Motor de Passo: Tipos, Funcionamento e Aplicações

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG 
CENTRO DE CIÊNCIAS COMPUTACIONAIS 
 
 
 
 
Guilherme Moura de Souza – 78826 
Julio Cezar Oliveira Mendonça – 70927 
Mario Ricardo Nascimento Marques Junior – 71452 
Vinicius Marques - 59824 
 
 
 
 
 
 
Motor de passo: tipos, características de construção, funcionamento e 
aplicações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio Grande, 2016 
 
 
 
 
Guilherme Moura de Souza 
Julio Cezar Oliveira Mendonça 
Mario Ricardo Nascimento Marques Junior 
Vinicius Marques 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Motor de passo: tipos, características de construção, funcionamento e 
aplicações. 
 
Trabalho apresentado como parte da 
avaliação da disciplina de Conversão de 
Energia e Acionamentos, no Curso de 
Engenharia de Automação, na Universidade 
Federal do Rio Grande. 
 
Prof. Msc. Cláudio Dornelles Mello Junior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio Grande, 2016 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 
Motores de passo são amplamente utilizados, desde a informática até as 
indústrias. Este trabalho visa abranger todo conteúdo referente os tipos, 
princípio de funcionamento e aplicações desse tão utilizado motor. 
. 
 
 
Palavras-chave: Motor de passo. Motor de corrente continua. Imã permanente. 
Relutância variável. Híbrido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 5 
2 CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E OPERACIONAIS ......................................... 6 
3 TIPOS DE MOTORES DE PASSO ...................................................................................... 7 
3.1 MOTOR DE PASSO COM IMÃ PERMANENTE ........................................................ 7 
3.2 MOTOR DE PASSO COM RELUTÂNCIA VARIÁVEL ............................................. 9 
3.3 MOTOR DE PASSO HÍBRIDO .................................................................................... 10 
3.4 MOTORES DE PASSO UNIPOLARES E BIPOLARES ......................................... 12 
3.4.1 MOTORES DE PASSO UNIPOLARES .............................................................. 12 
3.4.2 MOTORES DE PASSO BIPOLARES ................................................................. 13 
4 MODOS DE ACIONAMENTO ............................................................................................ 14 
4.1 PASSO COMPLETO (“FULL STEP”) ....................................................................... 14 
4.1.1 MODO WAVE ......................................................................................................... 14 
4.1.2 MODO NORMAL .................................................................................................... 14 
4.2 MEIO PASSO (“HALF STEP”) ................................................................................... 15 
4.3 MICROPASSO (“MICROSTEPPING”) ...................................................................... 16 
5 PONTOS FORTES ............................................................................................................... 17 
6 PONTOS FRACOS ............................................................................................................... 18 
7 COMPARATIVO ENTRE MOTORES ................................................................................ 19 
8 RECOMENDAÇÃO DE APLICAÇÕES ............................................................................ 21 
CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 22 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 23 
 
 
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1 INTRODUÇÃO 
 
 Inventando em 1936 pelo engenheiro francês Marius Lavet a partir da 
dificuldade controle de um motor CC, os motores de passo preenchem um 
nicho único nos motores controlados. Nesse trabalho serão apresentados seus 
tipos, princípios de funcionamento, formas de acionamentos e suas diversas 
aplicações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E OPERACIONAIS 
 
 Devido ao seu diferente modo de operação, que será apresentado no 
próximo capitulo, o motor de passo possui uma série de características 
construtivas que o difere dos demais motores de corrente continua. São elas: 
 Inexistência de escovas: os motores de passo não possuem escovas 
ou comutadores, que são os componentes que a apresentam a maior 
quantidade de falhas, além da possibilidade de criar arcos voltaicos que 
são indesejáveis em determinados ambientes. 
 Independência da carga: desde que a carga não exceda o torque 
nominal do motor, esse gira com velocidade constante independente da 
carga. 
 Posicionamento em malha aberta: desde que o motor trabalhe nas 
condições nominais, ele se move de acordo com incrementos ou passos 
que podem ser quantificados, onde a posição do eixo é conhecida sem a 
necessidade eu mecanismo de realimentação como um encoder. 
 Torque Estacionário: Novamente, desde que respeitada suas 
características nominais, o motor de passo é capaz de manter o eixo 
com carga em uma determinada posição. 
 Possui excelente resposta a partida, para e reversão do movimento. 
 
