O documento descreve o funcionamento básico dos motores de passo, incluindo que eles convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos discretos controlando precisamente o ângulo de rotação, velocidade e posição. Também explica os principais tipos de motores de passo, como os de relutância variável, ímã permanente e híbrido, e como eles operam usando solenóides e seqüências de pulsos elétricos.

1. Motor de Passo

2. Cap´
ıtulo 1
O que ´ o motor de passo?
e
1.1 Breve apresenta¸˜o
ca
Os Motores de Passo s˜o dispositivos eletro-mecˆnicos que convertem pulsos el´tricos em
a a e
movimentos mecˆnicos que geram varia¸˜es angulares discretas. O rotor ou eixo de um
a co
motor de passo ´ rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados “passos”,
e
quando pulsos el´tricos s˜o aplicados em uma determinada seq¨ˆncia nos terminais deste.
e a ue
A rota¸˜o de tais motores ´ diretamente relacionada aos impulsos el´tricos que s˜o recebi-
ca e e a
dos, bem como a seq¨ˆncia a qual tais pulsos s˜o aplicados reflete diretamente na dire¸˜o
ue a ca
a qual o motor gira. A velocidade que o rotor gira ´ dada pela frequˆncia de pulsos re-
e e
cebidos e o tamanho do ˆngulo rotacionado ´ diretamente relacionado com o n´mero de
a e u
pulsos aplicados.
1.2 Onde ele ´ empregado
e
Um motor de passo pode ser uma boa escolha sempre que movimentos precisos s˜o neces-
a
s´rios. Eles podem ser usados em aplica¸˜es onde ´ necess´rio controlar v´rios fatores tais
a co e a a
como: ˆngulo de rota¸˜o, velocidade, posi¸˜o e sincronismo. O ponto forte de um motor
a ca ca
de passo n˜o ´ a sua for¸a (torque), tampouco sua capacidade de desenvolver altas veloci-
a e c
dades - ao contr´rio da maioria dos outros motores el´tricos - mas sim a possibilidade de
a e
controlar seus movimentos de forma precisa. Por conta disso este ´ amplamente usado em
e
impressoras, scanners, robˆs, cˆmeras de v´
o a ıdeo, brinquedos, automa¸˜o industrial entre
ca
outros dispositivos eletrˆnicos que requerem de precis˜o.
o a
3

3. Cap´
ıtulo 2
Como funciona?
2.1 Motor de passo: Princ´
ıpios B´sicos
a
2.1.1 Um exemplo de funcionamento: Motor de quatro passos
O funcionamento b´sico do motor de passo ´ dado pelo uso de solen´ides alinhados dois a
a e o
dois que quando energizados atraem o rotor fazendo-o se alinhar com o eixo determinado
pelos solen´ides, causando assim uma pequena varia¸˜o de ˆngulo que ´ chamada de passo.
o ca a e
A velocidade e o sentido de movimento s˜o determinados pela forma como cada solen´ide
a o
´ ativado (sua ordem e a velocidade entre cada ativa¸˜o).
e ca
2.1.2 Determina¸˜o do n´ mero de passos
ca u
O n´mero de passos ´ dado pelo n´mero de alinhamentos poss´
u e u ıveis entre o rotor e as
bobinas. Ou seja, para aumentar o n´mero de passos de um motor usa-se um maior
u
n´mero de bobinas, maior n´mero de p´los no rotor (para isso usa-se uma roda dentada).
u u o
2.1.3 Passos completos e meio-passos (full-step e half-step)
A energiza¸˜o de uma e somente uma bobina de cada vez produz um pequeno desloca-
ca
mento no rotor. Este deslocamento ocorre simplesmente pelo fato de o rotor ser magne-
ticamente ativo e a energiza¸˜o das bobinas criar um campo magn´tico intenso que atua
ca e
no sentido de se alinhar com os dentes do rotor. Assim, polarizando de forma adequada
as bobinas, podemos movimentar o rotor entre as bobinas (meio passo ou “half-step”) ou
alinhadas com as mesmas (passo completo ou “full-step”). Abaixo seguem os movimentos
executados.
5

