Bạn cần một động cơ cho thiết kế của mình, nhưng lại băn khoăn không biết phải chọn lựa loại nào cho phù hợp? Sau đây, chúng tôi sẽ phân tích những tính năng cơ bản và so sánh những điểm giống  và khác nhau giữa động cơ một chiều DC, động cơ tăng lực và động cơ bước để giúp bạn quyết định được chuẩn xác hơn.

Động cơ một chiều DC

Động cơ một chiều DC ( DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây (dây nguồn và dây tiếp đất). DC motor  là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.

Khi bạn cung cấp năng lượng, động cơ DC sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năng thành cơ năng. Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao ( số vòng quay/ phút), và các động cơ DC đều được ứng dụng để làm quạt làm mát máy tính, hoặc kiểm soát tốc độ quay của bánh xe..

Để điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, người ta dùng điều biến độ rộng xung (kí hiệu là PWM), đây là kỹ thuật điều khiển tốc độ vận hành bằng việc bật và tắt các xung điện. Tỷ lệ phần trăm  vận tốc với thời gian của thiết bị được điều khiển bằng cơ chế bật tắt một mức độ cơ số vòng quay xác định của động cơ.

Ví dụ, một động cơ có nguồn điện xoay chiều ở mức 50% ( tức 50% tắt và 50% bật), thì mô tơ sẽ quay một nửa số vòng quay ở mức 100% (tổng số). Mục đích là để khi các xung nối tiếp nhau với tốc độ rất nhanh thì động cơ vẫn có thể quay liên tục với tần số cao mà không bị vấp lỗi.

Động cơ tăng lực

Một động cơ tăng lực (Servo Motors)  là một tổ hợp chung cơ bản của bốn bộ phận: một động cơ điều khiển tốc độ DC, một bánh răng, một vi điều khiển và một cảm biến.

Khả năng định vị của động cơ tăng lực  thường được tính toán để kiểm soát được chính xác hơn so với những động cơ DC thông thường khác.  Động cơ tăng lực thường cấu tạo gồm 3 dây: dây nguồn, dây tiếp đất và dây điều khiển. Không giống như động cơ DC hoạt động trên cơ chế xoay chiều bật tắt nguồn, năng lượng (nguồn điện) của động cơ tăng lực được nạp vào liên tục. Động cơ tăng lực hoạt động  bằng việc  kiểm soát và co kéo các dòng mạch điện, giúp động cơ định hướng chính xác hướng hoạt động của mình. 

Động cơ tăng lực được thiết kế ở một vị trí cụ thể. Các vị trí này cần được tính toán chính xác để khiến máy móc hoạt động được đúng với mục tiêu đề ra theo ý đồ của người thiết kế. Ví dụ như kiểm soát các bánh lái trên một chiếc thuyền hoặc cần khiến một cánh tay robot hay chân robot di chuyển trong một phạm vi nhất định.

Động cơ tăng lực sẽ không quay như động cơ DC thông thường vốn hoạt động xoay qua lại với góc quay đạt tới mốc 180 Degree (hoặc hơn). Trong khi đó, động cơ tăng lực sẽ hoạt động bằng việc nhận một tín hiệu lệnh quyết định hành động cho vị trí ở đầu ra và sử dụng sức mạnh (cơ năng) co rút các mạch điện để một động cơ DC cấu tạo bên trong sẽ quay trục quay đến đúng vị trí. Vị trí này được xác định bởi các vi cảm biến.  

PWM được sử dụng cho các tín hiệu lệnh của động cơ tăng lực. Tuy nhiên, không giống như động cơ DC  được PWM điều khiển bằng biến độ rộng xung để kiểm soát tốc độ quay, động cơ tăng lực dùng biến độ rộng xung đó để xác định vị trí trên trục tăng lực, chứ không chỉ đơn thuần là tốc độ.

 Trung bình một đơn vị xung được tính dựa trên vị trí trục tăng lực (thường là khoảng 1,5ms), mục đích làm sao để giữ trục tăng lực luôn ở vị trí trung tâm. Mỗi khi giá trị xung tăng lên, sẽ khiến cho trục tăng lực lần lượt chuyển động theo chiều kim đồng hồ, và luôn sẽ có một xung ngắn hơn để đảo trục ngược lại chiều kim đồng hồ. Xung điều khiển tăng lực thường được lặp đi lặp lại khoảng 20 mm/s. Có thể nói đơn giản, trục tăng lực di chuyển đến đâu rồi cũng quay về lại vị trí ban đầu.

Khi động cơ tăng lực được lệnh di chuyển, nó sẽ điều khiển trục di chuyển đến vị trí cần đến và giữ nguyên ở vị trí đó, cho dù ngay cả khi có ngoại lực tác động lực đẩy lên nó. Các trục tăng lực sẽ từ chối di chuyển khỏi vị trí, với giá trị tối đa của nguồn năng lượng điện trở, động cơ có thể dùng tác động lên nó để biến nó thành một mô-men xoắn của động cơ tăng lực.

