Welche Arten von Schrittmotoren gibt es?

A Schrittmotorist ein Aktuator, der mit elektrischen Impulsen gesteuert wird und die elektrischen Impulse (digitale Signale) in Winkelverschiebungen umwandelt. Die rasante Entwicklung der Mikroelektroniktechnik und Antriebstechnik hat in den letzten Jahren die Entwicklung von Schrittmotoren weiter vorangetrieben. Dieses Dokument bietet eine ausführliche Einführung in die Schrittmotortypen und kategorisiert sie umfassend nach der Anzahl der Phasen, der Struktur des Rotors und dem Antriebsmodus.

 

1. Klassifizierung nach der Anzahl der Statorphasen

Die Anzahl der Phasen bezieht sich auf die Anzahl der Wicklungen im Schrittmotor. Die heute üblicherweise verwendeten Schrittmotoren sind Zweiphasen-, Dreiphasen- und Fünfphasen-Schrittmotoren. Je nach Phase haben sie unterschiedliche Schrittwinkel. Im Allgemeinen beträgt der Schrittwinkel des Zweiphasen-Schrittmotors 0,9 Grad / 1,8 Grad, der des Dreiphasen-Schrittmotors beträgt 1,2 Grad und der des Fünfphasen-Schrittmotors beträgt 0,72 Grad .

 

1. 1Zweiphasen-Schrittmotor

Ein Zweiphasen-Schrittmotor hat zwei Wicklungen und ist relativ einfach aufgebaut, was für einige Anwendungen geeignet ist, bei denen die Kosten begrenzt sind, aber eine hohe Präzision erforderlich ist. Darüber hinaus weist er normalerweise niedrige Vibrationspegel auf und ist daher auch für Vibrationen geeignet -sensible Anwendungen.

1.2 Dreiphasen-Hybrid-Schrittmotor

Ein dreiphasiger Schrittmotor verfügt über drei Wicklungen mit komplexerer Struktur und eignet sich für Anwendungen, die eine hohe Laufruhe und Steuerungsstabilität erfordern, wie z. B. hochwertige CNC-Werkzeugmaschinen und Präzisionsinstrumente.

1.3 Fünfphasen-Hybrid-Schrittmotor

Der 5-Phasen-Schrittmotor hat fünf Wicklungen. Im Vergleich zu Zweiphasen- und Dreiphasenmotoren können sie eine höhere Schrittwinkelauflösung bieten, was dazu beiträgt, eine feinere Bewegungssteuerung zu realisieren, die für Anwendungen geeignet ist, die eine sehr hohe Steuerungsgenauigkeit erfordern, wie z. B. Laserschneidmaschinen, Präzisionspositionierungssysteme usw.

 

 

2. Klassifizierung nach Rotorstruktur

Je nach Rotorstruktur kann der Schrittmotor in Schrittmotoren mit variabler Reluktanz, Hybrid-Schrittmotoren und Permanentmagnet-Schrittmotoren eingeteilt werden

 

2.1 Schrittmotor mit variabler Reluktanz.

Der Motorrotor besteht aus weichmagnetischem Material ohne magnetischen Stahl und auf der Außenfläche des Rotorpols und der Innenfläche des Statorpols befinden sich viele kleine Zähne gleicher Größe und Teilung. Wenn die Statorspule mit Strom versorgt wird, magnetisiert sich der Statorpol und zieht die Rotorzähne an, wodurch ein Drehmoment für die Bewegung um einen Schritt erzeugt wird. Im Vergleich zu Permanentmagnetmotoren, die ein magnetisches Anziehungsdrehmoment und ein magnetisches Abstoßungsdrehmoment erzeugen, erzeugt der Schrittmotor mit variabler Reluktanz nur ein Anziehungsdrehmoment. Seine Struktur ist einfach und er hat einen kleinen Schrittwinkel von bis zu 1,2 Grad. Im Vergleich zu anderen Arten von Schrittmotoren sind die Kosten geringer. Gleichzeitig weist es jedoch einige Mängel auf, wie z. B. schlechte dynamische Leistung, geringer Wirkungsgrad, große Wärmeentwicklung usw

 

2.2 Hybrid-Schrittmotor

Ein Hybrid-Schrittmotor kombiniert die Vorteile eines reaktiven und eines Permanentmagnettyps mit mehrphasigen Wicklungen am Stator, Permanentmagnetmaterial am Rotor und mehreren kleinen Zähnen sowohl am Rotor als auch am Stator, um die Schrittgenauigkeit zu verbessern. Es zeichnet sich durch ein großes Ausgangsdrehmoment, eine gute dynamische Leistung und einen kleinen Schrittwinkel aus, aber der Aufbau ist kompliziert und die Kosten relativ hoch.

 

2.3 Permanentmagnet-Schrittmotor

Der Rotor des Permanentmagnet-Schrittmotors besteht aus Permanentmagnetmaterial und die Anzahl der Pole des Rotors entspricht der Anzahl der Pole des Stators. Er zeichnet sich durch eine gute dynamische Leistung und ein großes Ausgangsdrehmoment aus, weist jedoch eine geringe Präzision und einen großen Schrittwinkel (im Allgemeinen 7,5 Grad oder 15 Grad) auf.

 

3. Einteilung nach Antriebsart (bipolarer Antrieb/unipolarer Antrieb)

Schrittmotoren werden je nach Antriebsmethode auch in unipolare Schrittmotoren und bipolare Schrittmotoren eingeteilt. Wenn die Spule eines Schrittmotors Strom in beide Richtungen leiten kann, dann ist der Schrittmotor bipolar. Darf die Spule des Schrittmotors hingegen nur Strom in eine Richtung leiten, dann ist der Schrittmotor unipolar.

 

Die Spule in der Abbildung unten kann Strom in beide Richtungen leiten, es handelt sich also um einen bipolaren Schrittmotor.

 

Der mittlere Draht der Spule in der Abbildung unten ist immer mit dem Pluspol der Stromversorgung oder immer mit dem Minuspol der Stromversorgung verbunden und es handelt sich um einen unipolaren Schrittmotor.

 

Im Allgemeinen werden bipolare Antriebe für Lasten mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment verwendet, während unipolare Antriebe für Hochgeschwindigkeitsantriebe verwendet werden. Dies liegt daran, dass das Ausgangsdrehmoment des bipolaren Typs bei niedrigen Drehzahlen etwa 50 % größer ist als das des unipolaren Typs. Bei hohen Drehzahlen wird die Induktivität des bipolaren Typs aufgrund der großen Windungszahl groß, was den Strom und damit das Drehmoment reduziert. Daher ist es notwendig, die unipolare oder bipolare Antriebsanwendung entsprechend der Größe der Last, der Einsatzgeschwindigkeit, der Beschleunigungszeit usw. sinnvoll auszuwählen.