Die beiden am häufigsten verwendeten Typen von Schrittmotoren sind der Permanentmagnet- und der Hybridtyp. Im Allgemeinen kann der Hybrid-Schrittmotor neben der Kostenreduzierung die bessere Wahl sein, da er eine bessere Leistung in Bezug auf Schrittauflösung, Drehmoment und Geschwindigkeit bietet.
II. AUSWAHL EINES SCHRITTMOTORS
Ein Schrittmotor kann immer dann eine gute Wahl sein, wenn eine kontrollierte Bewegung erforderlich ist. Sie können in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Sie Drehwinkel, Geschwindigkeit, Position und Synchronismus steuern müssen. Aufgrund der zuvor genannten Vorteile haben Schrittmotoren ihren Platz in vielen verschiedenen Anwendungen gefunden. Einige davon sind Drucker, Plotter, X-Y-Tische, Laserschneider, Graviermaschinen, Pick-Place-Geräte und so weiter.
Bei der Auswahl eines Schrittmotors für Ihre Anwendung gibt es mehrere Faktoren, die berücksichtigt werden müssen:
- Wie wird der Motor mit der Last gekoppelt sein?
- Wie schnell muss die Last bewegt oder beschleunigt werden?
- Wie viel Drehmoment ist erforderlich, um die Last zu bewegen?
- Welche Genauigkeit ist bei der Positionierung der Last erforderlich?
Phasen, Pole und Schrittwinkel
Gemeinsam haben Schrittmotoren zwei Phasen, es gibt aber auch Drei- und Fünfphasenmotoren. Ein bipolarer Motor mit zwei Phasen hat eine Wicklung/Phase, ein unipolarer Motor hat eine Wicklung mit einem Mittelabgriff pro Phase. Manchmal wird der Schrittmotor als „Vier-Phasen-Motor“ bezeichnet, obwohl er nur zwei Phasen hat. Die Motoren, die zwei getrennte Wicklungen pro Phase haben, können entweder im bipolaren oder unipolaren Modus betrieben werden.
Ein Pol kann als einer der Bereiche in einem magnetisierten Körper definiert werden, in dem die magnetische Flussdichte konzentriert ist. Bei einem Schrittmotor haben sowohl der Rotor als auch der Stator Pole. Der Schrittmotor in Hybridbauweise hat einen Rotor mit Zähnen. Der Rotor ist in zwei Teile geteilt, die durch einen Permanentmagneten getrennt sind, wodurch die Hälfte der Zähne Südpole und die andere Hälfte Nordpole sind. Die Anzahl der Polpaare ist gleich der Anzahl der Zähne auf einer der Rotorhälften. Der Stator eines Hybridmotors hat ebenfalls Zähne, um eine höhere Anzahl von äquivalenten Polen (kleinere Polteilung, Anzahl der äquivalenten Pole = 360/Zahnteilung) im Vergleich zu den Hauptpolen aufzubauen, auf die die Wicklungsspulen gewickelt sind. Üblicherweise werden 4 Hauptpole für 3,6°-Hybride und 8 für 1,8°- und 0,9°-Typen verwendet.
Die folgende Gleichung zeigt den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Rotorpole, der äquivalenten Statorpole, der Anzahl der Phasen und dem Vollschrittwinkel eines Schrittmotors.
Schrittwinkel = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Wobei:
NPh = Anzahl der äquivalenten Pole pro Phase = Anzahl der Rotorpole
Ph = Anzahl der Phasen
N = Gesamtzahl der Pole für alle Phasen zusammen = NPh/Ph
Wenn die Rotor- und Statorzahnteilung ungleich ist, besteht eine kompliziertere Beziehung.
Größe
Neben der Klassifizierung nach dem Schrittwinkel werden Schrittmotoren auch nach Baugrößen klassifiziert, die der Baugröße des Motors entsprechen. Zum Beispiel hat ein Schrittmotor der NEMA-Größe 11 eine Baugröße von etwa 1,1 Zoll (28 mm). Ebenso hat ein Schrittmotor der NEMA-Größe 23 eine Baugröße von 2,3 Zoll (57 mm), usw. Die Gehäuselänge kann jedoch von Motor zu Motor innerhalb der gleichen Baugrößenklassifizierung variieren. Im Allgemeinen nimmt das verfügbare Drehmoment eines Motors einer bestimmten Baugröße mit zunehmender Gehäuselänge zu.
