Motor Paso a Paso con Imanes Permanentes

El motor paso a paso de imán permanente presenta una construcción del estator que se asemeja muy de cerca a la del motor de reluctancia variable de un solo paquete. Su rotor, de forma cilíndrica, está compuesto por polos de imán permanente fabricados con acero de alta retentividad. En el estator, los devanados concentradores situados en polos diametralmente opuestos están conectados en serie, formando así un devanado de dos fases.

La alineación de los polos del rotor con los dientes del estator depende de la excitación del devanado. Por ejemplo, los dos bobinados AA’ están conectados en serie para constituir un devanado para la Fase A. De manera similar, los dos bobinados BB’ están conectados en serie para crear un devanado de la Fase B. El diagrama a continuación ilustra un motor paso a paso de imán permanente de 4/2 polos, proporcionando una representación visual de su configuración estructural y de devanado.

En la Figura (a), la corriente fluye desde el inicio hasta el final de la Fase A. El devanado de fase se etiqueta como A, y la corriente se denota como iA+. Esta figura representa el escenario cuando el devanado de fase se energiza con la corriente iA+. Como resultado, el polo sur del rotor es atraído por la Fase A del estator. Consecuentemente, los ejes magnéticos del estator y del rotor se alinean perfectamente, con el desplazamiento angular α=0°.

De manera similar, en la Figura (b), la corriente atraviesa desde el inicio hasta el final de la Fase B. La corriente se indica como iB+, y el devanado se marca como B. Al examinar la Figura (b), se puede observar que el devanado de la Fase A no lleva corriente, mientras que la Fase B está excitada por la corriente iB+. El polo del estator entonces atrae el polo correspondiente del rotor, causando que el rotor gire 90 grados en sentido horario. En esta etapa, α=90°.

La Figura (c) ilustra una situación donde la corriente fluye desde el final hasta el inicio de la Fase A. Esta corriente se representa como iA−, y el devanado se etiqueta como iA−. Es notable que la corriente iA− tiene una dirección opuesta a la de iA+. En este caso, el devanado de la Fase B está desenergizado, y el devanado de la Fase A está activado por la corriente iA−. Consecuentemente, el rotor continúa moviéndose otros 90 grados en sentido horario, y el desplazamiento angular alcanza α=180°.

En la Figura (d) anterior, la corriente fluye desde el final hasta el punto de inicio de la Fase B, denotada como iB−, y el devanado correspondiente se etiqueta como B−. En este momento, la Fase A está desenergizada, mientras que la Fase B está excitada. Como resultado, el rotor avanza otros 90 grados, y el desplazamiento angular α alcanza 270°.

Para completar una revolución completa del rotor, logrando α=360°, el rotor se mueve un adicional de 90 grados cuando el devanado de la Fase B está desenergizado y la Fase A está excitada. En un motor paso a paso de imán permanente, la dirección de rotación se determina por la polaridad de la corriente de fase. Para la rotación en sentido horario, la secuencia de excitación de fase es A,B,A−,B−,A, mientras que para la rotación en sentido antihorario, la secuencia se convierte en A,B−,A−,B,A.

La fabricación de un rotor de imán permanente con un gran número de polos presenta desafíos significativos. En consecuencia, este tipo de motor paso a paso generalmente se limita a tamaños de paso grandes, que van desde 30° hasta 90°. Estos motores tienen mayor inercia, lo que resulta en una tasa de aceleración más baja en comparación con los motores paso a paso de reluctancia variable. Sin embargo, poseen la ventaja de que los motores paso a paso de imán permanente pueden generar un par mayor que los motores paso a paso de reluctancia variable.