motori passo-passoI motori passo-passo sono dispositivi di controllo del movimento discreti che offrono un vantaggio in termini di costi rispetto ai servomotori e sono dispositivi che convertono energia meccanica ed elettrica. Un motore che converte l'energia meccanica in energia elettrica è chiamato "generatore"; un motore che converte l'energia elettrica in energia meccanica è chiamato "motore". I motori passo-passo e i servomotori sono prodotti per il controllo del movimento che possono localizzare con precisione il movimento delle apparecchiature di automazione e il modo in cui si muovono, e sono utilizzati principalmente nella produzione di apparecchiature di automazione.
Esistono tre tipi di rotore per motori passo-passo: reattivo (tipo VR), a magneti permanenti (tipo PM) e ibrido (tipo HB). 1) Reattivo (tipo VR): ingranaggio con denti del rotore. 2) Magneti permanenti (tipo PM): rotore con magneti permanenti. 3) Ibrido (tipo HB): ingranaggio con magneti permanenti e denti del rotore. I motori passo-passo sono classificati in base agli avvolgimenti dello statore: esistono serie a due fasi, tre fasi e cinque fasi. I motori con due statori sono chiamati motori a due fasi e quelli con cinque statori sono chiamati motori a cinque fasi. Maggiore è il numero di fasi e di battimenti di un motore passo-passo, maggiore è la sua precisione.
I motori HB possono realizzare movimenti incrementali molto precisi, mentre i motori PM generalmente non richiedono un'elevata precisione di controllo.Motori HBpossono soddisfare requisiti di controllo del movimento lineare complessi e precisi. I motori PM sono relativamente piccoli in termini di coppia e volume, generalmente non richiedono un'elevata precisione di controllo e sono più economici in termini di costi. Settori: macchinari tessili, imballaggi alimentari. In termini di processo produttivo e precisione di controllo del motore,motori passo-passo HBsono di fascia più alta rispetto ai motori passo-passo PM.
Sia i motori passo-passo che i servomotori sono prodotti per il controllo del movimento, ma differiscono nelle loro prestazioni. Un motore passo-passo è un dispositivo di movimento discreto che riceve un comando ed esegue un passo. I motori passo-passo convertono il segnale a impulsi in ingresso in uno spostamento angolare. Quando il driver del motore passo-passo riceve un segnale a impulsi, aziona il motore passo-passo per farlo ruotare di un angolo fisso nella direzione impostata. Un servomotore è un sistema servoassistito in cui i segnali elettrici vengono convertiti in coppia e velocità per azionare un oggetto di controllo, consentendo di controllare la velocità e la precisione di posizione.
✓ I motori passo-passo e i servomotori differiscono notevolmente in termini di caratteristiche a bassa frequenza, caratteristiche di frequenza di momento e capacità di sovraccarico.
Precisione di controllo: maggiore è il numero di fasi e file di motori passo-passo, maggiore è la precisione; la precisione di controllo dei servomotori CA è garantita dall'encoder rotativo posto all'estremità posteriore dell'albero motore, maggiore è il numero di scale dell'encoder, maggiore è la precisione.
✓ Caratteristiche a bassa frequenza: i motori passo-passo sono soggetti a vibrazioni a bassa frequenza a basse velocità. Queste vibrazioni, determinate dal principio di funzionamento dei motori passo-passo, sono dannose per il normale funzionamento della macchina e generalmente si utilizza la tecnologia di smorzamento per superare tali vibrazioni. I sistemi servo AC, invece, dispongono di una funzione di soppressione della risonanza, che può compensare la mancanza di rigidità del macchinario. Il funzionamento è molto fluido e non si verificano vibrazioni nemmeno a basse velocità.
✓ Caratteristiche coppia-frequenza: la coppia in uscita dei motori passo-passo diminuisce all'aumentare della velocità, quindi la loro velocità operativa massima è di 300-600 giri/min; i servomotori possono erogare la coppia nominale fino alla velocità nominale (generalmente 2000-3000 giri/min), e al di sopra della velocità nominale la potenza erogata è costante.
✓ Capacità di sovraccarico: i motori passo-passo non hanno capacità di sovraccarico; i servomotori hanno una forte capacità di sovraccarico.