Drehmoment
Das Ausgangsdrehmoment und die Leistung eines Schrittmotors sind Funktionen der Motorgröße, der Motorwärmeableitung, des Arbeitstaktes, der Motorwicklung und der Art des verwendeten Antriebs. Wird ein Schrittmotor im Leerlauf über den gesamten Frequenzbereich betrieben, können eine oder mehrere eigenschwingende Resonanzstellen auftreten, die entweder akustisch oder durch Schwingungssensoren erfasst werden. Das nutzbare Drehmoment des Schrittmotors kann durch Resonanzen drastisch reduziert werden. Der Betrieb bei Resonanzfrequenzen sollte vermieden werden. Externe Dämpfung, zusätzliche Trägheit oder ein Mikroschritt-Antrieb können verwendet werden, um den Effekt der Resonanz zu reduzieren.
Bei einem Schrittmotor wird das Drehmoment erzeugt, wenn die magnetischen Flüsse von Rotor und Stator gegeneinander verschoben werden. Die Intensität des magnetischen Flusses und damit das Drehmoment sind proportional zur Anzahl der Windungen der Wicklung und zum Strom und umgekehrt proportional zur Länge des magnetischen Flussweges. Mit zunehmender Drehzahl wird die Zeit, die der Strom zum Ansteigen benötigt, zu einem bedeutenden Teil des Intervalls zwischen den Schrittimpulsen. Dadurch sinkt die durchschnittliche Stromstärke, so dass das Drehmoment bei höheren Drehzahlen abfällt.
Auflösung und Positioniergenauigkeit
Die Auflösung und Positioniergenauigkeit eines Schrittmotorsystems wird von mehreren Faktoren beeinflusst – dem Schrittwinkel (der Vollschrittlänge des Schrittmotors), dem gewählten Antriebsmodus (Vollschritt, Halbschritt oder Mikroschritt) und der Getrieberate. Dies bedeutet, dass es mehrere verschiedene Kombinationen gibt, die verwendet werden können, um die gewünschte Auflösung zu erhalten. Aus diesem Grund kann das Auflösungsproblem eines Stepperdesigns normalerweise behandelt werden, nachdem die Motorgröße und der Antriebstyp festgelegt wurden.
III. NORMALE AUSWAHLSCHRITTE
1. Bestimmen der Antriebskomponente
Bestimmen Sie den Mechanismus und die erforderlichen Spezifikationen. Bestimmen Sie zunächst bestimmte Merkmale der Konstruktion, wie Mechanismus, grobe Abmessungen, bewegte Strecken und Positionierdauer.
2. Berechnen Sie die erforderliche Auflösung
Ermitteln Sie die für den Motor erforderliche Auflösung. Bestimmen Sie anhand der benötigten Auflösung, ob ein reiner Motor oder ein Getriebemotor verwendet werden soll. Durch den Einsatz der Mikroschritttechnik wird die Erfüllung der geforderten Auflösung jedoch sehr einfach.
3. Bestimmen Sie das Betriebsmuster
Bestimmen Sie das Betriebsmuster, das die geforderten Spezifikationen erfüllt. Ermitteln Sie die Beschleunigungs- (Verzögerungs-) Periode und die Betriebsimpulsgeschwindigkeit, um das Beschleunigungsmoment zu berechnen.
4. Berechnen Sie das erforderliche Drehmoment
Berechnen Sie das Lastmoment und das Beschleunigungsmoment und finden Sie das erforderliche Drehmoment, das der Motor benötigt.
5. Wählen Sie den Motor aus
Machen Sie eine vorläufige Auswahl eines Motors auf der Grundlage des erforderlichen Drehmoments. Bestimmen Sie den zu verwendenden Motor anhand der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie.
6. Überprüfen Sie den ausgewählten Motor
Bestätigen Sie die Beschleunigungs-/Verzögerungsrate und das Trägheitsverhältnis.
IV. MOTION CONTROL PRODUCTS‘ SCHRITTMOTOREN
Motion Control Products bietet viele Serien von Schrittmotoren an, wie z.B. 2-Phasen-Schrittmotoren und 3-Phasen-Schrittmotoren (von NEMA Baugröße 8 bis 42) sind verfügbar. Unsere Schrittmotoren übernehmen fortschrittliche Technologie aus den U.S.A. und verwenden hochwertiges kaltgewalztes Kupferblech und Anti-Hochtemperatur-Permanentmagnet. Die Schrittmotoren von Motion Control zeichnen sich durch ihre hohe Zuverlässigkeit und geringe Erwärmung aus. Aufgrund ihrer internen Dämpfungseigenschaften können unsere Schrittmotoren sehr ruhig laufen und haben keinen offensichtlichen schwingenden Bereich im gesamten Drehzahlbereich der Motoren. Die PDF-Übersicht (unten zum Download) zeigt die typischen Modelle der Schrittmotoren von Motion Control Products.