4. Cap´
ıtulo 2. Como funciona? 2.2. Tipos que existem:
(a) Motor Unipolar de passo inteiro (b) Motor Bipolar de passo inteiro
(c) Motor unipolar de meio passo (d) Motor Bipolar de meio passo
2.2 Tipos que existem:
2.2.1 Quanto a sua estrutura:
• Relutˆncia Vari´vel
a a
Este tipo de motor consiste de um rotor de ferro, com m´ltiplos dentes e um estator
u
com enrolamentos. Quando os enrolamentos do estator s˜o energizados com corrente
a
DC os p´los ficam magnetizados. A rota¸˜o ocorre quando os dentes do estator s˜o
o ca a
atra´ıdos para os p´los do estator energizado, devido ` for¸a que aparece, para que
o a c
o sistema tenha o circuito com menor relutˆncia.
a
Figura 2.1: Motor de relutˆncia vari´vel
a a

5. Cap´
ıtulo 2. Como funciona? 2.2. Tipos que existem:
• ´ a Permanente
Im˜
Motores de ´ a permanente tem baixo custo e baixa resolu¸˜o, com passos t´
ım˜ ca ıpicos
o o
de 7, 5 a 15 (48 - 24 passos/revolu¸˜o). O rotor ´ constru´ com ´ as perma-
ca e ıdo ım˜
nentes e n˜o possui dentes. Os p´los magnetizados do rotor prov´m uma maior
a o e
intensidade de fluxo magn´tico e por isto o motor de ´ a permanente exibe uma
e ım˜
melhor caracter´
ıstica de torque, quando comparado ao de relutˆncia vari´vel.
a a
Figura 2.2: Motor de ´ a permanente
ım˜
• H´
ıbrido
O motor de passo h´ ıbrido ´ mais caro do que o de ´ a permanente, mas prov´m
e ım˜ e
a ca ˆ
melhor desempenho com respeito ` resolu¸˜o de passo, torque e velocidade. Angulos
de passo t´ıpico de motores h´ ıbridos est˜o entre 3, 6o a 0, 9o ( 100-400 passos por
a
volta). O motor h´ ıbrido combina as melhores caracter´ ısticas dos motores de ´ a
ım˜
permanente e motor de relutˆncia vari´vel. O rotor ´ multi-dentado como no motor
a a e
de relutˆncia vari´vel e contem um ´ a permanente ao redor do seu eixo. Os dentes
a a ım˜
do rotor prov´m um melhor caminho que ajuda a guiar o fluxo magn´tico para locais
e e
preferidos no GAP de ar.
Figura 2.3: Motor H´
ıbrido
2.2.2 Quanto a sua forma de opera¸˜o
ca
• Motores Unipolares
Um motor de passo unipolar tem dois enrolamentos por fase, um para cada sentido
da corrente. Desde que neste arranjo um p´lo magn´tico possa ser invertido sem
o e
comutar o sentido da corrente, o circuito da comuta¸˜o pode ser feito de forma muito
ca
simples (por exemplo um unico transistor) para cada enrolamento. Tipicamente,
´

6. Cap´
ıtulo 2. Como funciona? 2.2. Tipos que existem:
dado uma fase, um terminal de cada enrolamento ´ feito como terra : dando trˆs
e e
liga¸˜es por fase e seis liga¸˜es para um motor bif´sico t´
co co a ıpico. Frequentemente, estas
terras comuns bif´sicas s˜o juntadas internamente, assim o motor tem somente cinco
a a
liga¸˜es.
co
A resistˆncia entre o fio comum e o fio de excita¸˜o da bobina ´ sempre metade
e ca e
do que entre os fios de excita¸˜o da bobina. Isto ´, devido ao fato de que h´
ca e a
realmente duas vezes o comprimento da bobina entre as extremidades e somente
meio comprimento do centro (o fio comum) ` extremidade. Os motores de passo
a
unipolares com seis ou oito fios podem ser conduzidos usando excitadores bipolares
deixando as terras comuns da fase desconectadas, e conduzindo os dois enrolamentos
´
de cada fase junto. E igualmente poss´ usar um excitador bipolar para conduzir
ıvel
somente um enrolamento de cada fase, deixando a metade dos enrolamentos n˜o a
utilizada.
Figura 2.4: Motor Unipolar
• Motores Bipolares
Os motores bipolares tˆm um unico enrolamento por fase. A corrente em um enrola-
e ´
mento precisa ser invertida a fim de inverter um p´lo magn´tico, assim o circuito de
o e
condu¸˜o ´ um pouco mais complicado, usando um arranjo de ponte H. H´ duas li-
ca e a
ga¸˜es por fase, nenhuma est´ em comum. Os efeitos de est´tica da fric¸˜o que usam
co a a ca
uma ponte s˜o observadas em determinadas topologias de movimenta¸˜o. Como os
a ca
enrolamentos s˜o melhor utilizados, s˜o mais poderosos do que um motor unipolar
a a
do mesmo peso.
Figura 2.5: Motor Bipolar
• Ponte H
Ponte H ´ um circuito eletrˆnico que permite que um motor rode tanto para um
e o
sentido quanto para o outro. Estes circuitos s˜o geralmente utilizados em rob´tica e
a o
est˜o dispon´
a ıveis em circuitos prontos ou podem ser constru´ıdos por componentes.
O nome ponte H ´ dado pela forma que assume o circuito quando montado. O ciruito
e
´ constru´ com quatro “chaves” ( S1-S4 ) que s˜o acionadas de forma alternada
e ıdo a

