Drei Haupttypen von Schrittmotoren: Unterschiede zwischen Permanentmagneten, variabler Widerwille und Hybridtypen

Basierend darauf, wie der Rotor ein Magnetfeld und Drehmoment erzeugt, werden Schrittmotoren üblicherweise in drei Haupttypen unterteilt:

→ Permanentmagnet-Schrittmotor, PM
→ Reluktanz-Schrittmotor, VR
→ Hybrid-Schrittmotor

Der Reluktanztyp wird auch häufig als Reaktanz-Schrittmotorbezeichnet.

Alle drei Typen drehen sich Schritt für Schritt, indem die Statorwicklungen nacheinander bestromt werden. Ihre Rotorstrukturen, Drehmomenterzeugungsprinzipien, Auflösung und Anwendungsbereiche sind jedoch unterschiedlich.

Ein Permanentmagnet-Schrittmotor hat einen Rotor, der Permanentmagnete enthält.

Wenn die Statorwicklungen nacheinander bestromt werden, interagiert das sich ändernde Stator-Magnetfeld mit dem Permanentmagnetfeld des Rotors und bewegt den Rotor durch vordefinierte Winkel-Schritte.

→ Permanentmagnete werden im Rotor verwendet
→ Relativ einfache Konstruktion
→ Bietet normalerweise ein gewisses statisches Haltemoment
→ Geradliniges Verhalten bei niedriger Drehzahl
→ Herstellungskosten sind oft leichter zu kontrollieren

→ Relativ einfache Struktur
→ Leicht verständliches Steuerprinzip
→ Nützliche Haltefähigkeit bei niedriger Drehzahl und im Stillstand
→ Geeignet für kostenempfindliche Anwendungen mit moderaten Leistungsanforderungen

→ Schrittwinkel und Auflösung sind durch die Motorstruktur begrenzt
→ Drehmomentdichte und Positionierungsfähigkeit sind im Allgemeinen geringer als bei Hochleistungs-Hybridmotoren
→ Hochgeschwindigkeitsleistung und dynamische Reaktion hängen vom spezifischen Design ab
→ Er sollte nicht automatisch einen hochpräzisen Positioniermotor ersetzen

PM-Schrittmotoren können in einfachen, langsam laufenden und kostensensiblen Mechanismen eingesetzt werden, wie z. B. in kleinen Instrumenten, einfachen Zuführmechanismen und einigen Verbrauchergeräten.

Die tatsächliche Anwendung muss immer noch gegen Last-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Größenanforderungen bewertet werden.

Ein Reluktanz-Schrittmotor, auch reaktiver Schrittmotor genannt, hat normalerweise einen gezahnten Rotor aus weichmagnetischem Material.

Er verlässt sich nicht auf einen Permanentmagneten im Rotor, um das Hauptmagnetfeld zu erzeugen.

Wenn verschiedene Statorwicklungen nacheinander bestromt werden, bewegt sich der Rotor zur Position mit geringerer magnetischer Reluktanz und einem günstigeren magnetischen Pfad.

→ Der Rotor hat normalerweise keinen Permanentmagneten
→ Drehmoment wird hauptsächlich durch Änderungen der magnetischen Reluktanz erzeugt
→ Der Rotor kann eine relativ geringe Trägheit aufweisen
→ Elektromagnetische Reaktion hängt stark vom Design ab
→ Haltemoment und Verhalten bei Stromausfall hängen von der spezifischen Struktur ab

→ Relativ einfache Rotor-Konstruktion
→ Potenziell geringe Rotor-Trägheit
→ Bestimmte Designs können ein reaktionsschnelles dynamisches Verhalten bieten
→ Kein Rotor-Permanentmagnet erforderlich

→ Haltemoment bei Stromausfall durch einen Permanentmagneten ist im Allgemeinen nicht verfügbar
→ Drehmoment und Positionierungsverhalten bei niedriger Drehzahl hängen vom Zahn- und Magnetkreisdesign ab
→ Die Steuerungsmethode und das mechanische System müssen zusammen bewertet werden
→ Er ist in vielen universellen Positionierungsanwendungen weniger verbreitet als der Hybridtyp

VR-Schrittmotoren können in Betracht gezogen werden, wenn geringe Rotor-Trägheit, vereinfachte Konstruktion oder ein bestimmtes dynamisches Verhalten wichtig sind.

