Kết cấu rotor của động cơ bước loại từ dẫn thay đổi hoàn toàn khác hẳn với động cơ bước loại PM. Trong động cơ bước loại VR chúng ta không có nam châm vĩnh cửu để hình thành rotor. Stator và Rotor của động cơ bước loại VR được chế tạo bằng lá thép kỹ thuật điện như các động cơ thông thường. Tuy nhiên trên mặt ngoài rotor (trên phần tiết diện xung quanh khối trụ rotor) được phay thành các răng; trên rotor không
bố trí dây quấn. Tuy nhiên rotor có thể thuộc dạng khối trụ đơn ( single-stack) hay nhiều khối trụ (multi-stack) ghép đồng trục.
HÌNH 17: Kết cấu của động cơ bước loại từ dẫn thay đổi (VR - STEPPER MOTOR), dây quấn bố trí dạng 3 phase, mỗi pha tương ứng 4 cực từ.
Hình 17
Trong hình 16, chúng ta khảo sát kết cấu của động cơ bước loại thay đổi từ dẫn, trên stator chúng ta bố trí dây quấn 3 pha, mỗi pha 4 cực từ, tổng số răng trên stator là 12 răng. Dây quấn mỗi pha cần 4 răng để hình thành 4 cực từ. Tổng số rãnh của rotor là 16 răng. Nguyên tắc hoạt động của động cơ được trình bày tóm tắt theo các bước như sau:
- Đầu tiên cấp dòng điện I1 vào bộ dây (L1-C); tuơng ứng với chiều quấn trên 4 cực từ ; chúng ta có các răng 1; 7 tương ứng cực Nam và các răng 4, 10 tương ứng cực từ Bắc ( khi xét hướng của hệ thống đường sức từ trường khép kín trên mạch từ stator và rotor ).
- Với rotor có 16 răng, giả sử tại trạng thái này đối diện các đầu răng 1, 4, 7, 10 của stator ta tìm được 4 răng trên rotor tương ứng để cho đường sức từ trường khép kín mạch từ động cơ (stator sang rotor). Từ dẫn tại khe hở không khí của các răng stator và rotor trong trường hợp này thấp nhất (do khoảng cách giửa các răng rotor và stator tại vị trí này ngắn nhất).
- Dựa theo hướng của đường sức từ trường qua các răng rotor, cực tính của các răng rotor được xác định như sau: tại răng rotor đối diện với răng stator 1 đường sức từ đang có hướng đi ra khỏi răng, đo đó ta xem răng là cực Bắc. Tương tự, răng rotor đối diện với răng stator 4 là cực nam, thực hiện cách xác định này cho các răng rotor còn lại trên rotor.
- Tương tự như trường hợp của động cơ bước loại PM, khi các răng rotor và stator có cực tính đối nhau ở trạng thái đồng trục thẳng hàng với nhau, lực từ trường tương tác sẽ không sinh
ra momen quay.
Hình 18. Từ trường do pha (L1 –
C) tạo ra.
Muốn hình thành momen quay chúng ta có thể ngừng cấp nguồn vào pha (L1-C) và cấp nguồn điện vào pha (L2-C). Nếu dòng điện qua pha (L2-C) có cùng hướng như dòng điện qua pha (L1-C) trước đây; dòng điện này sẽ tạo thành cực từ trên các răng 2, 5, 8, 11 có cùng tính chất với các cực từ 1, 4, 7, 10 (xem hình 18 và 19).
Tương tự, muốn động cơ tiếp tục quay thì chúng ta phải ngưng cấp nguồn cho pha (L2-C) và cấp nguồn vào pha(L3-C) có cùng chiều với các cuộn trước.
Tóm lại nếu chúng ta cung cấp nguồn điện một chiều vào các phase theo thứ tự (L1-C), (L2-C), (L3-C), động cơ sẽ quay theo chiều ngược kim đồng hồ. Ngược lại, nếu cung cấp tuần tự nguồn điện một chiều vào các phase theo thứ tự (L1-C), (L3-C), (L2-C) động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại.
Để xác định góc quay sau mỗi bước điều khiển, chúng ta có thể tính bằng một công thức đơn giản sau:
R o Z m. 360 = θ Trong đó :
m : số pha dây quấn trên stator. ZR : Tổng số răng của rotor.
θ : góc quay của rotor sau mỗi bước điều khiển.
Hiện nay người ta thường sử dụng động cơ bước đa hợp (hybrid stepper motor) nhằm làm tăng tính ổn định và giảm nhỏ góc quay θ sau mỗi xung kích. Động cơ bước dạng đa hợp (Hybrid) là loại động cơ tổ hợp các tính chất đặc trưng của hai loại động cơ bước PM và động cơ bước dạng từ dẫn (VR) thay đổi. Kết cấu ban đầu của động cơ bước đa hợp bao gồm các thành phần sau đây:
- Stator gồm hai thành phần (hai lỏi thép) bố trí riêng biệt, được bố trí đồng trục trong cùng vỏ ; vị trí của các cực từ trên hai thành phần stator này được định vị trùng lắp nhau (khi quan sát các stator theo hướng dọc trục).
- Rotor gồm ba thành phần: hai thành phần rotor (hai lõi thép) bố trí đồng trục với các thành phần stator, trên mỗi rotor bố trí nhiều răng xếp liên tiếp, song song theo phương dọc trục và cách đều nhau. Thành phần thứ ba của rotor là thanh nam châm vĩnh cửu hình trụ bố trí đồng trục (bao quanh trục quay) của động cơ; cực nam của nam châm bố trí sát với một khối hình trụ rotor, cực bắc của nam châm bố trí sát với khối hình trụ còn lại của rotor. Nguyên tắc hoạt động tương tự như loại động cơ bước có từ dẫn thay đổi. Thông thường số răng trên rotor ZR = 50, số pha m = 4 và góc quay được sau mỗi xung kích là θ =1.80. để giảm góc này người ta có thể tăng số pha hoạc số răng trên rotor, có nghĩa là chỉnh sửa phần cứng, nhưng một phương pháp hữu hiệu và được sử dụng rỗng rãi nhất hiện nay là điều chỉnh dòng vào trên các cuộn dây.
HÌNH 20 : Kết cấu cơ bản động cơ bước dạng đa hợp (Hybrid Step Motor).