Động cơ bước nam châm vĩnh cửu: cấu tạo can-stack, detent, các cỡ và ứng dụng

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (PM stepper, còn gọi là động cơ bước kiểu can-stack hay claw-pole) là loại động cơ bước có rotor là một khối nam châm được từ hóa nhiều cực, quay theo từng nấc lớn 7,5° hoặc 15°. Chúng ít khi xuất hiện trong máy CNC hay máy in 3D, nhưng lại có mặt trong rất nhiều thiết bị quen thuộc: van tiết lưu điện tử của máy lạnh inverter, kim đồng hồ táp-lô ô tô, cơ cấu kéo giấy của máy in, cánh đảo gió điều hòa, ống kính camera, van không tải trên xe phun xăng.

Điểm làm nên tính cách của loại động cơ bước PM này là cấu tạo vỏ thép dập rẻ, cuộn dây điện trở cao chạy thẳng bằng 5 V, 12 V hay 24 V, và mô-men giữ khi không cấp điện (detent) khá lớn so với kích thước. Hiểu rõ cấu tạo, giới hạn và cách nhận biết sẽ giúp người thiết kế máy chọn đúng, giúp thợ sửa điều hòa, sửa ô tô thay đúng linh kiện và tránh nhầm với những loại motor khác cũng mang chữ "nam châm vĩnh cửu".

1. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu là gì?

Trong các loại động cơ bước phổ biến, có ba họ theo kết cấu rotor: rotor thép có răng không nhiễm từ (từ trở), rotor nam châm trơn không có răng nhỏ (nam châm vĩnh cửu) và rotor kết hợp nam châm với hai đĩa thép có răng (lai, hay hybrid). Động cơ bước nam châm vĩnh cửu thuộc họ thứ hai: rotor là một ống nam châm được từ hóa xen kẽ cực Bắc – Nam quanh chu vi, stator là các cuộn dây hình vòng bọc trong vỏ thép dập có răng vuốt.

Vì rotor không có răng nhỏ, số bước mỗi vòng chỉ phụ thuộc số cực của nam châm và số pha. Với loại hai pha thông dụng, số bước đủ mỗi vòng bằng 2 × số pha × số cặp cực rotor:

• Rotor 12 cặp cực (24 cực), 2 pha: 48 bước/vòng, tức 7,5° mỗi bước.
• Rotor 6 cặp cực (12 cực), 2 pha: 24 bước/vòng, tức 15° mỗi bước.
• Một số dòng khác có góc 3,75°, 11,25° hoặc 18°, thường gặp ở motor rất nhỏ hoặc motor chuyên dụng.

So với góc 1,8° (200 bước/vòng) của động cơ bước lai, góc bước của động cơ bước PM thô hơn rõ rệt. Đổi lại, kết cấu đơn giản, dễ sản xuất hàng loạt nên giá thành thấp.

2. Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu kiểu can-stack (claw-pole)

Gần như toàn bộ động cơ bước nam châm vĩnh cửu đang lưu hành dùng kết cấu "can-stack", nghĩa là hai cụm stator hình cốc xếp chồng lên nhau quanh một rotor nam châm. Cách bố trí này khác hẳn stator dạng lá thép xẻ rãnh của motor lai.

Stator dạng cốc thép dập với răng vuốt

Mỗi pha gồm một cuộn dây quấn tròn như cuộn chỉ, đặt giữa hai nửa vỏ thép dập. Mép trong của hai nửa vỏ được bẻ gập thành các răng (vuốt) đan xen nhau: khi cuộn dây có điện, các răng của nửa này thành cực Bắc, răng của nửa kia thành cực Nam. Số răng của mỗi cụm bằng số cực của rotor. Hai cụm pha A và pha B được xếp chồng dọc trục và đặt lệch nhau một góc đúng bằng một bước, nhờ vậy khi đổi luân phiên dòng qua hai pha, từ trường dịch từng nấc quanh chu vi.

Rotor nam châm từ hóa nhiều cực

Rotor là một ống nam châm ferrite hoặc nam châm đất hiếm liên kết (bonded NdFeB) được từ hóa sẵn 12 hoặc 24 cực xen kẽ. Nam châm liên kết NdFeB cho mô-men lớn hơn ferrite trong cùng kích thước nên hay dùng ở các dòng mỏng.

