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INTRODUÇÃO E BREVE HISTÓRICO 
 
O interesse desta disciplina é estudar máquinas elétricas em geral e em especial àquelas 
chamadas de motores de passo, cobrindo sua construção, princípios, teoria, técnicas de 
acionamento e aplicações. Iniciamos com um breve histórico e mostraremos o estado da 
arte do avanço tecnológico dos motores de passo. Vários tipos de motores de passo são 
abordados nesta seção, mas os detalhes estruturais dos modernos motores serão discutidos 
na seção seguinte. 
 
O que é um motor de passo e quais são suas características? 
 
A Figura 1 ilustra a seção transversal da estrutura de um motor de passo moderno típico; 
este é um motor de relutância variável de pilha única. Usando esta figura, estudaremos 
primeiramente como esta máquina trabalha. O núcleo do estator tem seis pólos ou dentes 
salientes, enquanto que o rotor tem quatro pólos, ambos os núcleos, do estator e do rotor, 
são de aço doce. Três jogos de enrolamentos são arranjados conforme mostra a figura. Cada 
jogo tem duas bobinas conectadas em série. Um jogo de enrolamentos é chamado 'uma 
fase', e, conseqüentemente, esta máquina é um motor trifásico. A corrente é fornecida por 
uma fonte da alimentação DC aos enrolamentos através das chaves I, II e III. No estado (1), 
a corrente é fornecida ao enrolamento da fase I através do interruptor I, ou, como se diz em 
termos técnicos, 'a fase I é excitada'. O fluxo magnético que ocorre no entreferro devido à 
excitação é indicado pelas setas. No estado (1), os dois pólos salientes do estator da fase I 
que está sendo excitada, estão alinhados com dois dos quatro dentes do rotor. Este é um 
estado estável de equilíbrio dinâmico. Quando o interruptor II é fechado para excitar a fase 
II, junto com a fase I, o fluxo magnético nos pólos do estator da fase II é àquele mostrado 
no estado (2), e um torque anti-horário é criado devido à ‘tensão’ nas linhas inclinadas do 
campo magnético. O rotor então, eventualmente, alcançará o estado (3). 
Assim, o rotor gira um ângulo fixo, que é denominado 'ângulo de passo', 15o neste 
caso, quando uma operação de comutação é realizada. Se a chave I é aberta, 
desenergizando a fase I, o rotor vai girar de mais 15o, atingindo o estado (4). A posição 
angular do rotor pode assim ser controlada nas unidades de ângulo de passo por um 
procedimento de chaveamento. Se o chaveamento é realizado numa seqüência, o rotor 
girará com um movimento pulsado; a velocidade média pode também ser controlada pelo 
processo de chaveamento. 
Dispositivos de estado sólido são usados como chaves eletrônicas para acionar um 
motor de passo, e sinais de chaveamento são gerados por CIs digitais ou por 
microprocessadores (veja Fig. 2). Como explicado acima, o motor de passo é um motor 
elétrico que converte uma entrada elétrica digital em um movimento mecânico. Comparado 
com outros dispositivos que podem executar as mesmas funções ou similares, um sistema 
de controle que usa um motor de passo tem diversas vantagens significativas como segue: 
1. Normalmente não se requer realimentação para controle de posição ou velocidade. 
2. O erro de posição não é acumulativo. 
3. Os motores de passo são compatíveis com equipamentos digitais modernos. 
Por estas razões, vários tipos e classes de motores de passo são usados em periféricos de 
computadores, máquinas automatizadas, e em sistemas similares. 
 
 
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Fig. 1 – Princípio de um motor de passo a relutância variável. 
 
Primeiras aplicações dos motores de passo 
 
Um exemplar do JIEE[1] de 1927 trouxe um artigo sobre aplicação de eletricidade em 
navios de guerra, e uma parte deste artigo descreve um motor de passo de relutância 
variável, trifásico, que foi usado para controle remoto do indicador de direção dos tubos de 
torpedo e dos canhões em navios de guerra britânicos. Como ilustrado na Fig. 3, um 
interruptor rotativo mecânico foi usado para comutar a corrente de excitação. Uma volta do 
manípulo produz seis pulsos que causam 90o de movimento do rotor. A saída do rotor, em 
passos de 15o, foi acoplada a um redutor de engrenagens para alcançar a precisão de 
posição necessária. 
O artigo mostrou que o projeto deste motor, aparentemente simples, teve que levar 
em conta muitos fatores. Muitas precauções foram tomadas para tornar a operação 
satisfatória e segura. Esta máquina requer uma elevada relação torque/inércia das peças 
 
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móveis para evitar a perda de passo, e a constante de tempo, a relação entre a indutância do 
circuito e a resistência, deve ser pequena para alcançar uma alta velocidade da operação. 
Estes problemas aplicam-se ainda aos motores modernos. 
 
 
Fig. 2 – Sistema de acionamento para um motor de passo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 – Motor de passo usado em navios de guerra britânicos na década de 1920. (a) motor; 
(b) interruptor rotativo; (c) modelo detalhado do interruptor rotativo. 
 
