Động cơ bước là gì? Nguyên lý và ứng dụng phổ biến

Trong thời đại tự động hóa và cơ khí, động cơ bước là một trong những loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống điều khiển vị trí. Từ máy CNC, máy in 3D, robot đến các thiết bị công nghiệp và dân dụng, động cơ bước đóng vai trò quang trọng trong việc đam bảo chuyển động chính xác và ổn định.

Vậy đông cơ bước là gì, cấu tạo động cơ bước ra sao, nguyên lí hoạt động của động cơ bước như thế nào? Hãy cùng Công ty TNHH TM DV SX Diệp Bảo Tuấn tìm hiểu chi tiết.

Động cơ bước là gì?

Động cơ bước là một loại động cơ điện đặc biệt, hoạt động dựa trên nguyên lý chia chuyển động quay thành các bước góc nhỏ bằng nhau. Mỗi xung điện điều khiển sẽ làm trục động cơ quay một góc cố định, giúp kiểm soát chính xác vị trí, tốc độ và hướng quay mà không cần cảm biến phản hồi.

Khác với động cơ điện thông thường quay liên tục, động cơ bước quay theo từng bước rời rạc, do đó rất phù hợp cho các hệ thống yêu cầu:

• Định vị chính xác

• Điều khiển chuyển động theo từng bước

• Lặp lại vị trí với độ sai số thấp

Ưu điểm nổi bật của động cơ bước

• Điều khiển vị trí chính xác: cho phép người dùng điều chỉnh chính xác vị trí, rất cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác

• Không cần encoder phản hồi 

• Dễ điều khiển bằng vi điều khiển (Arduino, PLC, CNC)

• Mô-men giữ cao khi đứng yên

• Giá thành hợp lý, dễ thay thế: động cơ này có giá thành thấp hơn so với các loại động cơ khác mà còn có cấu trúc đơn giản, dễ dàng lắp đặt và thay thế.

Hạn chế của động cơ bước

• Mô-men giảm khi tốc độ cao

• Có thể bị mất bước nếu tải vượt quá khả năng

• Hiệu suất thấp hơn động cơ servo

Cấu tạo động cơ bước

Hiểu rõ cách hoạt động của động cơ bước, trước tiên cần nắm rõ cấu tạo của động cơ bước gồm những bộ phận nào.

Stato (Phần đứng yên)

Stato là phần quan trọng nhất được lắp cố định trong động cơ, bao gồm:

• Các cuộn dây điện được bố trí theo từng pha

• Lõi thép từ để dẫn từ thông

Khi dòng điện chạy qua các cuộn dây của stato, từ trường quay được tạo ra, giúp rotor quay với tốc độ phụ thuộc vào từ trường và số cực của stato.

Stato có vai trò duy trì độ chính xác và hiệu suất của động cơ bước các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.

Rotor (Phần quay)

Rotor  là phần quay chính có chức năng chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.

• Rotor nam châm vĩnh cửu

• Rotor răng thép

• Rotor kết hợp

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây bên trong rotor, nó tạo ra từ trường, khiến rotor đóng vai trò quan trọng vì tạo ra chuyển động quay quay và quyết định hiệu suất của động cơ bước.

Trục động cơ

Trục động cơ là bộ phận truyền chuyển động quay ra bên ngoài để kết nối với:

• Trục vít me

• Bánh răng

• Dây đai

• Hệ truyền động cơ khí

Vỏ động cơ và vòng bi

Vỏ động cơ và vòng bi là hai thành phần chính trong cấu trúc của động cơ:

• Vỏ bảo vệ thường được lạp bằng nhôm hoặc thép để bảo vệ các chi tiết bên trong và hỗ trợ tản nhiệt.

• Vòng bi được lắp ở hai đầu động cơ có nhiệm vụ đỡ trục rotor và giúp nó quay dễ dàng, ổn định và chính xác.

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Nguyên lý cơ bản

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước là biến xung điện điều khiển thành chuyển động quay theo từng bước góc cố định. Mỗi xung điện tương ứng với một bước quay chính xác của trục động cơ.

Cụ thể, quá trình hoạt động diễn ra như sau:

• Các cuộn dây trong stato được cấp điện theo một trình tự xác định
• Từ trường được tạo ra và thay đổi liên tục
• Rotor quay và dừng lại tại các vị trí đã được định sẵn
• Mỗi xung điện tương ứng với một bước quay chính xác của trục động cơ

Đặc điểm kỹ thuật quan trọng:

• Mỗi động cơ bước có góc bước cố định
• Góc bước phổ biến là 1.8°/bước
• Một vòng quay 360° tương ứng 200 bước
• Số xung điều khiển quyết định vị trí và quãng đường quay
• Tần số xung quyết định tốc độ hoạt động của động cơ

Các chế độ vận hành phổ biến:

• Full step: chuyển động theo bước đầy, mô-men xoắn lớn
• Half step: chuyển động mượt hơn, tăng độ chính xác
• Microstep: chuyển động rất mịn, giảm rung và tiếng ồn

Chế độ microstep thường được sử dụng trong các hệ thống máy móc yêu cầu độ ổn định và độ chính xác cao trong sản xuất.

Lưu ý khi sử dụng động cơ bước

• Không để tải vượt mô-men giữ

• Sử dụng driver phù hợp

• Cài đặt gia tốc – giảm tốc hợp lý

• Tránh chạy ở tốc độ cộng hưởng

Kết luận

Qua bài viết này, hy vọng bạn đã hiểu rõ:

• Động cơ bước là gì

• Cấu tạo động cơ bước

• Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

• Động cơ bước được ứng dụng ở đâu

Với ưu điểm điều khiển chính xác, giá thành hợp lý và dễ triển khai, động cơ bước vẫn là giải pháp tối ưu cho rất nhiều hệ thống cơ khí và tự động hóa hiện nay.

Nếu bạn đang tìm hiểu sâu hơn về động cơ, tời điện, hệ truyền động, đừng quên tham khảo các giải pháp chuyên nghiệp tại Tời Neo Bảo Tuấn – nơi cung cấp thiết bị chất lượng và tư vấn kỹ thuật tận tâm.