Il motore passo passo, spesso chiamato anche step o stepper, è un particolare tipo di motore sincrono. La caratteristica principale di questo motore è quella di poter controllare ad ogni istante e con estrema precisione la sua posizione angolare.

Sono presenti varie tipologie di motori passo passo, quello più frequentemente utilizzato è di tipo ibrido a magnete permanente.

Esso è composto da una parte esterna, lo statore, dove risiede l’avvolgimento, ed una parte interna, il rotore, in cui è presente un magnete permanente.

Il rotore è solidale con l’albero, il quale è sostenuto da due cuscinetti alloggiati rispettivamente all’interno della flangia anteriore e posteriore del motore.

Non sono presenti contatti striscianti, come avviene invece nei motori in corrente continua, e questo conferisce al motore passo-passo un’elevata affidabilità e assenza di manutenzione.

Il rotore appare come una coppia di ruote dentate, dette coppette, le quali sono disposte attorno ad un magnete permanente il cui asse magnetico è nella direzione dell’albero. Di conseguenza una delle due coppette è polarizzata come nord, l’altra come sud. Il numero di denti è variabile, ma 50 è in assoluto il più frequente. Tra le due coppette è presente uno sfasamento pari alla metà del passo dei denti, ovvero il dente della sezione nord corrisponde alla valle della sezione sud, e viceversa.

Lo statore contiene gli avvolgimenti. Il circuito magnetico di un motore bifase è generalmente costituito da otto espansioni polari.

La superficie dello statore rivolta verso il rotore è anch’essa dentata. Sono affacciati al rotore solo il gruppo di denti appartenenti ad una espansione polare e a quella diametralmente opposta; le altre coppie sono sfalsate rispettivamente di un quarto, metà e tre quarti del passo dei denti. Questo sfasamento determina un numero inferiore di denti nello statore.

Alternando i versi delle correnti negli avvolgimenti di statore si produce un campo magnetico rotante. Di conseguenza il rotore si muove per allineare i suoi denti con gli avvolgimenti energizzati di statore.

Questo particolare profilo dentato delle coppette di rotore e lo sfasamento dei denti nelle espansioni polari di statore, fanno sì che per effettuare un giro completo dell’albero, occorrano 50 periodi di corrente sugli avvolgimenti.

I motori sono disponibili in diverse taglie. Quelli più frequentemente utilizzati nell’automazione sono di taglia NEMA23 e NEMA34, con coppia rispettivamente di 0,5 – 1,5 Nm e 3 – 12 Nm. Esistono anche taglie più piccole, NEMA17, e più grandi, NEMA42, ma sono utilizzate meno frequentemente.

Nell’elenco di seguito sono riassunti i vantaggi di un motore passo passo.

• Alta coppia di spunto e a basse velocità
• Alta coppia da fermo ed eccellente risposta agli start, stop ed inversione di velocità
• Spesso è possibile applicare il carico direttamente all’albero del motore
• Può operare in un range di velocità piuttosto ampio, regolando la frequenza dei passi comandati.
• Semplicità costruttiva e robustezza
• Altissima affidabilità e assenza di manutenzione (poiché non sono presenti contatti striscianti la vita del motore dipende esclusivamente dalla vita dei cuscinetti)
• Lavora in ogni ambiente
• Ampia scalabilità
• L’angolo di rotazione è proporzionale al numero di passi comandati e il posizionamento è preciso e ripetibile (errore non cumulativo)
• Può lavorare in anello aperto. La risposta del motore ai passi comandati semplicizza e rende poco costoso il sistema di controllo

MOTORI PASSO-PASSO VS. BRUSHLESS DC

Anche i motori brushless DC non hanno spazzole, ma sono generalmente più costosi rispetto ai motori passo-passo. Possiamo quindi pensare ai motori passo-passo come ad un motore brushless economico, in grado di funzionare anche senza trasduttore di posizione, ovvero in open-loop. Nella tabella di seguito vengono riassunti i vantaggi e gli svantaggi di questi motori rispetto ai brushless.