7. Cap´
ıtulo 2. Como funciona? 2.2. Tipos que existem:
( S1 e S4 ou S2 e S3). Para cada configura¸˜o das chaves o motor gira em um
ca
sentido. As chaves S1 e S2 assim como as chaves S3 e S4 n˜o podem ser ligadas
a
ao mesmo tempo pois podem gerar um curto circuito. Para constru¸˜o da ponte H
ca
pode ser utilizado qualquer tipo de componente que simule uma chave liga-desliga
como transistores, rel´s, mosfets. Para que o circuito fique protegido, ´ aconselh´vel
e e a
que sejam configuradas portas l´gicas com componentes 7408 e 7406 a fim de que
o
nunca ocorram as situa¸˜es de curto circuito descritas acima. Outro melhoramento
co
que pode ser feito ` ponte , seria a coloca¸˜o de diodos entre as “chaves”, pois quando
a ca
a corrente n˜o tem onde circular, no caso de o motor parar, ela volta para a fonte de
a
alimenta¸˜o economizando assim o gasto de energia de uma bateria por exemplo.
ca
Figura 2.6: Exemplo de uma Ponte H
• Como identificar o n´ mero de fios (terminais)
u
Motor Liga¸˜o
ca
4 Fios Bipolar
5 Fios Unipolar
6 Fios Unipolar/Bipolar(s´rie)
e
7 Fios Unipolar/Bipolar(s´rie/paralelo)
e
2.2.3 Breve descri¸˜o de como ´ feito seu controle
ca e
A forma com que o motor ir´ operar depender´ bastante do que se deseja controlar.
a a
H´ casos em que o torque ´ mais importante, outros a precis˜o ou a velocidade. Essas
a e a
s˜o caracter´
a ısticas gerais dos motores de passos. Ao trabalhar com motores de passos,
precisamos saber algumas caracter´ ısticas de funcionamento como a tens˜o de alimenta¸˜o,
a ca
a m´xima corrente el´trica suportada nas bobinas, o grau de precis˜o. As caracter´
a e a ısticas
mais importantes que devemos ter aten¸˜o para controlar um motor de passo s˜o a tens˜o
ca a a
de alimenta¸˜o e a corrente el´trica que suas bobinas suportam.
ca e

8. Cap´
ıtulo 2. Como funciona? 2.2. Tipos que existem:
Seq¨ˆncias corretas para se controlar um motor de passo:
ue
• Passo completo 1 (Full Step)
o
N do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 0 0 0 8
2 0 1 0 0 4
3 0 0 1 0 2
4 0 0 0 1 1
• Passo Completo 2 (Full Step)
o
N do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 1 0 0 12
2 0 1 1 0 6
3 0 0 1 1 3
4 1 0 0 1 9
• Meio Passo (Half Step)
o
N do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 0 0 0 8
2 1 1 0 0 12
3 0 1 0 0 4
4 0 1 1 0 6
5 0 0 1 0 2
6 0 0 1 1 3
7 0 0 0 1 1
8 1 0 0 1 9

