Động cơ bước (Step Motor hay Stepping Motor) là một loại động cơ điện đồng bộ không chổi than, hoạt động theo từng bước góc nhỏ rời rạc. Mỗi xung điện truyền đến cuộn dây stato sẽ làm rôto quay một góc cố định, được gọi là góc bước. Loại động cơ này có thể coi là một động cơ đồng bộ đặc biệt, nó biến đổi các tín hiệu xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay nhỏ và giữ rôto ở vị trí yêu cầu. Nhờ vậy, động cơ bước có thể điều khiển vị trí một cách chính xác và lặp lại cao, phù hợp cho các ứng dụng như gia công cơ khí, máy in 3D, robot tự hành và thiết bị y tế.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Cấu tạo cơ bản của động cơ bước gồm hai bộ phận chính: Rotor và Stator.

• Rotor: Là phần cảm ứng chuyển động của động cơ bước, thường được làm bằng các lá nam châm vĩnh cửu hoặc các khối thép từ tính xếp chồng có rãnh để tạo cực từ. Trong động cơ bước nam châm vĩnh cửu, rotor có các cực được phân chia đối xứng tạo lực từ mạnh mẽ. Với động cơ bước biến từ trở, rotor được gia công thêm các răng dẫn từ để tối ưu hóa hiệu suất khi thay đổi từ trường.
   
• Stator: Là phần ứng tĩnh bao quanh rotor, gồm lõi sắt từ chia nhiều rãnh để đặt các cuộn dây vào trong. Các cuộn dây trên stato được kết nối thành các pha, khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường dao động. Cấu tạo và chất lượng cuộn dây quyết định hiệu suất và khả năng chịu tải của động cơ bước. Ngoài ra, một mạch điều khiển (driver) bên ngoài thường được sử dụng để cấp các tín hiệu xung điều khiển cho động cơ bước, giúp biến đổi xung vào thành bước quay mong muốn.

Động cơ bước có cấu tạo gồm 2 phần chính là stator và rotor

Nguyên lý hoạt động

Động cơ bước hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển điện rời rạc. Khi một xung điện được cấp vào cuộn dây của stato, từ trường trong stato thay đổi và tương tác với rotor, khiến rotor quay một góc nhất định và dừng lại ở góc đó. Tổng số góc quay của rotor tỉ lệ với số xung điện được cung cấp, trong khi tốc độ quay của động cơ tương ứng với tần số các xung. Nhờ vậy, động cơ bước có thể dừng và giữ ở góc quay chính xác bất kỳ, giúp các thiết bị vận hành êm ái và ổn định trong hệ thống tự động hóa.

Phân loại động cơ bước

Động cơ bước có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí như số pha cuộn dây, cấu tạo rotor và cấu trúc cuộn dây.

Theo số pha

• Động cơ bước 2 pha: Có góc bước 1,8° (tương ứng 200 bước/vòng). Đây là loại phổ biến nhất, thường dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác trung bình như máy in 3D, hệ thống CNC nhỏ và các thiết bị điều khiển đơn giản.
   
• Động cơ bước 3 pha: Có góc bước khoảng 1,2° (tương ứng 300 bước/vòng), giúp chuyển động mượt mà hơn. Động cơ bước 3 pha thường được sử dụng trong robot công nghiệp và thiết bị cần độ chính xác cao nhờ giảm rung động và tăng mô-men xoắn so với loại 2 pha.
   
• Động cơ bước 5 pha: Có góc bước chỉ 0,72° (tương ứng 500 bước/vòng), cho độ phân giải và độ chính xác cao nhất. Loại này phù hợp với các ứng dụng siêu chính xác như thiết bị quang học, sản xuất linh kiện điện tử và hệ thống tự động hóa cao cấp. Tuy nhiên, động cơ 5 pha thường yêu cầu bộ điều khiển phức tạp hơn do số pha nhiều.

Theo cấu tạo rotor

• Rotor nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet – PM): Sử dụng nam châm vĩnh cửu làm rotor, tạo ra lực từ mạnh và ổn định. Loại này có cấu trúc đơn giản, cho mô-men xoắn tốt ở tốc độ thấp, rất phù hợp cho máy in 3D và các thiết bị y tế nhỏ gọn.
   
• Rotor biến từ trở (Variable Reluctance – VR): Rotor làm từ thép từ tính có nhiều rãnh, không có nam châm vĩnh cửu. Động cơ hoạt động dựa trên sự thay đổi độ từ thông giữa rotor và stato, thích hợp cho các ứng dụng công suất thấp và cấu trúc gọn nhẹ.
   
