Spis treści:
Krokové motory dnes krok za krokem. Podívejme se, jak přesné a všestranné mohou být tyto malé potvůrky v dosahu každého kutila, výrobce a domácího kutila.
Jak funguje krokový motor?
Krokový motor je typ elektromotoru, který se při každém elektrickém impulzu otáčí o přesně stanovený úhel. Toho je dosaženo tím, že krokový motor se skládá z několika elektromagnetů, které přitahují kovové části, tzv. rotory, a tím je nutí otáčet se.
Krokové motory se často používají v zařízeních, která vyžadují přesné řízení pohybu, jako jsou např. 3D tiskárny, plotry a řezačky, průmyslové a amatérské roboty nebo CNC stroje.
Elektrický impuls v krokovém motoru
Elektrický impulz, který je vyslán do krokového motoru, způsobí, že se rotor otočí o určitý úhel, což následně posune pohon na další krok. Lze ji přirovnat k eskalátoru, na kterém lidé stojí a pohybují se s ním jedním pevným směrem. Každý elektrický impuls odpovídá jednomu posunu eskalátoru o jedno místo nebo v případě krokového motoru jednomu kroku.
Dalším příkladem může být pohyb ruky, kdy elektrický impuls je zodpovědný za pohyb jednoho prstu. Stejně jako nám pohyby prstů umožňují přesnou manipulaci s předměty, elektrické impulsy v krokovém motoru nám umožňují přesné ovládání mechanického pohybu.
Typy krokových motorů
Jako obvykle mohou být podobné klasifikace někdy problematické, protože se často jedná o umělé funkční dělení pro lepší pochopení podstaty operace. Udělejme to nejprve kvůli fázím krokového motoru s rostoucím stupněm progrese.
- Jednofázový krokový motor – jedná se o nejjednodušší typ krokového motoru, který se skládá z jedné cívky a rotoru s trvalými magnety. Cívka vytváří magnetické pole, které přitahuje magnety rotoru a způsobuje jejich otáčení pod určitým úhlem. Jednofázový krokový motor je relativně levný a snadno použitelný, ale ve srovnání se svými bratry není příliš přesný.
- Dvoufázový krokový motor se skládá ze dvou cívek, které se střídavě zapínají, aby přitahovaly magnety rotoru, a tím způsobovaly otáčení. Díky tomu je dvoufázový krokový motor přesnější než jednofázový, ale obvykle je také dražší.
- Vícefázový krokový motor je nejmodernější typ krokového motoru, který se skládá z více cívek, obvykle tří až pěti. Díky tomu je vícefázový krokový motor považován za velmi přesný a má vysoký výkon, který mu umožňuje zvládat vyšší zatížení. Podobně je tomu u vícefázových krokových motorů, jejichž výroba je poměrně složitá a nákladná.
Za zmínku stojí také to, že krokové motory lze rozdělit na hybridní a magnetické motory. Hybridní motory jsou kombinací dvoufázového krokového motoru a stejnosměrného motoru, což umožňuje ještě přesnější pohyb. Magnetické motory se naproti tomu skládají z cívek a magnetů, ale nemají rotor a pohybu se dosahuje pohybem magnetů.
Důležitým aspektem je převodovka – často se s ní setkáte při hodnocení krokových motorů. Odpovídá za změnu točivého momentu a výstupních otáček motoru. Čím větší je převodovka, tím větší je točivý moment na výstupu motoru. Krokové motory obvykle používají mechanické převody, pastorky a šnekové nebo kuželové převody.
Použití krokových motorů
Krokové motory mají oproti jiným typům motorů zásadní výhody. Díky přesnému krokovému pohybu jsou ideální všude tam, kde je vyžadována vysoká přesnost polohování nebo řízení rotačního pohybu. Ale to už víme – pojďme se podívat na konkrétní zařízení.
Zmínili jsme, že krokové motory se používají v mnoha zařízeních, jako jsou tiskárny a stroje CNC. Seznamy dílů 3D tiskárny téměř vždy obsahují běžnou součástku krokového motoru. Použití krokového motoru v 3D tiskárně je totiž velmi přesný a cenově výhodný způsob, jak provádět velmi přesné úkony a otáčení, zatímco tiskárna takříkajíc “převádí” informace z digitálních skenů na fyzické 3D objekty.