Động cơ bước

Động cơ bước (hay còn có tên là động cơ bước từ tính, động cơ hỗ trợ việc bước), thực chất là một động cơ tăng lực sử dụng một phương pháp khác trong việc lái hướng chuyển động. Cụ thể, động cơ bước vận hành bằng việc sử dụng một động cơ quay liên tục DC, tích hợp cùng mạch điều khiển cùng một động cơ bước hoạt động bằng nam châm từ tính có nhiều răng được sắp xung quanh một bánh răng trung tâm để xác định vị trí.

Động cơ bước đòi hỏi phải có một mạch điều khiển bên ngoài hoặc một bộ vi điều khiển (ví dụ như Raspberry Pi or Ardunio) để tiếp thêm năng lượng cho từng nam châm điện và khiến các trục động cơ lần lượt xoay. Khi nam châm từ tính ‘A’ được cung cấp nguồn điện, nó sẽ tác động lực từ tính lên các bánh răng và căn chỉnh chúng hơi xô lệch đến nam châm điện tiếp theo ‘B’. Khi ‘A’ tắt, và ‘B’ bật, các bánh răng theo lực từ tính sẽ hơi lệch một chút so với ‘B’, và thế là các răng xếp quây lại thành vòng tròn quanh bánh răng nguồn và ngắt mạch để quay về chỗ ngoặt ban đầu nhằm tạo dựng một vòng xoay. Mỗi vòng xoay tính từ một nam châm điện tiếp theo được gọi là “bước”, và thế là, động cơ có thể được quay bằng góc bước; góc bước được xác định chính xác từ trước thông qua một vòng xoay hoàn chỉnh với 360 độ.

Động cơ bước phổ biến với hai loại: động cơ đơn cực và động cơ lưỡng cực. Động cơ lưỡng cực là loại mạnh nhất của động cơ bước và thường có 4 hoặc 8 chuỗi dây dẫn. Chúng có hai bộ cuộn dây điện từ cấu tạo bên trong, và bước vận hành bằng việc thay đổi hướng của các bánh rang với các dây dẫn bên trong.

Động cơ bước đơn cực, được nhận dạng bởi cấu tạo gồm tới 5,6 hoặc 8 đường dây dẫn. Mặc dù chỉ có 2 cuộn cảm biến, nhưng mỗi cuộn lại là một tập hợp trung tâm phức tạp. Động cơ bước đơn cực có thể bước mà không cần phải đảo ngược chiều hiện tại trong các cuộn dây. Tuy nhiên, do cuộn trung tâm lại được sử dụng như để tiếp thêm một nửa lực từ cho mỗi cuộn dây tại một thời điểm xác định, nên chúng thường có ít mô-men xoắn hơn loại động cơ lưỡng cực.

Các thiết kế của một động cơ bước thường cung cấp một mô-men xoắn giữ liên tục mà không cần động cơ để được hỗ trợ, đồng thời cũng cung ứng luôn một động cơ khác có chức năng nhất định phù hợp với cấu tạo của nó. Dĩ nhiên, tuy phức tạp như vậy nhưng lỗi định vị lại không xảy ra miễn chỉ cần động cơ bước có tụ cơ năng được xác lập từ trước.

Kết luận

Sau đây là cái nhìn tổng kết chung về những đặc trưng cơ bản của một lĩnh vực động cơ khá phức tạp, vốn luôn gây tranh cãi nhất là khi luận về những ưu điểm và khuyết điểm của động cơ bước và động cơ tăng lực. Nhưng dù sao đi nữa, cũng mong rằng với những nhận định sau sẽ giúp bạn lựa chọn được đúng loại động cơ phù hợp để biến thiết kế của mình thêm hoàn thiện.

  Động cơ điện một chiều DC

- Tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục.

-Được sử dụng cho các thiết kế cần phải có một thiết bị quay với tốc độ RPM, ví dụ như trục bánh xe ô tô, cánh quạt máy,vv...

Động cơ tăng lực

- Tốc độ nhanh, mô-đen xoắn cao, luân chuyển chính xác trong một góc giới hạn.

-Nói chung, đây là một động cơ có hiệu suất cao để thay thế cho động cơ bước, nhưng có thiết lập phức tạp hơn với PWM điều khiển. Động cơ này thích hợp để ứng dụng cho các cánh tay/ chân robot hoặc ứng dụng để điều khiển các loại bánh lái,vv...

Động cơ bước

-Tốc độ chậm nhưng xác định chính xác hướng khi xoay, dễ dàng thiết lập và kiểm soát.

-Ưu điểm vượt trội của động cơ bước là ở khả năng kiểm soát vị trí chính xác. Trong trường hợp động cơ trợ lực yêu cầu cần có một cơ chế xoay chiều và mạch dẫn trong việc xác lập định vị vị trí, hướng hoạt động của động cơ, một động cơ bước hoàn hảo có thể kiểm soát và giải quyết các yêu cầu này thông qua tính chất đặc trưng của mình khi quay bởi các “bước” ngắt mạch thiết kế bên trong.

-Động cơ bước được ứng dụng rộng rãi cho các máy in 3D và các thiết bị in ấn tương tự, hoặc các máy móc khác hoạt động bằng việc cần xác định cơ bản vị trí đầu ra…