Vỏ, ổ đỡ và mặt bích

Hai cụm stator ghép lại chính là thân động cơ hình trụ. Đầu ra thường là một mặt bích thép dập có hai tai bắt vít. Ổ đỡ trục phần lớn là bạc trượt (bạc thau thiêu kết tẩm dầu), loại cao cấp mới dùng ổ bi. Trục nhỏ, phổ biến 2–4 mm, nhiều mẫu ép sẵn bánh răng nhựa hoặc gắn hộp số bánh răng ngay đầu trục.

Cuộn dây: đơn cực 5–6 dây hoặc lưỡng cực 4 dây

Động cơ bước PM được quấn theo hai kiểu. Kiểu đơn cực có dây chung (dây giữa) ở mỗi pha, ra 5 dây (hai dây chung nối với nhau) hoặc 6 dây, rất phổ biến ở thiết bị dân dụng vì chỉ cần bốn khóa đóng cắt xuống mass. Kiểu lưỡng cực ra 4 dây, tận dụng toàn bộ cuộn dây nên mạnh hơn nhưng cần cầu H. Chi tiết cách hoạt động và cách đấu kiểu có dây chung được trình bày riêng ở bài động cơ bước đơn cực.

3. Nguyên lý bước và các chế độ kích từ

Khi cấp dòng vào một pha, các răng vuốt của pha đó thành cực từ và kéo các cực trái dấu của rotor về thẳng hàng. Chuyển dòng sang pha kia, cực từ dịch đi một bước, rotor quay theo. Đảo thứ tự cấp điện thì rotor quay ngược. Với động cơ bước nam châm vĩnh cửu, có ba cách kích từ thường dùng:

• Bước đủ 1 pha: mỗi thời điểm chỉ một pha (hoặc một nửa cuộn ở loại đơn cực) có điện. Ít tốn điện nhất, mô-men thấp nhất.
• Bước đủ 2 pha: hai pha cùng có điện, rotor dừng giữa hai vị trí răng. Mô-men lớn hơn khoảng 1,4 lần so với 1 pha nhưng tiêu thụ gấp đôi.
• Nửa bước (1–2 pha): xen kẽ hai cách trên, góc bước giảm một nửa: 7,5° thành 3,75°, tức 96 nấc mỗi vòng. Đây là chế độ hay gặp nhất ở van tiết lưu điện tử và motor cánh đảo gió.

Vi bước (microstep) vẫn chạy được trên động cơ bước PM và giúp quay êm hơn ở tốc độ thấp, nhưng độ chính xác vị trí giữa hai bước đủ kém hơn nhiều so với motor lai. Nguyên nhân là đặc tính mô-men theo góc của kết cấu răng vuốt không giống hình sin và mô-men detent lớn kéo rotor về các nấc tự nhiên. Vì thế với loại motor này, vi bước chủ yếu để giảm ồn, giảm rung, không nên dùng để "tăng độ phân giải" thực tế.

Tốc độ và mô-men khi chạy

Điện trở cuộn dây cao (thường vài chục đến vài trăm ohm) và điện cảm lớn khiến dòng tăng chậm, nên mô-men của động cơ bước PM giảm nhanh khi tần số xung tăng. Ví dụ một mẫu 35 mm 7,5° chạy kiểu lưỡng cực dòng không đổi được nhà sản xuất cho phép tối đa khoảng 800 xung/giây (tương đương 1.000 vòng/phút), mẫu mỏng cùng đường kính đạt khoảng 2.400 xung/giây. Các van tiết lưu điện tử chỉ chạy 30–80 xung/giây.

4. Mô-men giữ không điện (detent torque) của động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Detent torque là mô-men cần thiết để xoay trục khi tất cả cuộn dây không có điện. Nó sinh ra do rotor nam châm luôn có xu hướng hút về vị trí mà các cực của nó thẳng hàng với răng thép stator. Động cơ bước từ trở có rotor thép không nhiễm từ nên không có detent; động cơ bước lai có detent nhưng nhỏ; động cơ bước nam châm vĩnh cửu có detent lớn nhất tính theo tỉ lệ.

