De twee meest gebruikte types stappenmotoren zijn de permanente magneet en de hybride types. Over het algemeen kan de hybride stappenmotor de betere keuze zijn samen met het verminderen van de kosten, omdat het betere prestaties biedt met betrekking tot stapresolutie, koppel en snelheid.
II. HET KIEZEN VAN EEN STEPPERMOTOR
Een stappenmotor kan een goede keuze zijn wanneer gecontroleerde beweging nodig is. Zij kunnen worden gebruikt in toepassingen waar u de rotatiehoek, snelheid, positie en synchronisme moet regelen. Vanwege de eerder genoemde inherente voordelen, hebben stappenmotoren hun plaats gevonden in veel verschillende toepassingen. Enkele van deze toepassingen zijn printers, plotters, X-Y tafels, lasersnijders, graveermachines, pick-place apparaten, enzovoort.
Bij het selecteren van een stappenmotor voor uw toepassing zijn er verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden:
- Hoe wordt de motor aan de belasting gekoppeld?
- Hoe snel moet de last bewegen of versnellen?
- Hoeveel koppel is nodig om de last te verplaatsen?
- Welke nauwkeurigheid is nodig bij het positioneren van de last?
Fasen, polen en stuurhoeken
Stappenmotoren hebben meestal twee fasen, maar er bestaan ook drie- en vijf-fasen motoren. Een bipolaire motor met twee fasen heeft één wikkeling/fase, en een unipolaire motor heeft één wikkeling met een middenaftakking per fase. Soms wordt de stappenmotor een “vierfasenmotor” genoemd, ook al heeft hij maar twee fasen. De motoren die twee afzonderlijke wikkelingen per fase hebben, kunnen zowel in bipolaire als in unipolaire modus worden aangedreven.
Een pool kan worden gedefinieerd als een van de gebieden in een gemagnetiseerd lichaam waar de magnetische fluxdichtheid geconcentreerd is. Zowel de rotor als de stator van een stappenmotor hebben polen. Het hybride type stappenmotor heeft een rotor met tanden. De rotor is in twee delen gesplitst, gescheiden door een permanente magneet waardoor de helft van de tanden zuidpolen en de andere helft noordpolen zijn. Het aantal poolparen is gelijk aan het aantal tanden op één van de rotorhelften. De stator van een hybride motor heeft ook tanden om een groter aantal equivalente polen op te bouwen (kleinere poolafstand, aantal equivalente polen = 360/tandafstand) in vergelijking met de hoofdpolen, waarop de wikkelspoelen worden gewikkeld. Gewoonlijk worden 4 hoofdpolen gebruikt voor 3,6° hybrides en 8 voor 1,8° en 0,9° types.
De volgende vergelijking toont het verband tussen het aantal rotorpolen, de equivalente statorpolen, het aantal fasen en de volledige-staphoek van een stappenmotor.
Staphoek = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Waar:
NPh = aantal equivalente polen per fase = aantal rotorpolen
Ph = totaal aantal polen voor alle fasen samen = NPh/Ph
Als de tandsteek van rotor en stator ongelijk is, bestaat er een ingewikkelder verband.
Maat
Naast de indeling naar staphoek, worden stappenmotoren ook ingedeeld naar framemaat die overeenkomt met de framemaat van de motor. Bijvoorbeeld, een NEMA size 11 stappenmotor heeft een frame grootte van ongeveer 1.1 inch (28mm). Evenzo heeft een NEMA stappenmotor maat 23 een framemaat van 2,3 inch (57 mm), enz. De lengte van de behuizing kan echter variëren van motor tot motor binnen dezelfde framegrootteklasse. Over het algemeen zal het beschikbare koppel van een bepaalde framemaat motor toenemen naarmate de romplengte toeneemt.
