όλοι οι κινητήρες, οι Stepper Motors λειτουργούν με την ίδια αρχή: ένα σταθερό μέρος (στάτορας) και ένα κινούμενο τμήμα (ρότορας). Ο στάτορας έχει ταχύτητα - σαν προεξοχές τυλιγμένες με πηνία, ενώ ο ρότορας αποτελείται από μόνιμους μαγνήτες ή από έναν μεταβλητό πυρήνα απροθυμίας. Θα εμβαθύνουμε βαθύτερα σε διαφορετικές δομές του ρότορα αργότερα. Το σχήμα 1 δείχνει ένα σταυρό - ενότητα ενός κινητήρα με μεταβλητό πυρήνα απροθυμίας ως ρότορα του.
Η βασική αρχή λειτουργίας ενός βηματικού κινητήρα είναι αυτή: ενεργοποιώντας μία ή περισσότερες φάσεις στάτορας δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο μέσα από τα πηνία, τα οποία ευθυγραμμίζεται ο ρότορας. Η διαδοχική εφαρμογή της τάσης σε κάθε φάση αναγκάζει τον ρότορα να περιστρέφει μια συγκεκριμένη γωνία, φτάνοντας τελικά στην επιθυμητή θέση. Το σχήμα 2 απεικονίζει αυτήν την αρχή. Πρώτον, το πηνίο Α ενεργοποιείται, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο που ευθυγραμμίζει τον ρότορα. Όταν το πηνίο B ενεργοποιείται, ο ρότορας περιστρέφεται 60 βαθμοί δεξιόστροφα για να ευθυγραμμιστεί με το νέο μαγνητικό πεδίο. Η ίδια διαδικασία συμβαίνει όταν ενεργοποιείται το πηνίο C. Το χρώμα των δοντιών του στάτη στο παρακάτω σχήμα υποδεικνύει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τις περιελίξεις του στάτη.
Υπάρχουν βασικά τρεις τύποι ρότορων σε βηματικούς κινητήρες: ΡΟΚΙΝΕΣ ΜΟΝΟΜΗ ΜΑΓΚΟΣΤΟΣ: Αυτοί οι ρότορες είναι μόνιμοι μαγνήτες ευθυγραμμισμένοι με το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το κύκλωμα στάτορας. Αυτός ο τύπος ρότορα παρέχει καλή ροπή και ροπή πέδησης. Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας αντιστέκεται (αν όχι έντονα) τις αλλαγές στη θέση ανεξάρτητα από το αν τα πηνία ενεργοποιούνται. Ωστόσο, σε σύγκριση με άλλους τύπους ρότορα, αυτός ο τύπος ρότορα έχει τα μειονεκτήματα χαμηλότερης ταχύτητας και ανάλυσης. Το σχήμα 3 δείχνει ένα σταυρό - ενότητα ενός μόνιμου κινητήρα μαγνήτη.
Μεταβλητές δρομείς απροθυμίας: Ο ρότορας είναι κατασκευασμένος από πυρήνα σιδήρου με ειδικό σχήμα που ευθυγραμμίζεται με το μαγνητικό πεδίο (βλ. Σχήματα 1 και 2). Αυτός ο ρότορας επιτυγχάνει ευκολότερα υψηλή ταχύτητα και ανάλυση, αλλά παράγει γενικά χαμηλότερη ροπή και στερείται ροπής ροπής. Hybrid Rotors: Αυτός ο ρότορας έχει μια μοναδική δομή που είναι ένα υβρίδιο ενός μόνιμου μαγνήτη και ένας μεταβλητής απροθυμίας ρότορα. Ο ρότορας έχει δύο αξονικά μαγνητισμένα καπάκια με εναλλασσόμενα μικρά δόντια. Αυτή η διαμόρφωση συνδυάζει τα πλεονεκτήματα τόσο του μόνιμου μαγνήτη όσο και των μεταβλητών ρότορες απροθυμίας, ιδιαίτερα της υψηλής ανάλυσης, της υψηλής ταχύτητας και της υψηλής ροπής. Ωστόσο, οι υψηλότερες απαιτήσεις απόδοσης έρχονται με μια πιο περίπλοκη δομή και υψηλότερο κόστος. Το σχήμα 3 δείχνει ένα απλοποιημένο σχήμα αυτής της δομής του κινητήρα. Όταν το πηνίο Α ενεργοποιείται, ένα μικρό δόντι στο καπάκι του ρότορα ευθυγραμμίζεται με ένα μαγνητισμένο δοντιών του στάτη S. Ταυτόχρονα, λόγω της δομής του ρότορα, το καπάκι του ρότορα ευθυγραμμίζεται με ένα μαγνητισμένο δοντιών του στάτορα Ν. Αυτός ο μεγάλος αριθμός δοντιών επιτρέπει εξαιρετικά μικρές γωνίες βημάτων, τόσο μικρές όσο 0,9 βαθμούς.
Ο στάτορας είναι το μέρος του κινητήρα που είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου με το οποίο ευθυγραμμίζεται ο ρότορας. Τα βασικά χαρακτηριστικά του κυκλώματος στάτορα σχετίζονται με τον αριθμό των φάσεων, των ζευγών πόλων και της διαμόρφωσης καλωδίων. Ο αριθμός των φάσεων αναφέρεται στον αριθμό των μεμονωμένων πηνίων, ενώ ο αριθμός των ζευγών πόλων υποδεικνύει τα κύρια ζεύγη δοντιών που καταλαμβάνουν κάθε φάση. Δύο - φάσης βηματικών κινητήρων είναι οι πιο συνηθισμένοι, ενώ τρεις - φάση και πέντε - Οι κινητήρες φάσης είναι λιγότερο συνηθισμένοι (βλέπε σχήματα 5 και 6).
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα πηνία του κινητήρα πρέπει να ενεργοποιηθούν σε μια συγκεκριμένη ακολουθία για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο που θα ευθυγραμμιστεί ο ρότορας. Οι ακόλουθες συσκευές (ξεκινώντας από όσους πλησιάζουν τον κινητήρα) μπορούν να παρέχουν την απαραίτητη τάση στα πηνία για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα: γέφυρα τρανζίστορ: αυτή η συσκευή ελέγχει φυσικά τις ηλεκτρικές συνδέσεις των κινητικών πηνίων. Ένα τρανζίστορ μπορεί να θεωρηθεί ως ηλεκτρικά ελεγχόμενος διακόπτης κυκλώματος. Όταν κλείνουν, τα πηνία συνδέονται με μια πηγή ενέργειας, επιτρέποντας το ρεύμα να ρέει μέσω αυτών. Απαιτείται γέφυρα τρανζίστορ για κάθε κινητήρα. PRE - Οδός: Αυτή η συσκευή ελέγχει την ενεργοποίηση του τρανζίστορ και ελέγχεται από ένα MCU για να παρέχει την απαιτούμενη τάση και ρεύμα. Το MCU είναι μια μονάδα μικροελεγκτή (MCU), που συνήθως προγραμματίζεται από τον χρήστη του κινητήρα. Δημιουργεί συγκεκριμένα σήματα στο πρόγραμμα οδήγησης Pre - για την επίτευξη της επιθυμητής συμπεριφοράς του κινητήρα. Το σχήμα 7 δείχνει ένα απλοποιημένο σχήμα ενός συστήματος ελέγχου βηματικού κινητήρα. Το pre - γέφυρα οδηγού και τρανζίστορ μπορεί να περιέχεται σε μία μόνο συσκευή, το πρόγραμμα οδήγησης.