 
 
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3 TIPOS DE MOTORES DE PASSO 
 
 Basicamente os motores de passo se diferem em relação as 
características do seu rotor e enrolamentos (bobinas) que influencia o modo de 
operação. São eles: 
 Quanto a estrutura: 
o Imã permanente; 
o Relutância Variável; 
o Hibrido. 
 Quanto ao modo de operação: 
o Unipolar; 
o Bipolar. 
 
3.1 MOTOR DE PASSO COM IMÃ PERMANENTE 
 
 A principal característica desse tipo de motor é possuir um rotor 
magnetizado ou de imã permanente. 
 
Figura 1: Estrutura motor de passo com imã permanente. 
 
O princípio de funcionamento desse tipo de motor é bastante simples. 
Quando uma bobina do estator é energizada, surge um campo magnético, com 
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isso o eixo se alinha com o campo, até a bobina ser desligada e a próxima 
ligada, assim realizando um passo. Na figura 2 é mostrado um ciclo completo 
de um motor de passo com irmã permanente com quatro passos, 90° por 
passo. 
 
Figura 2: Ciclo completo motor de passo com imã permanente. 
 
 A resolução, que é o número de passos por volta, poder ser aumentada 
de três formas: com o aumento do número de polos no rotor, aumento do 
número de fases e aumento do número de enrolamentos por fase. Na figura 3 é 
exibida as três formas. 
 
Figura 3: Formas de aumentar a resolução motor de passo com imã permanente. 
 
A grande vantagem desse tipo de motor é que possui uma mecânica 
simples e barata, aliada a um grande torque de partida, já que o campo 
magnético gerado pelas bobinas se somam ao campo magnético permanente 
do rotor. Sua principal desvantagem é possuir uma menor resolução quando 
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comparado aos outros tipos, variando geralmente de 48 a 24 passos por 
revolução. 
 
3.2 MOTOR DE PASSO COM RELUTÂNCIA VARIÁVEL 
 
 Ao contrário do motor com imã permanente, possui um rotor dentado feito 
de material ferromagnético, como mostrando na figura 4. 
 
Figura 4: Estrutura motor de passo com relutância variável. 
 
 Seu princípio de funcionamento se baseia que quando um campo 
magnético for estabelecido, seu eixo irá se alinhar com esse, assim reduzindo 
a relutância magnética.A cada passo, os dentes do rotor estarão alinhados 
com uma bobina e desalinhados com outro. Logo é possível aciona-lo de forma 
semelhante ao motor com imã permanente. Na figura 5 são mostrados quatro 
passos desse tipo de motor. 
 
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Figura 5: Princípio de funcionamento motor de passo com relutância variável. 
 
 A resolução desse tipo de motor pode ser aumentada através do 
aumento do número de dentes do rotor, de fases ou enrolamentos por fase. Na 
figura 6 é mostrado cada tipo de aumento de resolução. 
 
Figura 6: Formas de aumentar a resolução motor de passo com relutância variável. 
 
Sua principalmente vantagem é comutar rapidamente sem perdas de 
corrente de enrolamento, geralmente operando com resolução de 24 a 72 
passos. Sua desvantagem é possuir um torque menor se comparado ao motor 
com imã permanente, pois seu rotor não produz campo magnético. 
 
3.3 MOTOR DE PASSO HÍBRIDO 
 
 Esse tipo de motor basicamente junta o melhor de cada motor visto 
anteriormente, o maior torque do motor com imã permanente e a mecânica 
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sofisticada e maior resolução do motor com relutância variável, variando de 100 
a 400 passos. 
 O eixo desse motor é construído com dois grupos de dentes, um com 
polo sul e outro com polo norte, ambos salientes de forma que os dentes 
fiquem alternados, como mostra a figura 7. 
 
Figura 7: Eixo de um motor de passo híbrido. 
 
 Seu princípio de funcionamento é semelhante aos tipos anteriores, as 
bobinas devem ser acionadas sequencialmente como mostra a figura 8. 
 
 
Figura 8: Formas de aumentar a resolução motor de passo com relutância variável. 
 
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3.4 MOTORES DE PASSO UNIPOLARES E BIPOLARES 
 
A alimentação do motor de passo é feita com corrente contínua e de 
acordo com a alimentação requerida ele pode ser classificado em unipolar, 
quando apenas uma fonte é necessária, ou bipolar, quando duas fontes 
alimentam o motor. 
 