De acordo com um artigo[2] no IEEE Transactions on Automatic Control, a 
marinha dos Estados Unidos empregaram motores de passo, mais tarde, para a mesma 
finalidade. Embora a ocorrência das aplicações práticas dos motores de passo modernos nos 
anos 20, os protótipos dos motores de relutância variável existiam bem antes. Um paper de 
Byrne[3] diz: 'motores de passo do tipo de relutância, agora aplicados como dispositivos de 
posicionamento, eram, como "engenhos eletromagnéticos", os motores elétricos da metade 
do século dezenove'. 
Descreveremos aqui duas invenções notáveis de 1919 e 1920 na Bretanha. 
 
 
 
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Fig. 4 – Motor de passo trifásico inventado por C. L. WaIker. 
 
(1) estrutura de dente para minimizar o ângulo de passo. Em 1919, C. L. Walker, um 
engenheiro civil de Aberdeen, Escócia, obteve uma patente pela invenção de uma estrutura 
de motor de passo que podia se mover em pequenos ângulos de passo. A figura 4(a) e (b) 
mostram, respectivamente, os cortes longitudinal e transversal de um motor trifásico de tal 
patente. Cada pólo saliente do estator tem um grupo de pequenos dentes. Os dentes do rotor 
têm o mesmo passo dos pequenos dentes do estator. O número dos dentes do rotor é 32 
nesta figura. Quando a fase I é excitada, com a ocorrência do fluxo magnético ao longo do 
trajeto mostrado pelas curvas tracejadas na figura, um grupo de dentes do rotor é levado a 
se alinhar com os dentes do estator, como mostra a Fig. 4(b). Neste arranjo, os dentes do 
estator e do rotor, nas fases II e III, devem estar desalinhados em 1/3 do passo do dente, em 
sentidos opostos. Quando a corrente de excitação é comutada da fase I para a fase II, o rotor 
girará no sentido horário com um ângulo de passo que é (360/32)/3 = 3,75o neste caso. 
Entretanto, se a corrente de excitação for comutada para a fase III, ao invés, a rotação será 
no sentido anti-horário com o mesmo pequeno ângulo. Walker especificou um plano para a 
construção de um tipo de motor de passo que é conhecido hoje em dia como multi-pilha do 
tipo relutância variável, assim como plano para a construção de um motor linear. 
Entretanto, somente nos anos 50 apareceram comercialmente motores de passo modernos 
empregando o princípio desta invenção. 
 
(2) produção de torque elevado a partir de uma estrutura sanduíche. C. B. Chicken e J. H. 
Thain em Newcastle upon Tyne, 1920, obtiveram uma patente americana pela invenção de 
um motor de passo que pode produzir um torque elevado por unidade de volume do rotor. 
A construção longitudinal desta máquina é mostrada no Fig. 5(a), a característica notável é 
que o rotor de aço doce passa sucessivamente entre dois núcleos eletromagnéticos opostos 
como mostra a Fig. 5(b). Esta estrutura, em que os dentes do rotor são ensanduichados 
pelos dentes do estator, é conhecidapor ser a que produz o maior torque por unidade de 
volume do rotor. Mas não foi senão nos anos 70 que um motor de passo empregando este 
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princípio, foi usado como um motor de passo de potência em máquinas de controle 
numérico construídas por Fanuc Ltda, um fabricante japonês. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5 - Motor de passo de relutância variável inventado por C. B. Chicken e J. H. Thain. 
 
O advento da era do controle digital e o progresso dos anos 60 
 
A publicação de janeiro de 1957 da revista Control Engineering[6] trouxe um relatório da 
época sobre modernas aplicações dos motores de passo sob o título 'The power stepping 
motor-a new digital actuator'. Este relatório descrevia um sistema de três motores de passo 
que foram aplicados a uma máquina de controle numérico tridimensional para acabamento 
superficial de peças. O tipo de motor usado neste sistema é o motor multi-pilha de 
relutância variável, cujo rotor é como o mostrado na Fig. 6; os dispositivos de chaveamento 
eram tubos do gás thyratron. O sistema de acionamento é mostrado na Fig. 7. Os 
movimentos dos três motores são programados manualmente ou por meio de um registro 
em uma película perfurada. Os movimentos são lidos por uma cabeça de leitura fotoelétrica 
que fornece os sinais de controle aos thyratrons. Os três motores de passo são operados 
fazendo com que a mesa se mova em um espaço de três eixos em uma ordem programada 
com o objetivo de executar o acabamento automático. 
 
Fig. 6 – Rotor de um motor multi-pilha de relutância variável. 
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Fig. 7 - Controle numérico tridimensional de uma peça por meio dos motores de passo de 
relutância variável acionados por thyratrons (após a referência. [6]). 
 
Coincidindo com o aparecimento deste relatório, iniciou-se, nas nações industriais 
avançadas, um trabalho de pesquisa intensivo visando melhorar o desempenho dos motores 
de passo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8 - Motor de passo eletro-hidráulico (cortesia Fanuc Ltda).