Guilde - Moteur électrique pas à pas : tout comprendre pour une intégration réussie

Moteur pas à pas hybride, unipolaire ou bipolaire : lequel choisir ?

Le moteur pas à pas, ou stepper motor, est une technologie de motorisation incontournable dans les applications nécessitant un positionnement précis, une répétabilité parfaite et une commande simple. Grâce à sa capacité à se déplacer par incréments angulaires définis, il est largement utilisé dans les imprimantes 3D, les machines-outils, les systèmes de dosage, la robotique ou encore l’automatisation légère.

Dans cet article, nous vous proposons un tour d’horizon complet du moteur pas à pas : son fonctionnement, ses différents types, ses avantages et ses limites, ainsi que les critères de choix pour une intégration réussie. Ce contenu s’appuie sur le guide technique de référence publié par Maxon France.

Les principaux types de moteurs pas à pas

Il existe trois grandes familles de moteurs pas à pas, chacune ayant ses spécificités :

1. Moteur à aimant permanent (tin can)

Ce type de moteur est simple, économique et compact. Il est composé d’un rotor aimanté et d’un stator denté. Il offre un bon amortissement des oscillations et un grand angle de pas (souvent 7,5° à 18°). Il est adapté aux applications à faible puissance comme les imprimantes ou les petits dispositifs de positionnement.

2. Moteur à réluctance variable

Ce moteur fonctionne sans aimant, uniquement par variation de réluctance magnétique. Il est aujourd’hui peu utilisé en raison de ses performances inférieures et de son couple résiduel faible.

3. Moteur hybride

Le moteur pas à pas hybride combine les avantages du moteur à aimant permanent et du moteur à réluctance variable. Il offre un couple élevé, une bonne précision (angle de pas de 0,9° à 1,8°), un rendement supérieur et une compatibilité avec les micro-pas. C’est le type le plus utilisé dans l’industrie.

Fonctionnement et commande

Le moteur pas à pas fonctionne par séquences d’alimentation des phases. En commandant les bobines dans un ordre précis, on fait tourner le rotor d’un pas à chaque impulsion. Il existe plusieurs modes de commande :

• 1 phase ON : une seule phase est alimentée à la fois.
• 2 phases ON : deux phases sont alimentées simultanément, ce qui augmente le couple.
• Demi-pas : alternance entre 1 et 2 phases ON, double la résolution.
• Micro-pas : commande en courant sinusoïdal pour une rotation fluide et précise.

Le sens de rotation dépend de l’ordre des impulsions. La commande peut être unipolaire (4 fils) ou bipolaire (2 phases, 4 ou 6 fils).

Avantages du moteur pas à pas

Le moteur pas à pas présente de nombreux avantages :

• Positionnement précis sans capteur de retour.
• Commande simple par signaux digitaux.
• Pas d’usure liée à la commutation (pas de balais).
• Couple élevé à l’arrêt (couple de maintien).
• Bonne tenue aux surcharges (pas de décrochage immédiat).
• Large choix de pas angulaires
• Diversité de formats (NEMA 11 à 34).

Il est particulièrement adapté aux applications nécessitant un contrôle de position ou de vitesse à faible coût.

Limites et précautions

Le moteur pas à pas a aussi ses limites :

• Rendement inférieur à celui des moteurs brushless.
• Échauffement important à l’arrêt (courant constant).
• Risque de perte de pas en cas de surcharge ou de fréquence trop élevée.
• Vibrations et résonances à certaines vitesses.

Pour éviter ces problèmes, il est recommandé d’utiliser un contrôleur adapté, de bien dimensionner le moteur, et d’ajouter un réducteur moteur pas à pas si nécessaire.

Performances et dimensionnement

Le guide dédié aux moteurs pas à pas de maxon France détaille les notions techniques essentielles pour dimensionner un moteur pas à pas :

• Couple de maintien : couple maximal à l’arrêt.
• Couple dynamique : dépend de la fréquence de commande.
• Couple résiduel : couple sans alimentation.
• Réponse indicielle : comportement du rotor à une impulsion.
• Réponse fréquentielle : comportement en rotation continue.
• Constante de temps électrique : L/R, limite la montée du courant.
• Tension induite (back EMF) : s’oppose à l’établissement du courant à haute vitesse.

Ces paramètres permettent de choisir le moteur adapté à votre application, en fonction de la charge, de la vitesse, de la précision et du cycle de fonctionnement.

Intégration avec motoréducteurs et contrôleurs

Maxon propose une gamme complète de moteurs pas à pas avec ou sans réducteur, ainsi que des contrôleurs compatibles :

• Moteur pas à pas hybride gamme : couple de maintien jusqu’à 840 Ncm, codeur et réducteur possibles.
• Moteur pas à pas flat : faible encombrement, haut rendement.
• Moteur pas à pas avec électronique intégrée : boucle fermée, anti-décrochage, communication CAN open, Ethernet TCP/IP, Puls/Direction, Dual-Port Ethernet.

Ces solutions permettent une intégration rapide et fiable dans vos systèmes automatisés.

Applications typiques

Les moteurs pas à pas sont utilisés dans de nombreux domaines :

• Impression 3D : pour le positionnement des axes.
• Machines-outils : pour les avances et les têtes de perçage.
• Systèmes de dosage : pour le contrôle précis du volume.
• Robotique éducative : pour les bras articulés.
• Automatisation légère : pour les convoyeurs, les actionneurs, les vannes.

Ils sont également présents dans les distributeurs automatiques, les systèmes de pesage, les équipements médicaux et les instruments de mesure.