9. Cap´
ıtulo 3
Apresenta¸˜o mais espec´
ca ıfica
Segue uma apresenta¸˜o mais espec´
ca ıfica das caracter´
ısticas de motores de passo.
3.1 Pontos fortes
Os motores de passo possuem como vantagem em rela¸˜o aos outros tipos de motores
ca
dispon´
ıveis os seguintes pontos:
• Seguem uma l´gica digital:
o
Diz-se que o motor de passo segue uma l´gica digital, pois seu acionamento ´ feito
o e
atrav´s de pulsos el´tricos que ativam sequencialmente suas bobinas, fazendo o rotor
e e
se alinhar com as mesmas e assim provocando um deslocamento do mesmo.
• Alta precis˜o em seu posicionamento:
a
O posicionamento do motor de passo ´ preciso uma vez que o rotor sempre se
e
movimentar´ em ˆngulos bem determinados, chamados “passos” cujo erro de posi-
a a
cionamento ´ pequeno e n˜o-cumulativo (em geral 5% ).
e a
• Precis˜o no torque aplicado:
a
As varia¸˜es no torque aplicado por um motor de passo s˜o pequenas, tendo em
co a
vista seu funcionamento.
• Excelente resposta a acelera¸˜o e desacelera¸˜o:
ca ca
O movimento que um motor de passo produz ´ resultado das ativa¸˜es em seq¨ˆncia
e co ue
de suas bobinas. A resposta para tais solicita¸˜es de acelera¸˜o e desacelera¸˜o ´
co ca ca e
r´pida pois o rotor se alinha rapidamente com a(s) bobina(s) que se encontra(m)
a
energizada(s).
11

10. Cap´
ıtulo 3. Apresenta¸˜o mais espec´fica
ca ı 3.2. Pontos fracos
3.2 Pontos fracos
Em rela¸˜o com outros tipos de motores podemos destacar os seguintes fatos como des-
ca
vantagens no uso de motores de passo:
• Baixo desempenho em altas velocidades:
O aumento de rota¸˜es no motor de passo (sua acelera¸˜o) ´ gerado pela varia¸˜o
co ca e ca
no tempo entre o acionamento de uma bobina e a seguinte. Entretanto ´ necess´rio
e a
um r´pido chaveamento de um solen´ide energizado para outro de forma que tal
a o
velocidade seja mantida, o que muitas vezes ´ complexo e pouco eficiente.
e
• Requer certo grau de complexidade para ser operado:
Pelo fato de usar uma l´gica digital n˜o basta apenas ligar o motor de passo a uma
o a
fonte de energia que o mesmo come¸ar´ a girar sem parar. Sua complexidade reside
c a
no fato de ser necess´rio um aparato para control´-lo ativando sequencialmente seus
a a
solen´ides. O “custo computacional” e a complexidade do dispositivo de controle
o
cresce a medida que o n´mero de passos aumenta, uma vez que mais passos requerem
u
um maior o n´mero de terminais(fios) a serem ativados e controlados.
u
• Ocorrˆncia de ressonˆncia por controle inadequado:
e a
Como todos os objetos que existem, o motor de passo tamb´m tem uma frequˆncia
e e
de ressonˆncia. Caso as revolu¸˜es do mesmo se deˆm nesta frequˆncia, este pode
a co e e
come¸ar a oscilar, aquecer e perder passos. Este problema pode ser contornado
c
mudando-se o modo de opera¸˜o do motor: utilizando-se meio-passo ou o passo-
ca
completo (“full-step”) com as bobinas energizadas duas a duas.
3.3 Pequena tabela de compara¸˜o com outros tipos
ca
de motores
Motor de Corrente Continua Motor de Passo Servo-Motor
1
Velocidade Alta Baixa M´dia
e
Torque 2 Zero/Alto Alto/M´dio
e Baixo/Alto
Facilidade de controle 3 F´cil
a M´dia
e Complexo
Precis˜o 4
a Nenhuma Alta Muito Alta
Durabilidade 5 M´dia
e ´
Otima M´dia
e
Requer Manuten¸˜o? 6
ca Sim N˜o
a Sim
1- Motores de Passo perdem passos em altas velocidades, j´ Servos Motores conseguem altas rota¸˜es por usarem para movimentar-se da
a co
mesma forma que os Motores de Corrente cont´ ınua.
2- Motores de Corrente cont´ ınua e Servo-Motores n˜o conseguem se manter em uma posi¸˜o fixa estando ligados, apenas o Motor de
a ca
Passo tem esta caracter´ıstica.Entretanto ´ possivel usar Servo-motores para tal fim, entretanto ´ necess´rio fazer com que este ”corrija”sua
e e a
posi¸˜o na tentativa de manter-se parado o que ´ pouco pr´tico uma vez que seu torque a baixas velocidades ´ pequeno.
ca e a e
3- Motores de Corrente cont´
ınua apenas precisam ser ligados para come¸ar a funcionar, motores de passo requerem pulsos em determinada
c
ordem para se movimentar, o que requer um ”driver”para o mesmo. Servo motores no entanto requerem um hardware mais complexo que
analise os dados como posicionamento e velocidade e envie as instru¸˜es de forma que o motor ”mova”para a posi¸˜o requisitada.
co ca
4- Motores de Corrente Cont´ ınua n˜o possuem nenhum controle de posicionamento; os Motores de Passo podem ser controlados de forma
a
a fazer movimentos discretos (passos); Servo-Motores podem fazer movimentos mais suaves que Motores de Passo (possuem maior resolu¸˜o),ca
bem como ´ possivel fazer um controle de posicionamento com o mesmo.
e
5- Motores de passo s˜o extremamente dur´veis uma vez que n˜o usa escovas ao contr´rio de Motores de Corrente Cont´
a a a a ınua ou Servo-
Motores (que ´ um Motor de Corrente Cont´
e ınua com controle de posicionamento). Este ultimo ainda pode ter problemas com o aparato ´tico
´ o
que faz o controle do posicionamento (encoder).