Số liệu từ datasheet cho thấy rõ điều này: một mẫu can-stack 42 mm 7,5° có mô-men giữ 131 mN·m và detent 29,7 mN·m, tức detent bằng gần 23% mô-men giữ. Một mẫu 35 mm 7,5° đơn cực công bố mô-men giữ trên 450 g·cm (khoảng 44 mN·m) và detent khoảng 125 g·cm (khoảng 12 mN·m), tỉ lệ cũng xấp xỉ một phần tư. Ở động cơ bước lai 1,8° thông dụng, tỉ lệ này thường chỉ vài phần trăm.

Mặt lợi của detent lớn

• Thiết bị giữ được vị trí khi ngắt điện cuộn dây: kim đồng hồ không tự rơi, kim van tiết lưu không tự trôi, cánh đảo gió không tự lật khi có gió thổi.
• Tiết kiệm điện: bộ điều khiển chỉ cấp điện khi cần dịch chuyển, phần lớn thời gian cuộn dây nguội.

Mặt hạn chế

• Detent cộng thêm gợn mô-men khi chạy, làm motor rung và kêu ở tốc độ thấp nếu chạy bước đủ.
• Làm sai lệch vị trí ở các vi bước trung gian, như đã nói ở mục trên.
• Detent không phải phanh: tải trọng lượng, rung động hay va đập có thể làm trục nhảy nấc. Trục đứng mang tải phải có phanh hoặc cơ cấu tự hãm riêng.

5. So sánh động cơ bước nam châm vĩnh cửu với động cơ bước lai và từ trở

Bảng dưới tóm tắt khác biệt giữa ba họ động cơ bước mà người chọn motor hay cần đối chiếu.

• Mô-men của động cơ bước PM ghi ở bảng là ở trục motor; mẫu có hộp số (họ BYJ) có mô-men trục ra lớn hơn nhiều nhưng tốc độ rất thấp.
• Không cấp nguồn 24 V cho motor PM định mức 5 V hay 12 V khi không có driver giới hạn dòng: cuộn dây sẽ quá nhiệt và có thể khử từ rotor.

Động cơ bước lai mạnh hơn và chính xác hơn nhiều, là lựa chọn mặc định cho máy công cụ. Đoạn video sau là một động cơ bước lai cỡ lớn được đấu dây và vận hành thực tế với driver công nghiệp, giúp hình dung sự khác biệt về kích thước và cách điều khiển so với các motor PM nhỏ trong bài:

Nếu cần đi sâu vào kích thước, mã model và thông số điện của loại lai cỡ nhỏ thông dụng nhất, có thể xem bài động cơ bước size 42 1.8 step. Còn họ rotor thép không nam châm được phân tích ở bài động cơ bước từ trở.

6. Các cỡ động cơ bước nam châm vĩnh cửu thường gặp

Động cơ bước PM được gọi tên theo đường kính thân (mm). Cách đặt tên phổ biến của các nhà sản xuất Trung Quốc dùng tiền tố "BY" cho động cơ bước nam châm vĩnh cửu (B: bước, Y: nam châm vĩnh cửu), thêm "J" nếu có hộp số giảm tốc; trong khi động cơ bước lai mang ký hiệu "BYG" (ví dụ 42BYGH). Nhờ đó, chỉ cần nhìn mã 35BYJ46 hay 20BY là biết đây là motor PM, còn 42BYGH là motor lai, dù cùng đường kính 42 mm. Các hãng Nhật, Âu, Mỹ dùng mã riêng (ví dụ PM35L-048, 42L048, 25PM048) nhưng hầu hết vẫn ghi đường kính và số bước/vòng (048 = 48 bước = 7,5°; 024 = 24 bước = 15°).

a. Cỡ siêu nhỏ 6–20 mm

Đường kính 6, 8, 10, 15, 20 mm, thân rất ngắn, mô-men chỉ vài mN·m hoặc thấp hơn. Nhiều mẫu được làm thành motor bước tuyến tính có trục vít me xuyên rotor hoặc vít me nối dài, dùng đẩy thấu kính lấy nét, dịch chuyển đầu đọc ổ đĩa quang, chỉnh màn chắn sáng. Điện áp thường 3–5 V. Nhóm motor rất nhỏ chạy điện áp thấp này được nói kỹ hơn ở bài động cơ bước 5V.