Krokové motory a řídicí jednotky v 3D tiskárnách umožňují přísně řízený pohyb podél os X, Y a Z, a to buď samostatně, nebo současně, což znamená, že je možné dosáhnout extrémní přesnosti pohybu a polohování bez nutnosti enkodérů a dalšího dodatečného softwaru nebo snímačů. Většina 3D tiskáren má navíc více krokových motorů – obvykle se nacházejí jak v samotných konstrukčních plošinách, tak v konstrukčních prvcích. extruderech filamentu, kde pomáhají vtahovat filament a řídit konzistentní a rovnoměrný přísun materiálu do stroje v průběhu tisku.
Další oblastí použití krokových motorů jsou průmyslové kamery CCTV. Používají se jak k řízení extrémně přesných vnitřních komponent, jako je automatické ostření a nastavení clony v objektivu, tak i v krytech a vnější mechanice bezpečnostních kamer a systémů dálkového sledování.
Zejména krokové motory a motorizované posuvníky kamery umožňují plynulý chod polohovacích souprav, což se projevuje tím, že bezpečnostní záznamy jsou pořizovány bez zkreslení obrazu způsobeného fyzickým pohybem kamery v zorném poli. Tyto atraktivní funkce pro použití v kamerových polohovacích a dohledových systémech umožňují například plný točivý moment v klidu, prakticky okamžitou odezvu všech pohybových vstupů, opakovatelnost předem definovaných pohybů a jednoduché řízení v otevřené smyčce definované pevnými velikostmi kroků.
Výkon krokového motoru a technické specifikace
Volba motoru závisí na faktorech rychlosti, točivého momentu, úhlového rozlišení, velikosti a tvaru. Některé z níže uvedených pojmů mohou být známé například nadšencům do mechaniky vozidel, nebo alespoň vyvolávají určité asociace.
Krok je základní pohybovou jednotkou krokového motoru. Čím menší je krok, tím větší je přesnost polohování, ale tím menší je rychlost. Úhel náběhu určuje úhel natočení hřídele motoru, který je nutný k provedení jednoho kroku. Obvykle je to 1,8 stupně, ale v některých případech to může být méně.
Točivý moment je síla, kterou se motor otáčí kolem své osy. Čím vyšší je točivý moment, tím silnější je krokový motor.
Rychlost krokového motoru závisí na frekvenci řídicího signálu. Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je rychlost.
A konečně, hmotnost krokového motoru zůstává důležitá, zejména pokud jej chcete použít v mobilním zařízení, které vyžaduje určitou mobilitu.
Při výběru parametrů, jako je napájecí napětí, proud a impedance, se vyplatí přečíst si dokumentaci a porovnat různé modely.
Krokové motory v projektech DIY
Opět je zde limitem pouze představivost, ale někde musíte udělat první, nomen omen, kroky. Krokové motory se běžně používají v robotických projektech, protože umožňují přesný pohyb končetin robota. Lze je použít k ovládání pohybu rukou, nohou nebo klů – nevíme, co tam vlastně plánujete konstruovat, ale steppery vám pomohou. Nejenže je 3D tiskárny obsahují z výroby, ale můžete použít vlastní krokové motory ve vlastních modifikacích. V provozu RC (u dálkově ovládaných projektů), jako jsou automobily, drony nebo lodě, lze použít k ovládání pohybu kol nebo jiných součástí vozidla.
Seznam uzavírají lékařské přístroje, které sice zdaleka nejsou kutilské a od takových pokusů z pochopitelných důvodů spíše odrazujeme, ale krokové motory se v medicíně používají v zařízeních, jako jsou infuzní pumpy, dialyzační přístroje nebo k řízení délky snímků při CT vyšetření.
Nejlepší místa pro hledání nápadů jsou hackerské stránky, kde nadšenci do elektroniky zveřejňují stovky důmyslných projektů krokových motorů, včetně těch, které využívají populární vývojovou platformu. Arduino a minipočítače Raspberry Pi. Jiskrou, která zažehne vaši vlastní tvůrčí vynalézavost, může být i Pinterest, kde sice často chybí konkrétní schémata, ale pouhý pohled na návrhy může kreativitu skutečně oživit.