3.4.1 MOTORES DE PASSO UNIPOLARES 
 
Os motores unipolares possuem um terminal a mais no centro de cada 
enrolamento, que geralmente recebe a alimentação positiva da fonte e faz com 
que a bobina seja dividida em duas partes. Os extremos restantes, portanto, 
ficam ligadas ao terra e recebem a corrente com a comutação entre as duas 
extremidades. Assim, cada fase possui três ligações, uma para entrada da 
alimentação e duas de saída que são comutadas. 
A cada comutação, controlada em um circuito externo por um transistor 
por exemplo, a corrente no interior do enrolamento é trocada entre os terminais 
de saída fazendo com que a direção do campo eletromagnético gerado 
também seja invertido, permitindo a rotação do motor com os devidos passos. 
Um motor típico de duas fases possui seis ligações, sendo três ligações por 
fase, e pode ter os terminais (terra) em comum ligados juntos totalizando cinco 
ligações. 
Como a corrente percorre apenas metade de cada enrolamento, esse 
motor apresenta baixa resistência. Além disso, o motor unipolar com pelo 
menos duas fases também pode ser alimentado por excitação de um bipolar 
manipulando-se os terminais para que cada enrolamento seja alimentado como 
um motor bipolar. 
 
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Figura: Representação do motor de passo unipolar. 
 
3.4.2 MOTORES DE PASSO BIPOLARES 
 
 Os motores bipolares possuem enrolamentos únicos para cada fase, 
com duas ligações cada e precisam que o sentido da corrente seja invertida 
para se inverter os polos magnéticos. 
A inversão da corrente é controlada por uma ponte construída no 
formato H, de chaves (relés, transistores, etc.) e torna o motor bipolar mais 
complexo que o unipolar. Isto é devido a necessidade de elementos de 
proteção contra curto circuito (portas lógicas) nos terminais e diodos para 
absorver a tensão reversa nas chaves quando elas são comutadas. 
 A vantagem deste modo de operação é o maior torque comparado ao 
unipolar de mesmo tamanho, já que os enrolamentos do motor bipolar não são 
divididos e são percorridos por completo pela corrente. 
 
Figura: Representação do motor bipolar. 
 
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4 MODOS DE ACIONAMENTO 
 
O modo de acionamento depende de como se deseja controlar o motorde 
passo. Para escolher o mais indicado, deve-se levar em consideração fatores 
como o torque desejado, velocidade, economia de energia, entre outros.Cada 
aplicação possui um modo de acionamento mais eficiente. 
 
4.1 PASSO COMPLETO (“FULL STEP”) 
 
 Se divide em dois modos, modo wave e modo normal. 
 
4.1.1 MODO WAVE 
 
Somente uma bobina é ativada por vez, como liga apenas uma bobina 
por vez, garante economia de energia, porém, o torque é reduzido. 
 
 
 
Figura : Motor de passos (modo full step, wave) 
 
4.1.2 MODO NORMAL 
 
o Fornece um torque muito mais alto, porque, em qualquer instante, 
sempre haverá duas bobinas ativas; 
o A resolução do motor continua a mesma, ou seja, mantém o 
número de passos requeridos para um ciclo completo; 
o Consumo de energia elétrica duas vezes maior que do modo 
wave. 
 
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Figura : Motor de passos (modo full step, normal) 
 
 
4.2 MEIO PASSO (“HALF STEP”) 
 
É uma combinação dos dois modos anteriores. Aumenta a resolução do 
motor de passos, dobra-se a resolução com uma mesma construção.Uma 
bobina é ativada (um passo), depois duas, depois uma, e assim em diante.O 
torque disponível é limitado pelo passo mais fraco, porém haverá uma melhoria 
significativa na suavidade do movimento a baixas velocidades comparado com 
o Full Step. 
 
Figura : Motor de passos (modo half step) 
 
 
 
 
 
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4.3 MICROPASSO (“MICROSTEPPING”) 
 
 Método mais comum nos dias de hoje; 
 As bobinas são alimentadas por uma corrente controlada por variáveis, 
de forma de onda senoidal; 
 Requer circuitos de acionamentos complexos; 
 Fornece um movimento suavizado do rotor, diminui desgaste das partes 
e aumenta a precisão do motor de passos. 
 
