To BEpolar or not to be? that's the question!

Depois da aventura da semana passada em busca de sucata resolvi o problema das guias e fui conferir os motores.

Os motores são itens críticos nas RepRaps, pois determinam a resolução (junto com as correias e polias) e a velocidade (junto com os "drivers"). Os motores usados são os motores de passo (ou step motors em inglês), motores de passo são, de forma simples, motores capazes de parar apenas em posições definidas, são muito utilizados em impressoras, robôs, drives de CD/DVD,  maquinas industriais (CNC) e até mesmo sua maquina fotográfica digital tem motores de passo.

Existem vários tipos de motores de passo conforme a aplicação e forma de construção, há muito material disponível na internet se você quiser entender um pouco mais sobre isso. (leia inclusive um artigo interessante no Laboratório de Garagem ).

Com relação à forma de acionamento elétrico do motor de passo, os mais comuns são os motores de duas fases. Existem dois grandes grupos os Unipolares e os Bipolares.

Na verdade a diferença é apenas como os enrolamentos (estatores) do motor estão interligados entre si. O nome Unipolar (um polo) ou Bipolar (dois polos) vem do fato que nos unipolares a corrente circula pelas bobinas apenas em uma direção (ex. do fio comum para a phase A+ ou do comum para a phase B- e etc.). Já nos bipolares a corrente circula em ambas as direções em cada bobina, hora da Phase B+ para a B- hora da B- para a B+.

Eles tem características diferentes o que torna cada tipo mais adequado para determinadas aplicações. "Grosso Modo" os unipolares são mais econômicos, pois os "drivers" são mais simples, já os bipolares tem torque maior (para motores de tamanhos iguais). No passado era muito comum encontrar motores unipolares, hoje em dia com o barateamento dos "drivers" em um único "chip" os bipolares tem sido mais usados.

Uma característica importante desses "drivers" novos é o recurso de "microstep" , que é a capacidade de fazer o motor parar em uma posição definida entre dois passos. Um "driver" simples para motor unipolar é realmente bastante simples, e é capaz de acionar o motor em passos inteiros ou meios-passos, os "drivers" para motores bipolares atuais conseguem acionar motores em 1/4, 1/8, 1/16 e até 1/32  !! de passo. Só para termos uma ideia, existem motores dede 7,5° (48 passos por volta) até 0,9° (400 passos por volta) - Existem com passos menores, mas não são muito comuns - motores de 1,8° (200 passos) são fáceis de encontrar e relativamente baratos. São os mais usados em RepRaps.

Um motor unipolar de 1,8° acionado a 1/2 passo terá um angulo de movimento de 0,9°, já um bipolar de mesmo passo poderia ser acionado à 1/16 de passo e ter um angulo de movimento de 0,1125° por passo !!!

Existem "drivers" capazes de fazer "microstep" em motores unipolares, mas ai deixam de ser simples e baratos, logo perdem toda a vantagem.

Bom, muita teoria a respeito motores, mas vamos ao que interessa.

Em cada impressora que eu desmontei encontrei dois motores. Um maior tamanho NEMA17 (42mm) e outro NEMA16 ou 15 (não estou certo, pode ser fora do padrão NEMA). Uma crença comum é que o numero "NEMA" define o torque do motor, na verdade o número "NEMA" apenas define o tamanho da face do motor, a distancia entre os parafusos de fixação e alguns outros parâmetros dimensionais, o torque está relacionado às características físicas do motor e elétricas dos enrolamentos. Em geral pode-se dizer que quanto maior o comprimento, maior o torque para o mesmo "NEMA" (mais longo, enrolamentos maiores logo mais torque) mas não é garantido.

O Motor grande (esquerda na foto) é unipolar, o pequeno é bipolar, não achei informação precisa na internet pois parece que esses motores são fabricados especialmente para a Epson, mas como todas as peças e suportes da Mendel90 são feitos para motores NEMA17, a escolha simples é usar o unipolar, já que o outro demandaria fazer adaptações nos suportes ou redesenhar as peças.

O problema é que é praticamente um padrão utilizar motores bipolares nas RepRaps, pois o aumento de resolução que se consegue com o "microstep" é importante para a qualidade final das peças impressas.

Ainda não sei se o torque destes motores é suficiente para minha impressora. Em geral se usam motores de no mínimo 2,5Kgf.cm para os eixos X,Y e Z e de no mínimo 4Kgf.cm para o "extruder". estimando pelo comprimento eu diria que ele serve para X, Y e Z, mas não para o "extruder".

Mas .....Como eu sei que esse motor é unipolar?

bom o desenho lá em cima mostra as ligações do bipolar (phase A+, phase A-, Phase B+ e phase B-) ou seja são 4 fios. Já o unipolar tem 1 ou 2 fios comuns (common wire no desenho acima), neste caso eles tem 5 ou 6 fios externos. Há ainda motores com 8 fios externos, que nada mais é que um motor com todas as ligações das bobinas "para fora". no caso dos motores de 6 ou 8 fios, é possível liga-los como motores bipolares.

Adivinha qual é o tipo conexão do motor unipolar que eu retirei das impressoras Epson ??? claro que é o de 5 fios, o único que não dá pra ligar como bipolar. Droga !

Aqui eu tinha algumas opções:

- Desistir destes motores e encomendar motores novos, solução fácil, mas quem disse que é divertido escolher a solução fácil?

- Procurar um "driver" para motor unipolar com capacidade de "microstep". dei uma passada pela internet e não achei nada disponível simples e barato como os "drivers" para bipolar que planejava usar. 

- Usar os  motores menores da Epson que são bipolares, aqui eu tinha duas preocupações. Uma redesenhar ou adaptar todas as peças plásticas que suportam os motores e outra se o torque destes motores seria suficiente. Principalmente porque meu conhecimento em CAD para redesenhar as peças é quase zero, desisti desta opção. Ficam os motores menores para algum projeto futuro.

- Abrir os motores e refazer as ligações das bobinas, separando os fios comuns, para transformar o motor em bipolar. Essa opção é divertida, do jeito que eu gosto !

Outro dia vi uma frase de rodapé em um post de um colega (quase como parachoque de caminhão, né?) com a qual me identifiquei. 

"Minha linguagem de programação favorita é SOLDA" - tá aí porque escolhi abrir os motores.

Bom, Domingo a noite, hora descansar e recarregar as baterias que amanhã tem que trabalhar.

Guilherme