Động cơ bước là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có thể chuyển đổi đầu vào điện thành chuyển động cơ học. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, động cơ bước đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ tự động hóa sản xuất đến máy in 3D và thiết bị y tế. Để hiểu rõ hơn về động cơ này, chúng ta cùng đi tìm hiểu về động cơ bước là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng.

Động cơ bước là gì?

Động cơ bước, hay còn được gọi là Stepper Motor, là một loại động cơ điện một chiều chuyển động theo các bước rời rạc. Nó bao gồm nhiều cuộn dây được kích hoạt theo thứ tự để tạo ra các bước quay cố định. Động cơ bước được điều khiển bằng các xung điện rời rạc, giúp nó thực hiện các chuyển động góc quay chính xác và đồng đều. Điều này làm cho động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu chính xác và độ tin cậy cao, như máy in 3D, máy CNC, và các thiết bị tự động hóa.  

Cấu tạo động cơ bước

Cấu trúc của động cơ bước bao gồm hai thành phần chính: Rotor và Stato.

Rotor

Rotor là một bộ phận quan trọng, được tạo thành từ một chuỗi các lá nam châm vĩnh cửu. Những lá nam châm này không chỉ đơn giản là các tấm từ nam châm thông thường, mà chúng được sắp xếp một cách tỉ mỉ và kỹ lưỡng. Cấu trúc của Rotor đòi hỏi sự đối xứng và chính xác trong việc xếp chồng các lá nam châm này lên nhau. Mỗi lá nam châm trên Rotor được chia thành các cặp, mỗi cặp đều có hình dạng và cấu trúc tương đối nhất định. Điều này tạo ra một môi trường từ nam châm mạnh, giúp Rotor có thể tương tác hiệu quả với Stato.

Stato

Được chế tạo từ chất liệu sắt. Chúng được thiết kế với các rãnh nhỏ được chia ra trên bề mặt, những rãnh này đóng vai trò quan trọng trong việc đặt cuộn dây. Các rãnh nhỏ này giúp cuộn dây được đặt vào một cách gọn gàng và chính xác, tạo ra một cấu trúc đồng nhất và ổn định. Sự kết hợp giữa Stato và Rotor, tận dụng sức hút từ nam châm, tạo ra lực đẩy đủ mạnh để thúc đẩy Rotor di chuyển một cách chính xác theo từng bước.

Nguyên lý hoạt động như thế nào?

Động cơ bước hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường của các cực nam châm đẩy và hút nhau, chia thành hai phần: Rotor (phần cảm) và Stator (phần ứng). Khi dòng điện chạy qua Stator, tạo ra từ trường, Rotor sẽ bị ảnh hưởng và chuyển động từng bước một theo từng vị trí cụ thể. Điều này tạo ra sự chính xác cao trong vị trí và di chuyển của động cơ, với mỗi bước tương ứng với một góc quay nhất định.

Hiện nay, có 4 phương pháp phổ biến để điều khiển động cơ bước, gồm: 

• Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Phương pháp này cấp xung cho bộ điều khiển theo thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha, làm cho động cơ hoạt động theo chu kỳ sóng. 
• Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Trong phương pháp này, cấp xung đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha, đảm bảo chúng được kích hoạt đồng thời và liên tục. 
• Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Phương pháp này kết hợp cả hai phương pháp trên, giúp giảm giá trị góc xuống gấp đôi. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ theo phương pháp này yêu cầu bộ phát xung điều khiển phức tạp. 
• Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp tiên tiến, chỉ áp dụng trong việc điều khiển động cơ bước. Phương pháp này cho phép động cơ dừng ở vị trí giữa hai bước đủ, tăng khả năng định vị và chính xác của động cơ.

Ứng dụng của động cơ bước

Động cơ bước là một thiết bị linh hoạt và đa năng, được tích hợp rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là các ứng dụng chính của động cơ bước:

Sản xuất tự động hóa và công nghiệp

Động cơ bước đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị sản xuất tự động như máy đóng gói, dán nhãn, làm đầy và cắt, đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

An ninh và giám sát

Trong lĩnh vực an ninh, động cơ bước được sử dụng trong camera an ninh và thiết bị giám sát để điều khiển hướng quay và góc nhìn.

Y tế

Trong ngành y tế, động cơ bước được tích hợp vào các thiết bị như máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, máy phân tích máu, bơm chất lỏng và máy quét y tế, đảm bảo độ chính xác và đáng tin cậy.

Điện tử tiêu dùng

Trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như máy scan, máy photocopy, máy in và máy ảnh kỹ thuật số, động cơ bước được sử dụng để tự động thu phóng, lấy nét và thực hiện các chức năng khác.

Thang máy, băng tải, và chuyển hướng băng chuyền

Động cơ bước còn được tích hợp vào các hệ thống thang máy và các thiết bị băng tải để điều khiển chuyển động và hướng di chuyển của chúng.

Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về khái niệm và cấu tạo của động cơ bước cũng như nguyên lý hoạt động của loại động cơ này. Động cơ bước không chỉ là một thành phần quan trọng trong các hệ thống điều khiển tự động và máy móc công nghiệp mà còn đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Sự hiểu biết về loại động cơ này sẽ giúp chúng ta biết cách tối ưu hóa và ứng dụng vào công nghệ và công nghiệp, đồng thời tạo ra các sản phẩm và hệ thống mang lại hiệu suất và độ chính xác cao.