So funktioniert ein Schrittmotor.

Schrittmotoren sind aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit und der präzisen Positionskontrolle einer der am häufigsten verwendeten Motortypen von modernen Ingenieuren. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Anatomie von Schrittmotoren mit variabler Zurückhaltung und Hybrid-Schrittmotoren.

NEMA Größen

NEMA-Größen sind eine Reihe von standardisierten Gehäuseabmessungen, die von der US National Electrical Manufacturers Association (NEMA) festgelegt wurden.

Die NEMA-Nummer eines bestimmten Motors stellt die Flächenbreite des Motorgehäuses in Zoll dar, erhöht um den Faktor 10. Beispielsweise ist ein NEMA 14Motor 1,4 Zoll, ein NEMA 171,7 Zoll und ein NEMA 232,3 Zoll. Obwohl alle Motoren innerhalb einer NEMA-Klassifikation die gleiche Flächengröße haben, ist die Länge der Motorkörper keine konstante Dimension und kann dramatisch variieren.

Stator

Der Stator eines Schrittmotors ist der äußere Teil des inneren Mechanismus, der während des Betriebs stationär bleibt. Der Stator besteht aus mehreren elektromagnetischen Phasen, von denen jede aus mehreren Magnetwicklungen besteht.

Wicklungen

Wicklungen oder Spulen sind die grundlegenden elektromagnetischen Komponenten eines Schrittmotors. Eine Elektromagnetspule besteht aus nur zwei Teilen, einem dicht gewickelten leitfähigen Draht und einem magnetischen Kern. Wenn Strom durch eine Magnetspule geleitet wird, entsteht ein Magnetfeld, das wiederum die Zähne des Rotors in Position zieht.

Phasen

Eine Phase ist der Name einer Sammlung mehrerer Wicklungen, die nacheinander verdrahtet sind, damit sie im Einklang magnetisieren können. Phasen können als die Anzahl der verschiedenen Kombinationen betrachtet werden, in denen die Spulen eines Schrittmotors energetisiert werden können.

Rotor

Der zentrale Rotor eines Schrittmotors ist eine wichtige Komponente, die es der Motorwelle ermöglicht, mit den Magnetfeldern zu greifen, die von den Spulen des Motors erzeugt werden. Der Rotor eines Hybrid-Schrittmotors ist eine permanent ferromagnetisierte Säule mit einer großen Anzahl gleichmäßiger Zähne. Die Zähne eines Rotors sind zu mehreren falsch ausgerichteten Zahnringen angeordnet, die als Laminierung bekannt sind. Diese Fehlausrichtung ermutigt den Rotor, sich reibungslos und kontinuierlich zu drehen — ohne sie würde sich ein Schrittmotor in scharfen, sprungigen Schritten bewegen oder schlimmer noch, während des Betriebs einfach verriegeln.

Kugellager

Die Mittelwelle eines Schrittmotors wird von einem weiteren Drehlagergehalten. Lager werden verwendet, um die Welle des Motors zu zentralisieren und die Reibung während der Rotation zu reduzieren. Die Reduzierung der Reibung verbessert die Betriebseffizienz und die Lebensdauer eines Motors. Da Schrittmotoren eine bürstenlose Konstruktion mit sehr wenigen internen Reibungsquellen sind, sind die Lager in der Regel der einzige Teil eines Schrittmotors, der nach einer langen Lebensdauer „abgenutzt“ wird.

Treiber

Ein Schrittmotortreiberkann eine mäßig einfache oder hochkomplexe Schaltung sein, die als Steuersystem und als Verstärker für den Eingangsstrom eines Schrittmotors fungiert. Ein Fahrer ist so programmiert, dass er in rascher Folge oder im Wechsel Strom in jede Phase eines Motors leitet — potenziell tausende Male pro Sekunde. Durch die Stromsteuerung und die Einbindung jeder Motorphase in präzise zeitgesteuerten Schritten kann ein Schrittmotor so gesteuert werden, dass er mit genau eingehaltenen Geschwindigkeiten läuft oder eine punktgenaue Positionierung erreicht.

So funktioniert ein Schrittmotor

Wir lieben dieses Video von Learn Engineering, das zeigt, wie ein Stepper mit sauberen Animationen arbeitet und auch das Konzept des „Half Steppings“ erklärt:

Weitere Informationen zu Schrittmotoren finden Sie in unserem ausführlicheren Artikel: Unipolar Vs Bipolar Schrittmotoren