✓ Prestazioni di risposta: i motori passo-passo impiegano 200-400 ms per accelerare da fermi alla velocità operativa (diverse centinaia di giri al minuto); il servomotore AC offre prestazioni di accelerazione migliori e può essere utilizzato in situazioni di controllo che richiedono un avvio/arresto rapido. Il servomotore AC Panasonic MASA 400W, ad esempio, accelera da fermo alla sua velocità nominale di 3000 giri/minuto in pochi millisecondi.
Prestazioni operative: i motori passo-passo sono controllati ad anello aperto e sono soggetti a perdita di passi o blocco quando la frequenza di avviamento è troppo alta o il carico è troppo elevato, e a overshoot quando la velocità è troppo alta in fase di arresto; il servomotore AC è controllato ad anello chiuso e il driver può campionare direttamente il segnale di feedback dell'encoder del motore, quindi in genere non si verificano perdite di passi o overshoot del motore passo-passo e le prestazioni di controllo sono più affidabili.
In termini di prestazioni, i servomotori AC offrono prestazioni superiori rispetto ai motori passo-passo, ma questi ultimi presentano il vantaggio di un prezzo inferiore. I servomotori AC sono superiori ai motori passo-passo per velocità di risposta, capacità di sovraccarico e prestazioni operative, ma i motori passo-passo vengono utilizzati in scenari meno impegnativi grazie al loro vantaggio in termini di rapporto costo-prestazioni. Grazie alla tecnologia a circuito chiuso, i motori passo-passo a circuito chiuso possono offrire un'eccellente precisione ed efficienza, raggiungendo alcune delle prestazioni dei servomotori, ma con il vantaggio di un prezzo inferiore.
Guardando al futuro e delineando i settori emergenti, le applicazioni dei motori passo-passo hanno subito cambiamenti strutturali, con il mercato tradizionale che ha raggiunto la saturazione e l'emergere di nuovi settori. I motori di controllo e i sistemi di azionamento dell'azienda sono profondamente radicati in strumenti medicali, robot di servizio, automazione industriale, informatica e comunicazione, sicurezza e altri settori emergenti, che rappresentano una quota relativamente ampia del business complessivo e sono in rapida crescita. La domanda di motori passo-passo è legata all'economia, alla tecnologia, al livello di automazione industriale e al livello di sviluppo tecnico dei motori passo-passo stessi. Il mercato ha raggiunto la saturazione nei settori tradizionali come l'automazione d'ufficio, le fotocamere digitali e gli elettrodomestici, mentre continuano a emergere nuovi settori, come la stampa 3D, la produzione di energia solare, le apparecchiature medicali e le applicazioni automobilistiche.
| Campi | Applicazioni specifiche |
| Automazione degli uffici | Stampanti, scanner, fotocopiatrici, multifunzione, ecc. |
| Illuminazione scenica | Controllo della direzione della luce, messa a fuoco, variazione di colore, controllo spot, effetti di illuminazione, ecc. |
| Bancario | Bancomat, stampa di banconote, produzione di carte bancarie, macchine contabanconote, ecc. |
| Medico | Tomografia computerizzata (TC), analizzatore ematologico, analizzatore biochimico, ecc. |
| Industriale | Macchinari tessili, macchine per l'imballaggio, robot, nastri trasportatori, linee di assemblaggio, macchine di posizionamento, ecc. |
| Comunicazione | Condizionamento del segnale, posizionamento di antenne mobili, ecc. |
| Sicurezza | Controllo del movimento per telecamere di sorveglianza. |
| Automobilistico | Controllo della valvola olio/gas, sistema di sterzo leggero. |
Settore emergente 1: La stampa 3D continua a registrare progressi nella tecnologia di ricerca e sviluppo e ad ampliare gli scenari applicativi a valle, con mercati nazionali e internazionali in crescita a un tasso di circa il 30%. La stampa 3D si basa su modelli digitali, sovrapponendo materiali strato dopo strato per creare oggetti fisici. Il motore è un componente di potenza importante nella stampante 3D; la precisione del motore influisce sul risultato della stampa 3D, generalmente si utilizzano motori passo-passo. Nel 2019, il mercato globale della stampa 3D ha raggiunto i 12 miliardi di dollari, con un aumento del 30% rispetto all'anno precedente.
