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Stepper Motor

Motores paso a paso híbridos y de imán permanente

¿Qué es un motor paso a paso de imán permanente?

En el motor PaP de imán permanente el rotor es justamente un imán permanente. A diferencia del motor de reluctancia variable, este puede proporcionar un par diferente de cero cuando ninguna de las bobinas está excitada. A este par residual se le denomina momento de detención. Dependiendo del número de polos en el estator, estos motores pueden dar pasos de tamaño de 7.5º , 11.25º, 15º, 18º, 45º y 90º.

¿Que es un motor paso a paso híbrido?

El motor de pasos más versátil y más utilizado de todos sin duda es el de tipo híbrido. Esto debido a que combina los principios de funcionamiento del motor PAP de reluctancia variable y del motor PAP de imán permanente y por consiguiente conjuga las ventajas de ambos (un alto torque y precisión).

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Construcción de un motor de pasos híbrido

En este tipo de motores la construcción del estator es básicamente la misma que la de uno de reluctancia variable e imán permanente, por lo cual podemos encontrar motores paso a paso híbridos tanto unipolares (con 5 , 6 e inclusive 8 cables) y bipolares (con 4 cables).

Despiece de un motor paso a paso
Despiece de un motor paso a paso

Lo que los diferencia del resto de motores PAP es su  rotor, el cual consta de un imán permanente de forma cilíndrica con dos tapones de acero dentados en los extremos, de manera que un extremo del rotor se convierte en el polo norte y el otro en el polo sur.

¿Cómo funciona un motor paso a paso híbrido?

La precisión de este motor se debe a la disposición inteligente de los dientes del estator y del rotor. Para un motor de pasos híbrido con tamaño de paso de 1.8º, el rotor consta de 50 dientes, mientras que el estator sólo tiene 48 dientes (2 dientes menos que el rotor) organizados en 4 pares de polo (12 dientes por polo). Uno de los pares de dientes del estator está completamente alineado con los dientes del rotor, otro par está completamente desalineado y los otros dos están medianamente alineados.

Para esta explicación consideremos que el motor de pasos híbrido es biplolar,por lo que tendremos dos fases (una fase para dos pares de polos). Cuando una de las fases se excita el rotor girará, producto del campo magnético inducido por el estator, hasta que sus dientes queden perfectamente alineados con los dientes de los polos de polaridad opuesta en el estator, completamente desalineados con los de los polos de igual polaridad y medianamente alineados con el resto. Finalmente si las fases se van energizando según la secuencia para motores PAP bipolares, el resultado será un movimiento de alta precisión con un tamaño de pasos de 1.8º.

Como última observación podemos notar al desarmar un motor de pasos híbrido que las proyecciones geométricas de los dientes del extremo norte están entre los dientes del extremo sur y viceversa, lo cual ayuda a garantizar la alineación de la polaridad opuesta.

Cálculo del ángulo de pasos para un motor paso a paso híbrido

El ángulo de pasos de 1.8º lo podemos deducir fácilmente del hecho de que el rotor posee 50 dientes, por lo cual para que éste complete una revolución es necesario que uno de sus dientes realice un desplazamiento angular igual a 50 veces el paso entre dientes, es decir 50 veces la  longitud de arco entre dos dientes consecutivos. Luego para que un diente recorra un paso entre dientes se requieren de 4 pasos con la secuencia de paso completo, con lo cual obtenemos un total de 4 x 50 = 200 pasos. Por último dividimos los 360º que tiene una revolución entre los 200 pasos y obtenemos un paso de 1.8º.

Algunas aplicaciones de los motores de paso a paso híbridos

En aquellas aplicaciones en las que se desea tener un alto grado de fidelidad o precisión en el posicionamiento de cargas relativamente grandes (como es el caso de las máquinas CNC, las máquinas pick ad place, cortadoras láser, impresoras 3D, entre otras) es muy común toparse con motores paso a paso bipolares. Esto se debe a  que tanto el tamaño de pasos como el torque suministrado por este tipo de motores son ideales para tales tareas.

En las máquinas CNC e impresoras 3D estos motores sirven para mover los husillos en las tres direcciones del espacio, obteniendo así un posicionamiento de alta fidelidad de la herramienta con la cual se está trabajando. De igual manera en máquinas de pick and place, como son los brazos robóticos, sirven para mover articulaciones y lograr un movimiento muy preciso y repetitivo ideal para colocar componentes en un proceso de manufactura en masa.

¿Cómo mantener tu motor de pasos híbridos en optimas condiciones?

Una de las grandes ventajas que ofrece este tipo de motor es que, debido a su robustez y simplicidad mecánica,  el mantenimiento que requiere es mínimo. Básicamente las partes que más necesitan atención son el rotor y el estator. El estator se debe limpiar ocasionalmente con el fin de eliminar cualquier viruta o partícula no deseada en el entrehierro que pueda frenar o dificultar el libre movimiento del rotor.

Por otro lado tenemos el rotor, cuyos tapones dentados están constituidos por un conjunto de láminas o chapas de acero bien acopladas entre si, las cuales pueden, en algún momento, llegar a separarse y como resultado el motor puede comenzar a fallar. Si está abertura entre láminas es muy grande, el rotor no tiene arreglo y debe ser remplazado.