Le moteur pas-à-pas appartient au groupe des moteurs synchrones et dispose d’un élément moteur pivotant doté d’un arbre, le rotor, et d’un élément moteur fixe, que l’on appelle le stator. Tandis que le rotor agit comme un aimant permanent, le stator, lui, est composé de bobines d’excitation disposées en quinconce et qui produisent un champ magnétique. Celui-ci est à la base des capacités de positionnement du moteur et marque la différence de ce moteur par rapport aux servomoteurs. Alors que ces derniers utilisent différents capteurs de mesure de position et les valeurs qui en découlent, le moteur pas-à-pas, parfois aussi appelé stepper, fonctionne sans aucun capteur.

En tant que moteur synchrone sans balai, le moteur pas-à-pas a pour principale tâche et fonction de transformer des impulsions électriques en mouvement mécanique. Le rotor se déplace ainsi par à-coup, et le nombre des pas ou des positions par tour peut être défini. Par conséquent, la quantité des pas de chaque moteur pas-à-pas détermine le changement d’angle par pas. Si une rotation de 360° est divisée par exemple en 200 pas, alors à chaque pas, le rotor bougera précisément de 1,8° — ce qui est l’angle de pas le plus couramment utilisé avec les moteurs pas-à-pas. Le changement de position tout à fait régulier est d’une extrême importance et fait de ce moteur ce qu’il est. C’est la raison pour laquelle aucun signal de retour n’est nécessaire et qu’au lieu de cela, la direction peut être mesurée en temps réel au moyen des impulsions données.

Afin de faire bouger le rotor, autrement dit l’arbre, l’application d’une tension constante, comme c’est le cas pour les moteurs à courant continu, n’est pas suffisante. Au contraire, les bobines d’excitation du moteur pas-à-pas sont alimentées en tension de manière ciblée et temporairement non alimentées (unipolaire) ou par inversion des pôles (bipolaire). Ces pilotages multiples des moteurs permettent de commander à la fois des modèles unipolaires et bipolaires.

Utilisation des transmetteurs de position

Alors que le moteur pas-à-pas par définition ne dispose d’aucun capteur spécifique pour le réglage de la position, dans la pratique, des transmetteurs de position sont souvent intégrés. Ceux-ci mesurent la position du rotor et aident à l’activation en cas de mauvais positionnement afin d’apporter une correction directe. Par le passé, le procédé a gagné en importance en raison de la problématique de la perte de pas. Dans ce cas, le moteur pas-à-pas est soumis, par exemple à un couple résistant, le rotor passe alors plusieurs pas et sa position effective n’est plus vérifiable. Cela engendre des positionnements trop inexacts du rotor. Si toutefois le moteur est doté d’un transmetteur de position, celui-ci peut enregistrer avec précision la mauvaise position et constituer pour l’unité de commande la base nécessaire à la correction. En général, il est recommandé de ne pas faire fonctionner durablement les moteurs pas-à-pas au-dessus de leur limite de charge.

Les différentes tailles et formes des moteurs pas-à-pas

Outre les dimensions souvent standardisées par les organisations interprofessionnelles, la forme du moteur pas-à-pas se décline aussi autrement. Certes, les trois formes généralement utilisées sont le moteur pas-à-pas à aimant permanent, le moteur pas-à-pas à réluctance et le moteur pas-à-pas hybride, mais celle qui domine toutefois le marché et que l’on retrouve dans la majorité des applications est le moteur pas-à-pas hybride. L’hybride allie les différents avantages et qualités des autres formes. Il emprunte ainsi l’aimant permanent du moteur à aimant permanent comme rotor et l’associe à des disques dentés magnétiques doux qui représentent les deux pôles. Ceci garantit des propriétés importantes telles qu’un petit angle de pas, un couple de rotation et un couple de maintien élevés.

Les domaines d’application du moteur pas-à-pas

En général, le moteur pas-à-pas est utilisé lorsque des objets — par exemple, dans un contexte de processus automatisés — doivent être positionnés et orientés avec précision. Par conséquent, on le retrouve souvent dans les domaines de la robotique et de la mécanique de précision. L’utilisation des steppers dans l’aéronautique et l’astronautique dénote par ailleurs leur extrême fiabilité. Car pour permettre l’existence d’un circuit d’eau sur l’ISS, la station spatiale internationale, des réducteurs de Harmonic Drive AG spécialement conçus à cet effet sont utilisés pour commander les vannes. Un moteur pas-à-pas sert à cet égard de base essentielle pour l’entraînement et offre des possibilités de commande très faciles à mettre en œuvre.

Les moteurs pas-à-pas au quotidien 

Les domaines d’application des moteurs pas-à-pas ne concernent toutefois pas uniquement certains secteurs industriels, ils s’invitent également dans les habitations privées et font pour certains partie du quotidien. Ainsi, ce moteur se charge entre autres du positionnement du laser à l’intérieur des lecteurs optiques de CD, DVD, Blu-ray et des graveurs. Dans les imprimantes — à jet d’encre par exemple —, le moteur pas-à-pas est en charge de positionner avec précision la tête d’impression. De nombreuses personnes l’utilisent en particulier dans leur propre voiture. Le moteur veille ici à commander le flux de carburant, lorsque le véhicule se trouve au ralenti, mais sert aussi à régler entre autres les sièges et les rétroviseurs.

Les efforts en matière de technique et de recherche favorisent fortement la généralisation du moteur pas-à-pas. Certains aspects comme la miniaturisation des pièces, la commande assistée par ordinateur et la réduction des coûts sont passés d’une mouvance à une réelle tendance. Les moteurs pas-à-pas remplissent ces critères en raison des faibles coûts d’entretien, des dimensions variables et de la commande définie.