11. Cap´
ıtulo 3. Apresenta¸˜o mais espec´
ca ıfica 3.4. Exemplos de aplica¸˜o
ca
3.4 Exemplos de aplica¸˜o
ca
A seguir uma breve apresenta¸˜o de aplica¸˜es recomendada e n˜o recomendada.
ca co a
• Aplica¸˜o Recomendada O motor de passo ´ recomendado no uso em equipa-
ca e
mentos que exigem um posicionamento preciso de erro pequeno e n˜o cumulativo.
a
Podemos citar tais exemplos como scanners, impressoras, bem como certos disposi-
tivos rob´ticos que n˜o requerem “retorno” do posicionamento.
o a
Tamb´m podemos citar exemplos que requerem r´pida acelera¸˜o e desacelera¸˜o,
e a ca ca
mais uma vez inferindo aos motores de impressoras e dispositivos rob´ticos que
o
efetuam movimentos r´pidos e precisos, tais quais um motor de passo pode oferecer.
a
• Aplica¸˜o N˜o-Recomendada O motor de passo n˜o ´ recomendado em casos
ca a a e
em que o dispositivo trabalhe em altas velocidades uma vez que devido a in´rcia do
e
rotor as bobinas podem n˜o ser capazes de atrair o mesmo para uma determinada
a
posi¸˜o fazendo com o que o motor “perca passos”.
ca
Tamb´m n˜o se recomenda o uso do motor de passo em aplica¸˜es que exigem um
e a co
torque grande uma vez que o torque do motor ´ dado pela atra¸˜o entre o rotor e
e ca
a bobina energizada. Uma vez que a carga exceda a for¸a desta intera¸˜o entre a
c ca
bobina e rotor o motor perder´ passos e sair´ de controle.
a a

12. Referˆncias Bibliogr´ficas
e a
[1] O que s˜o Motores de Passo ,
a
http://www.geocities.com/CollegePark/Dorm/8863/motordepasso.htm
[2] Estudo do Motor de Passo e seu Controle Digital ,
http://www2.eletronica.org/artigos/outros/estudo-do-motor-de-passo-e-seu-controle-
digital
[3] Motor de Passo Controlado por Computador ,
http://www2.eletronica.org/projetos/motor-de-passo-controlado-pelo-computador
[4] Curso On-LineC/C++/Porta Paralela ,
http://www.rogercom.com/pparalela/IntroMotorPasso.htm
[5] Mecˆtronica ,
a
http://www.ime.eb.br/ pinho/micro/trabalhos/Mecatronica TP1.pdf
[6] Tutorial Motor de Passo ,
http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/Tutorial%20Programacao%20-
%20Motor%20de%20Passo.pdf
[7] Motor de Passo ,
http://pessoal.cefetpr.br/brero/sist micro/aula motor passo/motor%20de%20passo 10.pdf
[8] Servo vs. stepper motor ,
http://www.woodweb.com/knowledge base/Servo vs stepper motors.html
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