b. Cỡ 25–26 mm

Có cả bản 15° (24 bước) và 7,5° (48 bước), thân ngắn và thân dài. Dùng nhiều trong máy in nhỏ, máy in nhiệt, cơ cấu kéo giấy, máy đếm tiền, máy bán hàng tự động. Mô-men giữ cỡ khoảng 10 mN·m với các mẫu thông dụng.

c. Cỡ 35–36 mm

Cỡ phổ biến nhất của động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Bản thân mỏng khoảng 15 mm, thân dày khoảng 22 mm; điện áp 5, 12 hoặc 24 V; mô-men giữ vài chục mN·m. Gặp trong máy in, máy ATM, máy phân tích y tế, cơ cấu van.

d. Cỡ 42 mm

Cỡ PM lớn nhất thông dụng, mô-men giữ trên 0,1 N·m, trục 3–4 mm. Lưu ý dễ nhầm với động cơ bước lai size 42 (NEMA 17): motor PM 42 mm có thân tròn và mặt bích hai tai, còn motor lai có thân vuông 42,3 mm và bốn lỗ bắt vít.

e. Họ có hộp số giảm tốc BYJ (24BYJ, 28BYJ, 35BYJ)

Motor PM nhỏ liền hộp số bánh răng nhiều cấp, trục ra lệch tâm; có trong điều hòa (đảo cánh), máy sưởi, máy lọc không khí, rèm tự động. Một vài thông số theo datasheet:

• 24BYJ48 bản 5 V: 4 pha (đơn cực), góc bước 5,625°/32 (hộp số 1/32), điện trở 25 Ω, detent tối thiểu 20 mN·m.
• 35BYJ412 bản 12 V: góc bước 3,75°/42,5 (hộp số 1/42,5), điện trở 100 Ω, mô-men kéo vào tối thiểu 3.000 gf·cm (khoảng 0,29 N·m), detent tối thiểu 500 gf·cm.

Thông số tham khảo một số động cơ bước nam châm vĩnh cửu theo datasheet

• Cùng đường kính, bản thân dày cho mô-men gấp đôi bản mỏng nhưng điện trở và điện cảm cũng lớn hơn, nên giảm mô-men sớm hơn khi tăng tốc độ.
• Mô-men giữ đo ở dòng định mức với hai pha cùng có điện; chạy kiểu 1 pha thì mô-men thấp hơn đáng kể.
• Bản đơn cực khi chạy chỉ dùng nửa cuộn dây mỗi lần, mô-men thấp hơn bản lưỡng cực cùng cỡ.

7. Ứng dụng tiêu biểu của động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Điểm chung của các ứng dụng dưới đây: tải nhẹ, định vị theo nấc không cần cảm biến, giữ vị trí khi không cấp điện và giá thành thấp.

a. Van tiết lưu điện tử (EEV) của máy lạnh, máy bơm nhiệt

Van tiết lưu điện tử là ứng dụng hay gặp nhất với thợ điện lạnh. Kết cấu rất đặc biệt: rotor nam châm và cơ cấu vít đẩy kim van nằm kín bên trong ống thép không gỉ chứa môi chất lạnh, còn cuộn dây (coil) là một khối stator rời chụp từ bên ngoài vào ống. Từ trường đi xuyên qua vách ống để quay rotor, nhờ đó van kín hoàn toàn, không có trục xuyên qua phớt. Đây chính là lợi thế mà chỉ động cơ bước nam châm vĩnh cửu làm được dễ dàng với khe từ lớn như vậy.

Thông số điển hình của coil EEV dân dụng và thương mại nhỏ

• Thông số trên là khoảng tham khảo; luôn đối chiếu tài liệu kỹ thuật của đúng model máy trước khi kết luận coil hỏng.
• Không cắm, rút giắc coil EEV khi bo mạch đang có điện: có thể hỏng tầng công suất trên bo.
• Điện trở pha thấp hơn mức chuẩn (chập vòng) hoặc thông mass là phải thay coil; không đo cách điện coil bằng megomet.

Vì sao van kêu "tạch tạch" khi vừa bật máy?

Động cơ bước chạy vòng hở nên bo mạch không biết kim van đang ở đâu sau khi mất điện. Cách xử lý chuẩn là cấp dư số xung theo chiều đóng, nhiều hơn toàn hành trình (ví dụ hơn 600 xung cho van 500 xung), để kim tì hẳn vào điểm đóng. Khi đã chạm điểm dừng mà vẫn nhận xung, rotor nam châm trượt nấc và phát ra tiếng lạch cạch đều đặn. Đây là quá trình về gốc bình thường, chỉ diễn ra vài giây. Không có tiếng này, hoặc kêu không dứt khi đang chạy, thì kiểm tra coil, giắc nối, bo điều khiển và khả năng kẹt kim van.

