يكمن الحل في إضافة دوارات وأجزاء ثابتة مكدسة، ولكن عليك أن تتعايش مع محرك أطول فعليًا.

توفر المحركات الخطوية تحكمًا دقيقًا في الموضع دون الحاجة إلى تغذية راجعة، كما هو الحال في أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة. يتحرك عمود المحرك الخطوي عادةً حركات زاوية منفصلة ذات مقدار موحد تقريبًا عند تشغيله بمصدر طاقة تيار مستمر. تتسبب نبضة رقمية واحدة في زيادة مقدار الحركة الزاوية للمحرك الخطوي. ومع ازدياد عدد النبضات الرقمية، يدور المحرك الخطوي. ويؤدي عدد محدد من النبضات إلى تحريك المحرك إلى موضع دقيق.

تُعدّ المحركات الخطوية التقنية المُفضّلة للعديد من تطبيقات التحكم في الحركة نظرًا لسهولة تشغيلها، ودقة تحديد المواقع، وانخفاض تكلفتها. عند تشغيلها كأجهزة ذات حلقة مفتوحة، تُعدّ المحركات الخطوية الأنسب للتطبيقات ذات السرعات المنخفضة، والأحمال المُحدّدة بدقة، والحركة المتكررة. SH: أحجام الإطارات

وضعت الرابطة الوطنية لمصنعي المعدات الكهربائية (NEMA) معايير موحدة لأحجام إطارات المحركات لتسهيل اختيار الأحجام المناسبة. تُصنّف محركات الخطوة حسب حجم إطارها، مثل "الحجم 11" أو "الحجم 23". تشير أرقام حجم الإطار إلى أبعاد لوحة المحرك الأمامية. على سبيل المثال، يبلغ حجم لوحة محرك الخطوة من الحجم 11 حوالي 1.1 × 1.1 بوصة، بينما يبلغ حجم لوحة محرك الخطوة من الحجم 23 حوالي 2.3 × 2.3 بوصة (56.4 × 56.4 مم).

تتيح معايير NEMA للمستخدمين التبديل بين محركات الخطوة من مُصنِّع لآخر دون الحاجة إلى تغييرات جوهرية في أقواس التثبيت والوصلات ومكونات التثبيت الأخرى. مع ذلك، قد يختلف محركان بنفس حجم NEMA ولكن من مُصنِّعين مختلفين اختلافًا طفيفًا. يختلف طول العمود ووجود سطح مستوٍ لاستخدامه مع براغي التثبيت بين الموردين. كما لا تُحدِّد معايير NEMA الخصائص الكهربائية مثل عدد أسلاك التوصيل أو مقاومة الملفات. لذا، يُرجى دراسة جميع المواصفات بعناية قبل شراء محركات الخطوة من مُصنِّع آخر.

تُعدّ المحركات الخطوية ذات الأحجام 8 و11 و14 مثاليةً للتطبيقات التي تتطلب مساحةً محدودة، مثل الأجهزة الطبية، ومعدات أتمتة المختبرات، والطابعات، وأجهزة الصراف الآلي، ومعدات المراقبة، والإلكترونيات الاستهلاكية. أما المحركات الخطوية ذات الأحجام الأكبر، فتُستخدم غالبًا في التطبيقات الصناعية، مثل آلات التعبئة والتغليف، ومعدات الاختبار والقياس، وآلات التجميع، ومعدات تصنيع أشباه الموصلات، ومعدات مناولة المواد.

تُنتج محركات الخطوة ذات الإطار الأكبر عزم دوران أعلى من المحركات الأصغر حجمًا. ورغم زيادة عزم الدوران، لا تتناسب هذه المحركات الأكبر حجمًا دائمًا مع المساحة المحدودة للتطبيقات. مع ذلك، إذا كان القيد الأساسي للمساحة هو قطر المحرك، فيمكن للمهندسين زيادة عزم دوران محرك الخطوة ضمن حجم إطار معين عن طريق زيادة طول المحرك. ولصنع محرك خطوة بعزم دوران أعلى، يتم "تكديس" عدة أقسام من الدوار والجزء الثابت معًا، مما يؤدي إلى زيادة الطول. يُنتج محرك الخطوة عزم دوران أكبر على حساب زيادة الطول، وليس العرض أو الارتفاع. ويمكن ملاحظة تأثير طول التكديس في المحركات من الحجم 17 في الصورة المجاورة.

يوضح الجدول هنا مواصفات عزم الدوران النموذجي (بوحدة نيوتن متر) لمحركات ذات أحجام إطارات وأطوال مجموعات مختلفة. تمنح أطوال المجموعات المختلفة ضمن حجم الإطار الواحد المهندسين مرونةً عند اختيار المحركات للتطبيق المطلوب. ففي بعض الأحيان، يتوفر حيز لمحرك أطول، وفي أحيان أخرى، يكون من الأفضل استخدام محرك أقصر مع حجم إطار أكبر.

تُعدّ محركات الخطوة فائقة العزم طريقة أخرى فعّالة لزيادة العزم ضمن حجم إطار مُحدد. فهي قادرة على رفع عزم التثبيت بنسبة تتراوح بين 25 و45% في محرك خطوة مُماثل في الحجم للمحرك التقليدي. وبالتالي، تُغني محركات الخطوة فائقة العزم عن الحاجة إلى تحديد أحجام إطارات أكبر للحصول على عزم كافٍ للتطبيق المطلوب.

يُتيح التصميم المغناطيسي المُحسّن لهذه المحركات الخطوية إنتاج عزم دوران أكبر بناءً على التباين في النفاذية المغناطيسية الناتج عن أسنان الدوّار والثابت. كما يُحسّن إضافة مغناطيسات من العناصر الأرضية النادرة بين الأسنان من تباين النفاذية المغناطيسية.

على سبيل المثال، يمكن لمحرك خطوي تقليدي بحجم 34 أن ينتج عزم دوران تثبيت يبلغ 5.9 نيوتن متر. أما النسخة فائقة العزم من نفس المحرك فتنتج عزم دوران تثبيت يصل إلى 9 نيوتن متر. ولتحقيق نفس معدل عزم الدوران، يحتاج المحرك التقليدي إلى محرك أطول بنسبة 31%.

على الرغم من أن عزم دوران المحرك وسرعته عاملان حاسمان في اختيار أفضل محرك خطوي لتطبيق معين، فلا تغفل أهمية حجم هيكل المحرك وطوله ونوعه. فالمحرك الكبير جدًا قد يُهدر المال أو يُولّد حرارة زائدة. أما المحرك الصغير جدًا فقد لا يُوفر عزم الدوران الكافي للتحكم الموثوق في الحركة. لذا، يُنصح بالنظر في طول مجموعة الأسطوانات وتصميمات المحركات ذات عزم الدوران العالي جدًا لزيادة عزم الدوران عندما لا يكون الانتقال إلى حجم هيكل أكبر ممكنًا. وعند الشك، يُفضل دائمًا مناقشة أفضل الخيارات لتطبيقك مع مُورّد المحركات.