I motori passo-passo sono motori che,a differenza di tutti gli altri,hanno come scopo quello di mantenere fermo l’albero in una posizione di equilibrio:se alimentati si limitano a bloccare l’albero in una ben precisa posizione angolare e,per poter effettuare la rotazione,è necessario agire su di essi tramite una logica di comando.Per capire a fondo il funzionamento di un motore passo-passo bisogna prima di tutto averne bene presente la costruzione interna:questi motori possono essere genericamente paragonati a una dinamo.Infatti al loro interno è presente un rotore,che appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all’albero (le coppette),costituite da un nucleo magnetico (le due ruote sono permanentemente magnetizzate,una come NORD,l’altra come SUD) e denti in materiale ferromagnetico.Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa.Inoltre,in genere,il rotore è montato su cuscinetti a sfera.Oltre al rotore,all'interno del motore,è presente lo statore,che appare come il classico insieme di avvolgimenti (bobine eccitatrici).Il circuito magnetico è costituito da quattro o,più frequentemente,otto espansioni polari.All’interno dello statore sono presenti piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore.Il rotore è situato sulla parte esterna del motore:
Questi avvolgimenti hanno lo scopo di produrre un flusso di campo magnetico che ruoti nel traferro formato tra lo statore ed il rotore.Per la comprensione teorica del funzionamento si prenderà in esame una struttura semplificata composta da un rotore di solo un magnete e uno statore formato da quattro bobine bipolari.Si possono avere due diversi tipi di pilotaggio:
Azionamento ad una fase per volta
Azionamento a mezzo passo
Azionamento ad una fase per volta
Facendo riferimento allo schema sovrastante,per l’azionamento ad una fase per volta,i passi che compirà il motore saranno quelli illustrati.Se applichiamo una tensione sulle due bobine A-A,il magnete verrà attirato verso queste due bobine,ottenendo la rotazione di uno step.Se togliamo la tensione dalle bobine A-A e applichiamo la tensione alle bobine B-B,il magnete verrà attirato verso queste bobine,ottenendo così la rotazione di un' altro step.Applicando una tensione sulle bobine A-A ma con polarità inversa otterremo un altra rotazione di uno step.Per ottenere un altro step dovremo applicare una tensione con polarità invertita su B-B.In questo modo avremmo ottenuto una rotazione di 360°.
Azionamento a mezzo passo
Facendo riferimento allo schema sovrastante,per l’azionamento a mezzo passo,i passi che compirà il motore saranno quelli illustrati.Se applichiamo una tensione sulle bobine A-A e B-B contemporaneamente,il magnete si posizionerà al centro delle due bobine A-B,ottenendo così un mezzo step.Togliendo tensione sulle bobine A-A,il magnete viene attirato verso le bobine B-B,ottenendo così una rotazione di un altro mezzo step.Applicando una tensione con polarità invertita sulle bobine A-A,il magnete si posizionerà al centro delle bobine B-A ottenendo così un altro mezzo step di rotazione e per ottenere un ennesimo mezzo step è sufficiente togliere tensione sulle bobine B-B.In questo modo abbiamo ottenuto una rotazione di 180°.
Nei casi descritti si è preso in considerazione il movimento in senso orario,per ottenere un movimento antiorario basterà invertire le sequenze di comando.In pratica i motori hanno un numero maggiore sia di poli del rotore,sia di espansioni dello statore,sicché l’ampiezza del passo di rotazione risulta minore ma il numero delle fasi e le sequenze di comando restano invariate.
Il microstepping
Un’evoluzione del metodo di pilotaggio half-step (mezzo passo) è basato sulla considerazione che,così come posso ottenere un
passo intermedio alimentando in contemporanea due fasi,posso ottenere una serie ampia a piacere di posizioni intermedie inviando due correnti di diverso modulo nelle due fasi adiacenti:il rotore si posizionerà tanto più vicino ad una fase tanto maggiore sarà la corrente in essa rispetto a quella dell’altra fase.In pratica le correnti assumono un
andamento sinusoidale anziché rettangolare,facendo assomigliare il funzionamenti del motore passo-passo a quello del classico motore sincrono,che in effetti è suo parente stretto.Per regolare la corrente serve una notevole dose di "intelligenza" all’elettronica di pilotaggio in quanto è necessario inviare invece di una semplice onda quadra un segnale sinusoidale variabile in fase e frequenza:in pratica
applicazioni concrete possono essere fatte solo con un processore dedicato oppure,recentemente,con appositi circuiti integrati.Il vantaggio,accanto all’enorme aumento del numero di posizioni dell’albero (cosa peraltro a volte più teorica che
pratica),consiste nell’eliminazione del funzionamento a scatti,uno dei difetti di questo tipo di motore.
