¿Cómo es que un brazo robótico en una instalación de fabricación repite los mismos movimientos una y otra vez? ¿Cómo es que una fresadora automatizada se mueve con tanta precisión? Todo esto se debe al **motor paso a paso**. Lo que lo hace especial es que puede controlar la posición angular del rotor sin un bucle de retroalimentación cerrado. Es un sistema simple, preciso y de lazo abierto.
Tipo de motor paso a paso: reluctancia variable
Comencemos por entender cómo funciona el **motor paso a paso de tipo reluctancia variable**, que es el más simple. Este motor tiene seis dientes en el estator y se puede energizar con tres fuentes de alimentación de corriente continua separadas. El rotor está hecho de un conjunto de láminas de acero y tiene un número diferente de dientes que el estator (cuatro en este caso) a propósito. Esto se hace para que solo un par de dientes del rotor se alinee con el estator en un momento dado.
Puedes explicar cómo funciona este motor paso a paso por ti mismo. Si desenergizas la bobina A y energizas la bobina B, queda claro que el rotor girará según se muestra. Por la geometría, es evidente que el tamaño de cada paso es de 30 grados. Para dar el siguiente paso, energiza la bobina B y la bobina C. Luego, vuelve a energizar la bobina A. En resumen, el rotor se mueve hacia la posición con la menor reluctancia. El tamaño de cada paso en este motor es de 30 grados. Puedes mejorar la precisión a 15 grados con un pequeño truco.
Ahora, ¿qué sucede cuando las bobinas A y B se energizan juntas? El rotor se posiciona entre los dos casos anteriores o se mueve 15 grados. Después de esto, desenergiza la bobina A y luego de alcanzar la posición de la bobina B, energiza también la bobina C. Esta operación se conoce como **media microstepping**.
El motor del que hemos estado hablando se llama **motor de reluctancia variable**. El motor paso a paso más versátil y comúnmente utilizado es el **motor híbrido**.
Tipo de motor paso a paso: híbrido
Exploraremos el funcionamiento de un **motor híbrido** con un tamaño de paso de 1.8 grados, típico en estos motores. El motor híbrido tiene un rotor magnetizado axialmente con tapas de acero dentadas. De esta manera, un extremo del rotor se convierte en el polo norte y el otro en el polo sur. La precisión de este motor reside en la disposición ingeniosa de los dientes del rotor y el estator.
Para entender esto, primero consideremos que el rotor tiene 50 dientes. Supongamos que el estator también tiene 50 dientes, pero en realidad tiene dos dientes menos que el rotor, por lo que nos quedan 48 dientes. Organizamos estos 48 dientes en pares de grupos, como se muestra, y luego reorganizamos estos grupos para que uno se alinee parcialmente con el rotor.
El conjunto verde se mueve para alinearse parcialmente con el rotor, el conjunto amarillo está completamente desalineado con los dientes del rotor, el conjunto azul se alinea parcialmente con el rotor y el conjunto rojo permanece en su lugar. En resumen, el conjunto rojo se alinea completamente con el rotor, mientras que el conjunto amarillo está desalineado. Los otros dos conjuntos están parcialmente alineados. Vale la pena mencionar que el extremo del rotor que te enfrenta actúa como el polo sur. Las bobinas del estator se conectan como se muestra y son dos conjuntos independientes de bobinas. Cuando el conjunto A se energiza, el estator forma un patrón magnetizado como se muestra, donde un par de polos del estator actúan como el polo norte y el otro como el polo sur. Cuando polos opuestos se atraen, se alinearán; cuando los polos de la misma polaridad se atraen, estarán desalineados.
Observa lo que sucede en el rotor cuando se energiza la bobina B. El rotor tiene que girar un pequeño ángulo para alinearse con el nuevo polo norte. Está claro que este ángulo es una cuarta parte del paso angular, es decir, el rotor se mueve 1.8 grados. Cuando se energiza nuevamente el conjunto A con la polaridad opuesta, el rotor se mueve otros 1.8 grados. Este proceso se repite y se logra un movimiento altamente preciso por parte del motor. La resolución del ángulo de paso se puede mejorar aún más usando **microstepping**.
Es interesante destacar que los dientes de la tapa del extremo norte se colocan entre los dientes del extremo sur. De esta manera, se garantiza el alineamiento de los polos de polaridad opuesta. Así es como funciona un motor paso a paso híbrido. Son ideales para aplicaciones donde se requieren movimientos precisos y control simple.
Estos motores automatizados son esenciales en una variedad de aplicaciones industriales y tecnológicas. Desde la precisión en la fabricación hasta la eficiencia en la automatización de procesos, los motores paso a paso son el corazón de los movimientos precisos en máquinas automatizadas. Al comprender ¿cómo funciona el corazón paso a paso? en estos motores, podemos apreciar su importancia en la ingeniería moderna.
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