Kiểm tra cơ học không cần điện

Có thể tháo coil, chụp vòng nam châm chuyên dụng vào thân van ngang phần rotor (khoảng giữa đến đỉnh thân van) rồi xoay chậm để quay rotor bên trong, kết hợp đo nhiệt độ trước – sau van để biết kim có đóng, mở được không.

b. Đồng hồ táp-lô ô tô, xe máy

Kim trên cụm đồng hồ hiện đại phần lớn được quay bằng motor bước nam châm vĩnh cửu cỡ nhỏ có hộp số bánh răng nhựa tích hợp (dòng phổ biến như X27.168 hay các mẫu tương đương). Đặc điểm chính:

• Hành trình kim khoảng 315°, có chốt chặn cơ khí bên trong hộp số.
• Mỗi bước ở trục kim rất nhỏ, dưới 1°, nên kim quay mượt dù motor chạy vòng hở.
• Cuộn dây điện trở cao, khoảng vài trăm ohm, dòng chỉ vài chục mA, chạy điện áp 5 V.
• Khi bật khóa điện, kim quét về chốt chặn để lấy lại điểm 0, tương tự cách van EEV về gốc.

c. Van điều khiển không tải trên ô tô phun xăng

Nhiều đời xe dùng van không tải (IAC) kiểu motor bước PM có vít đẩy côn, ra 4 hoặc 6 dây; ECU đếm bước để mở thêm khe gió khi máy nguội hay khi bật điều hòa.

d. Máy in, máy quét, máy văn phòng

Cơ cấu kéo giấy, cuộn giấy in nhiệt, đẩy khay, nâng hạ tấm ép dùng nhiều motor PM 25–42 mm. Đây cũng là nguồn tháo motor quen thuộc của người làm đồ tự chế.

e. Camera, ống kính và thiết bị quang học

Motor bước PM siêu nhỏ, nhất là dạng tuyến tính có vít me, đẩy thấu kính lấy nét, zoom và xoay đầu camera quay quét cỡ nhỏ.

f. Điều hòa, thiết bị gia dụng và thiết bị y tế

Motor đảo cánh điều hòa (họ BYJ có hộp số), van chia nước, van gas, cơ cấu khóa cửa máy giặt, máy pha cà phê, bơm định lượng và máy phân tích trong y tế.

8. Cách nhận biết động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Với một motor không rõ thông số, các dấu hiệu sau giúp xác định đó có phải động cơ bước nam châm vĩnh cửu:

• Hình dáng: thân tròn bằng thép dập, thường thấy rõ đường ghép giữa hai cụm stator; mặt bích hai tai bắt vít. Motor lai thì thân vuông, nhôm hai đầu, bốn lỗ ren.
• Mã in trên tem: có cụm "BY" hoặc "BYJ" (động cơ bước PM), khác "BYG"/"BYGH" (lai); mã hãng có "048" hoặc "024" thường là 48 hay 24 bước/vòng.
• Số dây và điện trở: 4, 5 hoặc 6 dây; điện trở mỗi pha từ khoảng 10 Ω đến vài trăm Ω. Motor lai cùng cỡ thường chỉ 1–5 Ω.
• Cảm giác khi xoay tay (không cấp điện): nấc rất rõ và thưa, chỉ vài chục nấc mỗi vòng, lực giữ nấc khá chặt so với cỡ motor. Motor lai có nấc mịn hơn nhiều; motor từ trở xoay trơn.
• Đếm bước: cấp xung bước đủ, đánh dấu trục và đếm số xung cho một vòng: 48 là 7,5°, 24 là 15°.

Đừng nhầm với motor DC nam châm vĩnh cửu

Motor DC chổi than có stator nam châm vĩnh cửu, như loại MY1016 dùng cho xe điện mini, xe scooter trong hình, cũng hay được gọi là "động cơ nam châm vĩnh cửu". Loại này chỉ có 2 dây, cấp điện là quay liên tục vài nghìn vòng/phút, công suất hàng trăm watt, không quay theo bước.

