Stappenmotoren

Ga hier naar de productenpagina:

Gedurende de laatste jaren is de belangstelling voor de stappenmotor enorm toegenomen. Dit vooral omdat geïntegreerde digitale elektronische circuits, relatief goedkope besturingen en een mogelijkheid tot een encoder feedback, een optimaal gebruik van dit type motor mogelijk maakt. Een stappenmotor kan worden beschreven als een motor waarvan de rotor (en dus de uitgaande as) niet continu maar stapsgewijs draait en per stap een vaste hoekverdraaiing uitvoert. Deze beweging wordt verkregen door aan de statorspoelen, in een bepaalde volgorde, impulsvormige spanningen toe te voeren. Door de schakelvolgorde te veranderen is het mogelijk de draairichting van de rotor om te keren. Het aantal stappen per omwenteling hangt af van:
1. De constructie van de motor.
2. De manier waarop de motor wordt geschakeld (zie sturing stappenmotoren).

De voordelen van de stappenmotor boven de gelijkstroom servomotor zijn onder andere:
1. Bij stappenmotoren is voor positionering en toerentalregeling in principe alleen een stuurcircuit nodig. Een terugkoppeling is niet nodig. Dergelijke circuits kunnen universeel en vrij eenvoudig ontworpen en vervaardigd worden.
2. Qua prijs is de combinatie stappenmotor + sturing heel aantrekkelijk.
3. In rusttoestand (stroomloos) is een beperkt houdkoppel beschikbaar.
4. Een hoog koppel bij lage toerentallen (tot ± 300 o.p.m. max. koppel) waardoor voor veel toepassingen geen vertragingskast nodig is.

Er zijn de volgende typen stappenmotoren:
1. Twee stator stappen motoren. Deze motoren zijn opgebouwd uit 2 statorspoelen en 1 rotor met permanent magneet.
De statorspoelen liggen 90 graden elektrisch ten opzichte van elkaar verschoven.
2. Vijf stator stappenmotoren. Deze motoren hebben 5 statorspoelen die in een bepaalde volgorde worden geschakeld en 1 rotor met 5 permanent magneten waarvan de polen ten opzichte van elkaar in fase verschoven liggen.
3. Permanent magneet stappenmotoren of schijfanker stappenmotoren. De rotor heeft de vorm van een schijf. Er worden zeldzame aarde magneten toegepast.
Dit geeft additionele voordelen ten opzichte van standaard stappenmotoren. Zoals:
1. Laag massa traagheidsmoment van de rotor.
2. Hoge versnelling mogelijk.
3. Hoge start stop frequentie mogelijk.
4. Hoge vermogensdichtheid.
5. Houdkoppel in stroomloze toestand.
6. Toepasbaar voor microstepping.
4. De reluctantiemotor heeft een rotor die is opgebouwd uit zacht magnetisch (week metaal) materiaal en is voorzien van tanden. Het aantal tanden is niet gelijk aan het aantal poolschoenen van het statorhuis. De motor werkt volgens het reluctantie (magnetische weerstands) principe. De reluctantiemotor heeft bij afgeschakelde motor geen houdkoppel, en het draaikoppel is laag in vergelijking met de permanent magneet motoren. Ook is de gevoeligheid voor resonantieverschijnselen groot. Wel is het oplossend vermogen (stappen) per omwenteling veel groter.
5. Hybride stappenmotoren of gelijkpool stappenmotoren zijn een combinatie van de permanent magneet stappenmotor en de reluctantie stappenmotor (zie 3 en 4). De motor heeft polen met tanden en worden zodanig geschakeld dat een 2 fasen wikkeling ontstaat. De rotor bestaat uit een, in langsrichting gemagnetiseerde, permanentmagneet die voorzien is van poolschoenen. De beide poolschoenen zijn gemaakt van weekijzer en hebben aan de omtrek een gelijkmatige vertanding. De tanden van de poolschoenen liggen 90 graden in fase verschoven. De tanden van de ene poolschoen bevat noord polen en de tanden van de andere poolschoen bevat zuid polen.
De eigenschappen van de motoren zijn:
1. Een koppel bij spanningsloze motor.
2. Hoger rendement dan voorgaande typen.
3. Lage resonantiegevoeligheid.
4. Hoog oplossend vermogen.
5. Toepasbaar voor microstepping.

Eigenschappen van stappenmotoren waarmede rekening dient te worden gehouden, zijn:
1. Eigen houdkoppel (detent torque). Het koppel waarmee men de as van een niet bekrachtigde motor mag belasten zonder een continu draaiende beweging te krijgen. Dit koppel heeft wel een koppelrimpel tot gevolg bij een draaiende stappenmotor. Reluctantiemotoren beschikken niet over dit koppel.
2. Houdkoppel (holding torque). Het maximum koppel waarmee men de as van een bekrachtigde motor kan belasten zonder dat deze zijn positie verliest.
3. Start-stop kromme (pull in torque curve). Uit deze kromme kan worden afgelezen bij welke maximale frequentie (snelheid) de motor gestart kan worden zonder een stap te missen.
4. Slew-kromme (pull out torque curve). Uit deze kromme kan worden afgelezen de maximale frequentie, bij een bepaalde belasting, die aan de motor kan worden aangeboden.
5. Slew-range. Het gebied tussen pull in torque en pull out torque.
6. Staphoek (step angle). De hoek waarover de as wordt gedraaid na één stuurpuls.
7. Resonantie en demping. De ongelijkmatige snelheid waarmee de motor loopt.

 

Alle theoriepagina's zijn gebundeld in een ‘Theorieboek'. Op verzoek kunnen wij u dit toesturen. Klik hier om het theorieboek aan te vragen.