 
 
Figura : Motor de passos (modo micropasso). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5 PONTOS FORTES 
 
Os motores de passos seguem uma lógica digital. Seu acionamento é 
feito através de pulsos elétricos, os quais ativam sequencialmente as bobinas, 
fazendo o rotor se alinhar com essas, dessa forma provocando o deslocamento 
do rotor. 
O posicionamento dos motores de passos é preciso pois o rotor irá se 
movimentar em ângulos determinados, cujo erro de posicionamento é pequeno 
e não-cumulativo. 
 As variações no torque aplicado por um motor de passos são pequenas, 
de acordo com seu funcionamento. 
 Os motores de passo possuem uma ótima resposta a acelerações e 
desacelerações. Devido ao movimento do motor de passos ser resultado das 
ativações em sequencia das bobinas, a resposta para tais acelerações e 
desacelerações é rápida pois o rotor se alinha rapidamente com as bobinas 
que se encontram energizadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6 PONTOS FRACOS 
 
Baixo desempenho em altas velocidades: O aumento de rotações no 
motor de passo (sua aceleração) é gerado pela variação no tempo entre o 
acionamento de uma bobina e a seguinte. Entretanto é necessário um rápido 
chaveamento de um solenoide energizado para outro de forma que tal 
velocidade seja mantida, o que muitas vezes é complexo e pouco eficiente. 
• Requer certo grau de complexidade para ser operado: Pelo fato de usar uma 
lógica digital não basta apenas ligar o motor de passo a uma fonte de energia 
que o mesmo começará a girar semparar. Sua complexidade reside no fato de 
ser necessário um aparato para controlá-lo ativando sequencialmente seus 
solenoides. O “custo computacional” e a complexidade do dispositivo de 
controle cresce a medida que o numero de passos aumenta, uma vez que mais 
passos requerem um maior o numero de terminais(fios) a serem ativados e 
controlados. 
• Ocorrência de ressonância por controle inadequado: Como todos os objetos 
que existem, o motor de passo também tem uma frequência de ressonância. 
Caso as revoluções do mesmo se deem nesta frequência, este pode começar a 
oscilar, aquecer e perder passos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7 COMPARATIVO ENTRE MOTORES 
 
Os motores se diferem em diversos pontos, esse quadro comparativo a 
baixo mostra as diferenças entre motor de corrente continua, o motor de passo 
e o servo-motor. 
 
Imagem : Comparativo entre motores 
1- Motores de Passo perdem passos em altas velocidades, já servos motores 
conseguem altas rotações por usarem para movimentar-se da mesma forma 
que os motores de corrente continua. 
 2- Motores de corrente continua e servos motores não conseguem se manter 
em uma posição fixa quando ligados, apenas o motor de passo tem essa 
característica. 
3- Motores de corrente continua apenas precisam ser ligados para começar a 
funcionar, enquanto motores de passo requerem pulsos em determinada ordem 
para se movimentar. o que requer um driver para controlar esse motor. Servo-
motores, no entanto requerem um hardware mais complexo que analise dados 
como posicionamento e velocidade e envie as instruções de forma que o motor 
vá para a posição requerida. 
 4- Motores de Corrente Contınua não possuem nenhum controle de 
posicionamento; os Motores de Passo podem ser controlados de forma a fazer 
movimentos discretos (passos); Servo-Motores podem fazer movimentos mais 
suaves que Motores de Passo (possuem maior resolução), bem como é 
possível fazer um controle de posicionamento com o mesmo. 
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 5- Motores de passo são extremamente duráveis uma vez que não usa 
escovas ao contrario de Motores de Corrente Contınua ou Servomotores (que é 
um Motor de Corrente Contínua com controle de posicionamento). Este ultimo 
ainda pode ter problemas com o aparato ótico que faz o controle do 
posicionamento (encoder). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8 RECOMENDAÇÃO DE APLICAÇÕES 
 
 
Imagem : A impressora é um exemplo de aplicação com motor de passo 
O motor de passo é recomendado no uso em equipamentos que exigem um 
posicionamento preciso de erro pequeno e não cumulativo. Podemos citar tais 
exemplos como scanners, impressoras, bem como certos dispositivos robóticos 
que não requerem “retorno” do posicionamento. Também podemos citar 
exemplos que requerem rápida aceleração e desaceleração, mais uma vez 
inferindo aos motores de impressoras e dispositivos robóticos que efetuam 
movimentos rápidos e precisos, tais quais um motor de passo pode oferecer. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
 
 Enfim, pode-se ver que os motores de passo atendem uma grande gama 
no mercado de motores, desde uma impressora que é utilizada 
domesticamente até uma CNC industrial. Ainda nota-se que há vários tipos de 
motores e modos de acionamento, sendo assim necessária uma análise 
criteriosa antes da escolha do motor. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 Victor de Mendonça, MOTOR DE PASSO: PRINCÍPIO DE 
FUNCIONAMENTO. 
 
Motor de Passo - Universidade Federal Fluminense 
https://www.telecom.uff.br/pet/petws/downloads/tutoriais/stepmotor/stepmotor2k
81119.pdf 
 
Timothy G. Constandinou, TUDO SOBRE MOTORES DE PASSO.