Dấu hiệu phân biệt nhanh: motor DC nam châm vĩnh cửu có hai dây đỏ đen to, điện trở giữa hai dây rất nhỏ (dưới 1 Ω), khi xoay tay chỉ có cảm giác nấc nhẹ đều và nghe tiếng chổi than cọ cổ góp; trong khi động cơ bước nam châm vĩnh cửu có ít nhất 4 dây nhỏ và nấc rõ rệt. Nhu cầu cần quay liên tục với công suất lớn như vậy nên chọn trong nhóm motor DC 12V, 24V thay vì tìm động cơ bước.

9. Lưu ý khi chọn và thiết kế với động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Tính mô-men với hệ số an toàn rộng

Lấy mô-men tải lớn nhất (gồm ma sát, trọng lực, lực lò xo, mô-men gia tốc) rồi so với mô-men pull-out của motor ở đúng tốc độ sẽ chạy, không so với mô-men giữ. Do động cơ bước chạy vòng hở, nên chừa hệ số an toàn khoảng gấp đôi để tránh mất bước khi điện áp nguồn sụt, motor nóng hay ma sát tăng theo thời gian.

Chọn cách điều khiển phù hợp điện trở cuộn dây

• Motor PM điện trở cao (vài chục Ω trở lên) thường chạy kiểu điện áp: cấp đúng điện áp định mức qua khóa đóng cắt, dòng tự giới hạn bởi điện trở. Loại đơn cực 5–6 dây chỉ cần 4 khóa transistor hoặc IC darlington.
• Loại lưỡng cực điện trở thấp (vài Ω) như mẫu PM35S nên chạy bằng driver băm dòng để đạt tốc độ cao; khi đó điện áp nguồn có thể cao hơn định mức vì driver giới hạn dòng.
• Một số driver băm dòng phổ biến cho motor lai có ngưỡng dòng tối thiểu điều chỉnh được khá cao; với motor PM chỉ vài trăm mA, cần chắc driver chỉnh được dòng xuống đủ thấp.

Về gốc bằng chốt chặn hoặc cảm biến

Giống van EEV và đồng hồ táp-lô, thiết kế dùng motor PM nên có quy trình về gốc khi khởi động: chạy dư xung về một chốt chặn mềm (rotor trượt nấc vô hại ở tải nhẹ) hoặc dùng công tắc, cảm biến quang. Với chốt chặn cứng, nên về gốc ở tốc độ thấp để không mòn bánh răng nhựa.

Tải hướng kính, tuổi thọ và nhiệt độ

Bạc trượt và trục nhỏ chịu lực hướng kính kém, không nên treo puly căng đai hay bánh răng lớn chịu lực trực tiếp trên trục motor mà không có ổ đỡ ngoài. Tuổi thọ động cơ bước nói chung chủ yếu do mỡ, dầu ở ổ đỡ quyết định, khoảng 20.000–30.000 giờ với điều kiện tải và nhiệt độ hợp lý; tải trục lớn và nhiệt cao rút ngắn đáng kể. Nhiệt độ cao kéo dài còn làm nam châm rotor yếu dần, mô-men giảm theo.

Khi nào không nên dùng động cơ bước nam châm vĩnh cửu

• Cần mô-men trục motor trên khoảng 0,15 N·m, hoặc độ phân giải góc mịn mà không có hộp số: chọn động cơ bước lai.
• Cần quay liên tục nhiều giờ ở tốc độ ổn định với tải đáng kể, không cần định vị theo bước: động cơ giảm tốc mini hoặc motor DC giảm tốc bền và hiệu suất hơn.