Ein leichterer Rotor bedeutet jedoch nicht automatisch höhere Geschwindigkeit oder bessere Genauigkeit. Die tatsächliche Drehmoment-Drehzahl-Kurve und die Systemtest-Ergebnisse sind immer noch wichtig.

Ein Hybrid-Schrittmotor kombiniert die Betriebsprinzipien von PM- und VR-Schrittmotoren.

Sein Rotor enthält im Allgemeinen einen Permanentmagneten und verwendet auch eine gezahnte Struktur. Der Stator erzeugt durch seine Wicklungen ein sich änderndes Magnetfeld.

Dadurch nutzt der Hybridmotor sowohl Permanentmagnet-Drehmoment als auch Reluktanz-Drehmoment.

→ Permanentmagnet im Rotor
→ Feinzahn-Rotor- und Statorstruktur
→ Permanentmagnet-Drehmoment plus Reluktanz-Drehmoment
→ Potenzial für einen kleinen Schrittwinkel
→ Normalerweise höheres Haltemoment und bessere Positionierungsauflösung

→ Generell hohe Drehmomentdichte
→ Kleine Schrittwinkel sind möglich
→ Gute Haltefähigkeit bei niedriger Drehzahl
→ Geeignet für viele Präzisionsbewegungsanwendungen
→ Weit verbreitet in modernen industriellen Schrittmotorsystemen

→ Komplexere Konstruktion
→ Normalerweise höhere Kosten als einfachere Motortypen
→ Rotor-Trägheit, Temperaturanstieg, Resonanz und Antriebseinstellungen erfordern weiterhin eine Bewertung
→ Ein kleinerer Schrittwinkel bedeutet nicht automatisch eine höhere Positionierungsgenauigkeit auf Maschinenebene

Hybrid-Schrittmotoren werden häufig eingesetzt in:

→ 3D-Drucker
→ CNC-Geräte
→ Verpackungs- und Etikettiermaschinen
→ Medizinische und Laborgeräte
→ Roboter- und Automatisierungsmechanismen
→ Drucker, Scanner und Präzisionszuführsysteme

Die endgültige Auswahl hängt immer noch von Last, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Einschaltdauer, Temperaturanstieg und den Folgen von Schrittverlusten ab.

Dies ist nur ein Vergleich auf Typenebene. Die tatsächliche Leistung muss anhand des spezifischen Motors, Treibers und mechanischen Systems beurteilt werden.

Nicht unbedingt.

Hybrid-Schrittmotoren werden in der industriellen Automatisierung häufig eingesetzt, da sie oft eine gute Balance zwischen Drehmoment, Schrittwinkel und Anwendungsbereich bieten.

PM- oder VR-Motoren können jedoch besser geeignet sein, wenn das Projekt Folgendes priorisiert:

→ Niedrige Kosten
→ Einfache Konstruktion
→ Betrieb bei geringer Last
→ Geringe Rotor-Trägheit
→ Eine bestimmte Einbaugröße
→ Ein bestimmtes dynamisches Verhalten

Die Motorauswahl sollte nicht allein auf dem Motortyp basieren. Prüfen Sie auch:

→ Drehmoment-Drehzahl-Kurve
→ Nennstrom und Betriebsspannung
→ Lastdrehmoment und Beschleunigung
→ Rotor-Trägheit
→ Temperaturanstieg und Einschaltdauer
→ Vibration, Geräusche und Resonanz
→ Die Folgen von Schrittverlusten
→ Ob ein Encoder oder eine Closed-Loop-Steuerung erforderlich ist

Die drei Typen können wie folgt verstanden werden:

→ PM: Relativ einfache Struktur für kostensensible und allgemeine Steuerung bei niedriger Drehzahl
→ VR: Reluktanzbasierter Betrieb für spezifische strukturelle und dynamische Anforderungen
→ Hybrid: Kombinierte PM- und Reluktanzprinzipien für eine breitere Palette von Präzisionsbewegungsanwendungen

Der entscheidende Punkt ist:

Der Motortyp definiert eine strukturelle und leistungsbezogene Richtung. Er bestimmt nicht allein die endgültige Maschinenpräzision.

Die endgültige Leistung hängt auch vom Treiber, Strom, mechanischer Übertragung, Last, Beschleunigung, Montage und der Steuerstrategie ab.

Konzentrieren Sie sich bei der Auswahl eines Schrittmotors mehr auf den Motortyp, die Drehmoment-Drehzahl-Kurve oder die tatsächlichen Systemtest-Ergebnisse?