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Critères de choix lors de l'achat d'un moteur pas à pas

Ce que nous allons voir ici

Nous allons voir ici les éléments importants à vérifier dans le choix d'un moteur pas à pas. Pas mal de petites choses se jouent dans les détails... et ne pas y faire attention conduira immanquablement à ne pas commander le bon matériel et/ou les bons accessoires qui vont avec.

Le type moteur

Il existe au moins 2 grands types de moteurs pas à pas :

  • les moteurs pas à pas bipolaires (2 bobines = 4 fils)
  • les moteurs pas à pas unipolaires (2 bobines + 1 commun central = 5 fils)

Le modèle à prendre en pratique est le modèle bipolaire (4 fils de sortie).

La taille du moteur

Les moteurs pas à pas conseillé sont les moteurs de type NEMA (pour National Electrical Manufacturers Association) dont les dimensions sont standardisées. On caractérise un moteur NEMA par un chiffre NEMA 14, NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34, etc. Le chiffre définit la dimension de la façade (carrée) et la position des 4 trous de fixation.

Les dimensions des façades sont les suivantes :

Dans chaque dimension de façade, on a des moteurs de longueurs différentes, qui correspondent en fait à des modèles ayant des couples (=force en rotation) de plus en plus élevés en général.

Voir :

L'intensité de phase

L'intensité de phase exprime l'intensité maximale que peut supporter le moteur. Celle-ci est liée au couple et au modèle de moteur.

L'intensité de phase déterminera la possibilité d'utiliser ou pas un moteur donné avec un étage moteur donné. Les étages moteurs ont en général une intensité de phase maximale, à savoir 2A pour un pololu par exemple, mais jusqu'à plusieurs ampères pour un étage externe.

En pratique, un moteur qui reçoit trop d'intensité de phase chauffera et par conséquent se dégradera avec le temps.

Pour information, l'intensité totale utilisée réellement par un moteur sera de l'ordre de 1.7 x I phase pour le moteur entier car les 2 phases ne sont jamais toutes les 2 en 100% en mode microstep et le point haut cumulé des 2 phases donne 1.7. Ceci étant, considérer que l'on consomme 2 x I phase est une sécurité et peut permettre de dimensionner en conséquence l'alimentation.

Truc bon à connaître

Il faut savoir que le supplément de couple est donné par la mécanique du moteur... et on pourra donc avoir un moteur NEMA "double" par exemple qui aura le même couple qu'un moteur NEMA "simple" dans une catégorie donnée. Il est intéressant de faire en sorte de ne pas dépasser de la sorte le seuil d'intensité maximum du driver tout en majorant le couple. """)

La tension de fonctionnement ?

Le principe des étages moteurs est tel qu'ils se comportent comme des sources de courant et non de tension. En conséquence, la tension du moteur n'est pas essentielle. Et un étage pourra fonctionner indifféremment avec un moteur 2.3V ou 12V, ce qui est pratique, notamment avec les moteurs de récup'.

L'important au final, c'est de calculer la puissance maximale que peut recevoir le moteur (P = tension nominale x I max) et l'adapter à la tension utilisée. En pratique, la température de fonctionnement du moteur sera un bon moyen de savoir où en est : tiède çà ira, chaud faudra baisser l'I max de l'étage.

Le nombre de pas

Le nombre de pas physique correspond au mouvement angulaire minimal que peut faire le moteur. Il peut être exprimé en nombre de pas ou en en degrès.

Typiquement, il existe des moteurs 200 pas (1.8°/step) et 400 pas (0.9°/step). Des moteurs "exotiques" existent aussi en 48 pas, etc.

En pratique, les 200 pas sont les plus courants, les 400 pas sont parfois rencontrés.

Savoir que le nombre de pas physiques seront augmentés électriquement grâce à la technique du micro-stepping. Ainsi, un moteur de 200 pas utilisé avec un microstepping de 1/16 disposera au final de 3200µpas par tour.

Entre un moteur 200 pas et un moteur 400 pas, il faudra une impulsion de fréquence 2 fois plus élevée avec le moteur de 400 pas pour avoir la même vitesse, toutes choses égales par ailleurs.

Le couple du moteur

Le couple exprime la force en rotation de l'axe du moteur.

Le couple du moteur est à prendre en compte à titre de comparaison entre les moteurs. Il est exprimé en N.cm (dire "Newtons centimètre" et pas "newton par centimètre".

Il faut savoir que le couple d'un moteur pas à pas diminue avec la vitesse : il ne doit donc pas être pris pour "argent comptant". Il faut savoir que plus on ira vite, plus le couple sera diminué. Savoir également que le couple est légèrement diminué par l'utilisation du micro-stepping (qui augmente cependant la résolution/précision).

ATTENTION

Quelque soit le modèle de moteur, la vitesse maximale de rotation est peu ou prou la même aux alentours de 1000 tours par minute. Donc, il ne suffit pas de prendre un moteur plus gros pour aller plus vite !! La dimension du moteur ne fait qu'augmenter le couple (la force en rotation) et l'augmentation de vitesse sera obtenue en modifiant la transmission utilisée. """)

Le diamètre de l'axe de sortie

Le diamètre de sortie est fonction du type de moteur :

Sur nos machines, cela sera :

  • soit du NEMA 17 en 5mm avec méplat
  • soit du NEMA 23 en 6.35mm avec méplat

La prise en compte du diamètre de l'axe est importante pour le choix du diamètre de coupleur d'axe ou de poulie utilisé(e) avec le moteur.

Le diamètre des trous de fixation

Le diamètre des trous de fixation est le suivant :

En pratique :

  • M3 déjà taraudé pour le NEMA 17
  • trou passant pour vis M5 pour le NEMA 23

Le connecteur du câble

Le câble peut être directement sortant du moteur voire parfois nécessite un câble spécifique qui se branche sur le driver : je déconseille çà car çà crée un jeu de contact sur les mouvements de câbles, cause de panne notamment sur les imprimantes 3D.

Détail qui a son importance : le câble 4 fils du moteur peut être libre ou avec connecteur Dupont à son extrémité.

Le point important ici est l'extrémité du câble :

  • soit les fils sont bruts, juste dénudés, idéal pour utilisation avec un étage externe.
  • soit un connecteur Dupont est présent, conseillé (indispensable en fait) pour l'utilisation avec les pololus.

Et aussi

Certains moteurs pas à pas ont un réducteur et il faudra dans ce cas prendre en considération :

  • le ratio de réduction exprimé en 1:5 ou 1:50 par exemple
  • le diamètre de l'axe de sortie du réducteur qui est souvent différent de celui du moteur