Settore emergente 2: I robot mobili sono controllati da computer e possiedono funzioni quali movimento, navigazione automatica, controllo multisensore, interazione in rete, ecc. L'applicazione più importante nella produzione pratica è la movimentazione, caratterizzata da un elevato grado di non standardizzazione.
Nei moduli di azionamento dei robot mobili vengono utilizzati motori passo-passo, e la struttura di azionamento principale è composta da motori e riduttori. Sebbene l'industria robotica industriale cinese si sia sviluppata più tardi rispetto a quella estera, è all'avanguardia nel settore dei robot mobili. Attualmente, i componenti principali dei robot mobili sono prodotti principalmente a livello nazionale, e le imprese cinesi hanno sostanzialmente raggiunto i requisiti di precisione in tutti gli aspetti, mentre la concorrenza straniera è limitata.
Il mercato cinese dei robot mobili raggiungerà un valore di circa 6,2 miliardi di dollari nel 2019, con una crescita del 45% rispetto all'anno precedente. Il lancio internazionale di robot professionali per la pulizia ha portato a un significativo aumento dell'efficienza. Il lancio del "secondo robot" nel 2018 ha fatto seguito a quello del robot umanoide. Il "secondo robot" è un robot aspirapolvere professionale intelligente dotato di sensori multipli per rilevare ostacoli, scale e movimenti umani. Può funzionare per tre ore con una singola carica e pulire fino a 1.500 metri quadrati. Il "secondo robot" può sostituire gran parte del carico di lavoro quotidiano del personale addetto alle pulizie e può aumentare la frequenza delle operazioni di aspirazione e pulizia, in aggiunta alle attività di pulizia esistenti.
Settore emergente 3: Con l'introduzione del 5G, il numero di antenne per le stazioni base di comunicazione è in aumento, così come il numero di motori necessari. In generale, sono necessarie 3 antenne per le normali stazioni base di comunicazione, da 4 a 6 antenne per le stazioni base 4G, e si registra un ulteriore aumento del numero di stazioni base e antenne per le applicazioni 5G, in quanto è necessario coprire sia le comunicazioni tradizionali di telefonia mobile che le applicazioni di comunicazione IoT. I motori di controllo con componenti di riduttore stanno diventando una soluzione di sviluppo personalizzata di uso comune per gli impianti di antenne delle stazioni base. Per ogni antenna ESC viene utilizzato un motore di controllo con riduttore.
Nel 2019 il numero di stazioni base 4G è aumentato di 1,72 milioni e si prevede che la costruzione del 5G inaugurerà un nuovo ciclo. Nel 2019, il numero di stazioni base per telefoni cellulari in Cina ha raggiunto gli 8,41 milioni, di cui 5,44 milioni erano stazioni base 4G, pari al 65%. Nel 2019, il numero di nuove stazioni base 4G è aumentato di 1,72 milioni, il dato più alto dal 2015, principalmente a causa di: 1) l'espansione della rete per coprire le zone d'ombra nelle aree rurali; 2) l'aggiornamento della capacità della rete centrale per gettare le basi per la costruzione della rete 5G. La licenza commerciale 5G in Cina sarà rilasciata a giugno 2019 e, entro maggio 2020, saranno operative oltre 250.000 stazioni base 5G a livello nazionale.
Settore emergente 5: I dispositivi medici rappresentano uno dei principali scenari applicativi per i motori passo-passo e uno dei segmenti in cui Vic-Tech è profondamente coinvolta. Dal metallo alla plastica, i dispositivi medici richiedono un elevato livello di precisione nella loro produzione. Molti produttori di dispositivi medici utilizzano servomotori per soddisfare i requisiti di precisione, ma poiché i motori passo-passo sono più economici e compatti dei servomotori e la precisione richiesta da alcuni dispositivi medici è sufficiente, vengono utilizzati nell'industria manifatturiera dei dispositivi medici e in alcuni casi sostituiscono addirittura i servomotori.
Data di pubblicazione: 19 maggio 2023