5-Phasen-Schrittmotor

Was ist ein 5-Phasen-Schrittmotor?

Schrittmotoren sind Motoren, deren Drehwinkel und -geschwindigkeit durch Impulssignale gesteuert werden können und die eingesetzt werden, wenn eine genaue Positionierung erforderlich ist.

Unter den Schrittmotoren werden diejenigen mit einem Bewegungswinkel von 0,72° pro Impuls als 5-Phasen-Schrittmotoren bezeichnet.

Anwendungen von 5-Phasen-Schrittmotoren

Schrittmotoren werden in Maschinen eingesetzt, die eine besonders genaue Positionierungsgenauigkeit erfordern.

Zu den spezifischen Anwendungen gehören Maschinen zur Fabrikautomatisierung, Anlagen zur Herstellung von Halbleitern, Flachbildschirmen (FPD) und Fotovoltaik-Panels, Analysegeräte, medizinische Geräte und Präzisionstische, bei denen eine besonders präzise Steuerung erforderlich ist.

Funktionsweise der 5-Phasen-Schrittmotoren

Schrittmotoren bestehen wie gewöhnliche Motoren hauptsächlich aus einem „Rotor“ und einem „Stator“. Um jedoch den Drehwinkel mit hoher Präzision steuern zu können, weisen Rotor und Stator die folgenden Merkmale auf:

1. Rotor

Der Rotor ist der Läufer im Inneren des Schrittmotors. Der Rotor besteht aus vier Teilen: zwei Rotoren, einem Magneten und einer Rotorwelle, die jeweils 50 kleine Zähne auf ihrem Umfang hat.

Die kleinen Zähne sind gleichmäßig verteilt, so dass eine Teilung 7,2° beträgt. Die Rotoren sind mit einem Versatz von 3,6° zueinander zusammengebaut und enthalten einen Permanentmagneten. Durch diese Struktur wird ein Rotor auf den N-Pol und der andere auf den S-Pol magnetisiert.

2. Stator

Der Stator befindet sich auf der Außenseite des Rotors und hat, wie bei den meisten Motoren, Wicklungen, die um einen Eisenkern gewickelt sind. Insbesondere bei den 5-Phasen-Schrittmotoren wird eine Reihe von „Phasen“ in gegenüberliegenden Positionen quer über den Rotor gebildet, von Phase A bis Phase E, also insgesamt zehn in einer Reihe.

Der Stator jeder Phase hat ebenfalls kleine Zähne mit einer Teilung von 7,2°.

Merkmale von 5-Phasen-Schrittmotoren

Schrittmotoren haben die folgenden Hauptmerkmale:

• Sie sind kompakt und können hohe Drehmomente erzeugen, die ein häufiges Starten und Stoppen ermöglichen.
• Auch bei Stillstand des Motors wird eine Haltekraft erzeugt, so dass die Stillstandsposition auch ohne mechanische Bremse gehalten werden kann.
• Im Vergleich zu Servomotoren mit gleichen Montagewinkelabmessungen können größere Trägheitslasten angetrieben werden.

Neben diesen Eigenschaften werden 5-Phasen-Schrittmotoren z.B. zum Antrieb von XY-Tischen für Mikroskope eingesetzt, da diese mit hoher Präzision positioniert werden können.

Weitere Informationen zu 5-Phasen-Schrittmotoren

1. Arbeitsweise von 5-Phasen-Schrittmotoren

1. An die Phase A des Stators wird ein Strom angelegt, um den S-Pol zu erregen. Die kleinen Zähne des Rotors, die zum N-Pol magnetisiert sind, ziehen sich dann gegenseitig an und bleiben stehen. Der Versatz zwischen den kleinen Zähnen des benachbarten B-Phasenpols und den kleinen Zähnen des am S-Pol magnetisierten Rotors auf der anderen Seite beträgt 0,72°.
2. Dann wird ein Strom durch die Phase B des Stators geleitet und der Stator wird zum N-Pol erregt. Die kleinen Zähne der Pole der B-Phase und die kleinen Zähne des Rotors, die um 0,72° versetzt waren, ziehen sich gegenseitig an, und der Stator dreht sich um 7,2° und bleibt stehen.

Durch Wiederholung des obigen Vorgangs wird der Rotor jedes Mal um 7,2° gedreht, wodurch sich die Phase des zu erregenden Stators nacheinander von Phase A zu Phase B und dann zu Phase C ändert. Das elektrische Signal für die Steuerung ist „ein Impuls für einen Zyklus Strom ein/aus“; wenn ein Impuls eingegeben wird, dreht sich die Ausgangswelle des Motors um einen Schrittwinkel (0,72° für 5 Phasen).

2. Verdrahtung von 5-Phasen-Schrittmotoren

Die Eigenschaften eines 5-Phasen-Schrittmotors hängen von der Art der Verdrahtung ab. Bei der Entwicklung eines Geräts ist es wichtig, die Verdrahtungsmethode zu kennen, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung zu erreichen, das für das Gerät geeignet ist. Zu den Verdrahtungsmethoden gehören Stern-, Fünfeck- und neue Fünfeckverdrahtung.

3. Steuerung von 5-Phasen-Schrittmotoren

Schrittmotoren maximieren ihre Eigenschaften, indem sie ihre Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit einstellen. Die Einstellung der Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit wird im Allgemeinen als Betriebsmuster bezeichnet. Es gibt zwei verschiedene Muster:

Selbstanlaufendes Betriebsmuster
Dies ist ein Betriebsmuster, bei dem der Motor von Anfang bis Ende mit der gleichen Drehzahl läuft. Es wird als Rechteckbetrieb bezeichnet, weil die Kurve von Drehzahl und Zeit ein Quadrat (Rechteck) bildet.

Trapezförmiges Betriebsmuster
Hierbei handelt es sich um ein Betriebsmuster, bei dem der Motor zunächst mit einer langsamen Drehzahl läuft, dann allmählich auf eine hohe Drehzahl ansteigt, eine gewisse Zeit lang mit maximaler Drehzahl läuft, dann allmählich auf eine niedrige Drehzahl abfällt und schließlich stoppt. Er wird als Trapezantrieb bezeichnet, weil die Kurve von Drehzahl und Zeit eine Trapezform bildet.

Die Drehgeschwindigkeit des Motors wird durch folgende Faktoren bestimmt:

• Eigenschaften des gewählten Motors
• Masse des zu bewegenden Objekts
• Reibung, die auf das zu bewegende Objekt wirkt
• die dem Motor zugeführte Leistung
• Art der Verkabelung des Motors
• Art der Erregung des Motors

Die Eigenschaften des gewählten Motors, insbesondere die Trägheit des Rotors, sind von größter Bedeutung, vor allem, wenn der Motor in Anwendungen eingesetzt wird, die eine schnelle Bewegung und ein schnelles Anhalten erfordern.

4. Unterschiede zwischen 5-Phasen-Schrittmotoren und 2-Phasen-Schrittmotoren

5-Phasen-Schrittmotoren sind im Allgemeinen extrem teuer im Vergleich zu 2-Phasen Schrittmotoren, aber 5-Phasen-Schrittmotoren bieten einen kleineren Motordrehwinkel pro Schritt (die kleinste Einheit der Drehanweisung an den Motor) als 2-Phasen Schrittmotoren. Daher werden 5-Phasen-Schrittmotoren gewählt, wenn die folgenden Eigenschaften erforderlich sind:

• Wenn Sie den Motor in einem kleinen Winkel drehen wollen.
• Wenn ein niedriger Geräuschpegel erforderlich ist.