Koppel
Het uitgangskoppel en vermogen van een stappenmotor zijn functies van de motorgrootte, de warmteafvoer van de motor, de arbeidscyclus, de wikkeling van de motor en het type aandrijving dat wordt gebruikt. Als een stappenmotor onbelast wordt gebruikt over het gehele frequentiebereik, kunnen een of meer natuurlijke oscillerende resonantiepunten worden gedetecteerd, hetzij hoorbaar of door trillingssensoren. Het bruikbare koppel van de stappenmotor kan door resonanties drastisch worden gereduceerd. Werking bij resonantiefrequenties moet worden vermeden. Externe demping, toegevoegde traagheid, of een microstepping aandrijving kunnen worden gebruikt om het effect van resonantie te verminderen.
In een stappenmotor wordt het koppel opgewekt wanneer de magnetische fluxen van de rotor en stator van elkaar worden verplaatst. De magnetische fluxintensiteit en bijgevolg het koppel zijn evenredig met het aantal windingen en de stroom en omgekeerd evenredig met de lengte van het magnetische fluxpad. Naarmate de rotatiesnelheid toeneemt, wordt de tijd die de stroom nodig heeft om te stijgen een aanzienlijk deel van het interval tussen de stappenpulsen. Hierdoor daalt het gemiddelde stroomniveau, zodat het koppel bij hogere snelheden afneemt.
Resolutie en positioneringsnauwkeurigheid
De resolutie en positioneringsnauwkeurigheid van een stappenmotor systeem wordt beïnvloed door verschillende factoren-de stappenhoek (de stappenmotor volledige staplengte), de gekozen aandrijfmodus (volledige stap, halve stap of microstepping), en de overbrengingsverhouding. Dit betekent dat er verschillende combinaties zijn die kunnen worden gebruikt om de gewenste resolutie te verkrijgen. Hierdoor kan het resolutieprobleem van een stappenmotorontwerp normaal gesproken worden aangepakt nadat de motorgrootte en het aandrijftype zijn vastgesteld.
III. NORMALE SELECTIE STAPPEN
1. Bepaling van het onderdeel van het aandrijfmechanisme
Bepaal het mechanisme en de vereiste specificaties. Bepaal eerst bepaalde kenmerken van het ontwerp, zoals mechanisme, ruwe afmetingen, bewogen afstanden en positioneringstijd.
2. Bereken de vereiste resolutie
Vind de resolutie die de motor vereist. Bepaal uit de vereiste resolutie of een motor alleen of een motorreductor moet worden gebruikt. Door gebruik te maken van de microstepping technologie wordt het echter zeer eenvoudig om aan de vereiste resolutie te voldoen.
3. Bepaal het bedrijfspatroon
Bepaal het bedrijfspatroon dat aan de vereiste specificaties voldoet. Vind de acceleratie (deceleratie) periode en de bedrijfspulssnelheid om het acceleratiekoppel te berekenen.
4. Bereken het vereiste koppel
Bereken het belastingskoppel en het acceleratiekoppel en vind het vereiste koppel dat door de motor wordt gevraagd.
5. Selecteer de motor
Maak een voorlopige selectie van een motor op basis van het vereiste koppel. Bepaal de te gebruiken motor aan de hand van de toerental-koppelkarakteristieken.
6. Controleer de gekozen motor
Bevestig de versnellings-/vertragingssnelheid en de traagheidsverhouding.
IV. MOTION CONTROL PRODUCTS’ STEPPER MOTOREN
Motion Control Products biedt vele series stappenmotoren, zoals 2-fase stappenmotoren en 3-fase stappenmotoren (van NEMA framemaat 8 tot 42) zijn beschikbaar. Onze stappenmotoren nemen geavanceerde technologie uit U.S.A, met behulp van high-class koudwalsen blad koper en anti-hoge temperatuur permanente magneet. De stappenmotoren van Motion Control onderscheiden zich door hun hoge betrouwbaarheid en geringe opwarming. Door hun interne demping kenmerken, kunnen onze stappenmotoren zeer soepel draaien en hebben geen duidelijke oscillerende gebied binnen het gehele snelheidsbereik van de motoren. Het PDF overzicht (hieronder te downloaden) toont de typische modellen van de stappenmotoren van Motion Control Products.