10. Câu hỏi thường gặp về động cơ bước nam châm vĩnh cửu

• Động cơ bước nam châm vĩnh cửu 7,5° quay một vòng hết bao nhiêu bước? Ở chế độ bước đủ là 48 bước/vòng, ở chế độ nửa bước là 96 nấc/vòng. Loại 15° có 24 bước đủ và 48 nửa bước. Với loại có hộp số, nhân thêm tỉ số truyền để ra số bước mỗi vòng trục ra.
• Coil van tiết lưu điện tử hãng này có thay bằng coil hãng khác được không? Chỉ thay được khi trùng điện áp, kiểu dây (5, 6 hay 4 dây), điện trở pha, đường kính lỗ chụp và chiều cao ăn khớp với thân van, đồng thời số xung toàn hành trình của van không đổi. Coil lệch thông số có thể vẫn quay nhưng thiếu lực khi chênh áp cao; an toàn nhất là dùng đúng mã hoặc mã thay thế do hãng van công bố.
• Động cơ bước 7,5° và 15° cùng đường kính khác nhau những gì? Loại 7,5° có rotor 24 cực nên định vị mịn gấp đôi, nhưng cùng tần số xung thì quay chậm hơn một nửa. Loại 15° hợp khi cần tốc độ trục cao với mạch phát xung chậm. Mô-men giữ hai loại cùng cỡ thường gần nhau.
• Có dùng động cơ bước nam châm vĩnh cửu cho máy CNC mini hay máy khắc laser được không? Không nên: vài chục mN·m và 48 bước/vòng là quá yếu, quá thô cho trục chạy dao, dễ mất bước và sai kích thước. Các máy này dùng động cơ bước lai 1,8° hoặc 0,9°.
• Có chạy động cơ bước nam châm vĩnh cửu bằng driver A4988, DRV8825 được không? Được với loại lưỡng cực 4 dây, hoặc loại 6 dây khi bỏ trống hai dây chung để dùng cả cuộn. Cần chỉnh dòng thấp đúng định mức motor (thường vài trăm mA) và kiểm tra driver có điều chỉnh được mức dòng thấp như vậy. Loại 5 dây có hai dây chung nối liền trong motor thì không chạy lưỡng cực được nếu không mở motor tách dây.
• Có thể chạy động cơ bước nam châm vĩnh cửu quay liên tục suốt ngày không? Có thể ở tải nhẹ và tốc độ thấp, nhưng bạc trượt là điểm yếu: chạy liên tục dài ngày làm mòn bạc, khô dầu, trục rơ và kêu. Ứng dụng quay liên tục nên chọn mẫu có ổ bi hoặc chuyển sang motor giảm tốc DC, AC.
• Kim đồng hồ táp-lô ô tô chỉ sai, giật hoặc đứng im có phải do motor bước hỏng? Thường gặp nhất là motor bước kim bị mòn bánh răng nhựa bên trong hoặc mối hàn chân motor trên bo bị nứt. Nếu kim không quét về 0 khi bật khóa điện, khả năng cao là lỗi motor hoặc mối hàn. Khi thay motor cần đúng loại về kiểu chân, chiều quay và hành trình, sau đó để cụm đồng hồ tự về gốc.
• Mua motor đảo cánh điều hòa họ BYJ thay thế cần đối chiếu những gì? Điện áp (5 V hay 12 V), tỉ số hộp số, số dây và thứ tự dây trong giắc, kiểu trục ra (trục D, trục chữ thập, trục tròn) và vị trí lỗ bắt vít. Cùng mã đường kính như 24BYJ48 hay 28BYJ48 nhưng khác điện áp hoặc tỉ số sẽ làm cánh quay sai góc hoặc không đủ lực.
• Nam châm rotor của động cơ bước PM có bị yếu đi theo thời gian không? Ở điều kiện bình thường gần như không. Nam châm yếu đi chủ yếu khi motor làm việc quá nóng kéo dài hoặc bị cấp dòng vượt nhiều lần định mức. Dấu hiệu là detent khi xoay tay nhẹ hơn hẳn motor mới cùng mã.
• Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có cần encoder không? Phần lớn ứng dụng không cần vì tải nhẹ và đã có quy trình về gốc bằng chốt chặn. Chỉ khi tải khó lường hoặc mất bước gây hậu quả lớn mới thêm cảm biến vị trí.

11. Kết luận

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu là lựa chọn kinh tế cho chuyển động nhẹ, theo nấc lớn 7,5° hoặc 15°, cần tự giữ vị trí khi không cấp điện: van tiết lưu điện tử, kim đồng hồ, máy in, cánh đảo gió, ống kính camera. Nắm rõ kết cấu can-stack, vai trò của detent, giới hạn mô-men – tốc độ và các dấu hiệu nhận biết qua mã BY/BYJ, điện trở cuộn dây, cảm giác xoay tay sẽ giúp chọn đúng motor và không nhầm với động cơ bước lai hay motor DC nam châm vĩnh cửu.