• Động cơ bước hỗn hợp (Hybrid): Kết hợp ưu điểm của cả nam châm vĩnh cửu và biến từ trở, rotor hybrid gồm cả nam châm và các răng từ. Loại hybrid cho độ chính xác cao và mô-men xoắn lớn, thường dùng trong hệ thống robot và thiết bị điều khiển chính xác cao do hiệu suất ổn định.

Theo cấu trúc cuộn dây

• Động cơ bước đơn cực: Mỗi pha có điểm giữa (dây trung tâm) dẫn ra, giúp dòng điện chỉ chạy qua mỗi cuộn theo một chiều nhất định. Thiết kế này đơn giản và dễ điều khiển, nhưng thường cho mô-men xoắn thấp hơn, nên được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị có yêu cầu và chi phí thấp.
   
• Động cơ bước lưỡng cực: Không có điểm giữa trên cuộn dây, dòng điện có thể đảo chiều chạy qua cuộn. Điều này cho phép tạo ra mô-men xoắn cao hơn nhưng yêu cầu mạch điều khiển phức tạp hơn. Loại lưỡng cực thường được áp dụng trong các hệ thống công nghiệp đòi hỏi hiệu suất cao và công suất lớn.

Có nhiều loại động cơ bước khác nhau

Ứng dụng của động cơ bước

Động cơ bước được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là các ứng dụng đòi hỏi điều khiển vị trí kỹ thuật số với độ chính xác cao:

• Gia công cơ khí và CNC: Động cơ bước dùng cho các máy cắt công nghệ cao như máy cắt plasma CNC, máy cắt laser CNC, máy in 3D… với khả năng định vị chính xác từng bước.
   
• Ổ đĩa và in ấn: Trong lĩnh vực điện tử, động cơ bước được dùng trong sản xuất ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, các thiết bị in ấn như máy in, máy dập nổi… nhờ khả năng điều khiển vị trí chính xác.
   
• Thiết bị điện tử di động và hình ảnh: Động cơ bước xuất hiện trong máy ảnh, máy quay, điện thoại thông minh, máy tính bảng và camera kỹ thuật số để điều khiển các cơ cấu cơ học nhỏ bên trong.
   
• An ninh và y tế: Động cơ bước được dùng trong hệ thống camera giám sát, thiết bị quét y tế, máy xét nghiệm và các thiết bị y tế tự động khác, nhờ khả năng định vị chính xác và lặp lại cao.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm

• Độ chính xác và khả năng lặp lại vị trí rất cao ngay cả khi không có cảm biến bên ngoài.
   
• Cấu tạo đơn giản, chi phí sản xuất thấp và dễ bảo trì.
   
• Vận hành bền bỉ, tuổi thọ cao do không sử dụng chổi than.
   
• Mô-men xoắn lớn ở chế độ đứng yên, giúp giữ vị trí ổn định mà không cần phanh cơ học.
   
• Có nhiều lựa chọn về thiết kế (số pha, bước, điện áp) để phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau.

Nhược điểm

• Dễ bị mất bước (trượt pha) khi chịu tải vượt quá thiết kế hoặc xung điều khiển không đủ mạnh.
   
• Phát ra tiếng ồn và sinh nhiệt nhiều hơn khi hoạt động liên tục.
   
• Tiêu thụ dòng điện ngay cả khi đứng yên, do đó tiêu thụ năng lượng tương đối cao.
   
• Hiệu suất kém ở tốc độ cao và khó đạt tốc độ lớn so với một số loại động cơ khác.
   
• Yêu cầu bộ điều khiển phức tạp và kỹ thuật cài đặt chính xác, làm tăng chi phí hệ thống.

Công ty TNHH Kỹ Thuật Năng Lượng là đơn vị phân phối chính thức các động cơ điện hiệu Enertech tại Việt Nam. Chúng tôi cung cấp đa dạng dòng động cơ bước chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu tự động hóa của doanh nghiệp. Quý khách quan tâm vui lòng liên hệ hotline 0902477357 để được tư vấn và hỗ trợ mua hàng nhanh chóng.

Xem thêm: https://enertechvn.com/products/dong-co-dien-1/

Thông tin liên hệ:

Địa chỉ: Tòa nhà EverRich I, 968 đường 3/2, phường 15, quận 11, TPHCM

Hotline: 0902 477 357

Website: https://enertechvn.com/

Email: contact@enertechvn.com

Facebook: https://www.facebook.com/enertechvn