Schrittmotor
Aufbau
Ein Schrittmotor ist aus einem Permanentmagneten als Rotor und einem Stator aufgebaut, in dem Elektromagneten radial in regelmäßigem Abstand angeordnet sind.
Bild 1: Aufbau Schrittmotor
In Bild 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Schrittmotors dargestellt. Bei diesem Motor ist die Anzahl der Schritte jedoch auf 4 Schritte im Vollschrittbetrieb begrenzt.
Bei einem realen Schrittmotor ist die Anzahl der Spulen meist größer, um die Anzahl der möglichen Schritte zu erhöhen.
Funktionsweise
Ein Schrittmotor folgt genau dem im Stator angelegten Feld. Deshalb ist eine Positionsrückgewinnung nicht nötig. In Bild 2 ist die Funktionsweise für einen Reluktanz-Schrittmotor dargestellt. Werden die Spulen 1 - 4 jeweils nacheinander angesteuert, dreht sich der Schrittmotor um einen Schritt weiter.
Bild 2: Funktionsprinzip Reluktanz-Schrittmotor
Wird ein Schrittmotor durch ein unzulässig hohes Lastmoment belastet, kann der Rotor dem Statorfeld nicht mehr folgen. Es kommt zu Schrittverlust, der bei Positionierungsanwendungen zu Problemen führt.
Bauarten
Permanentmagnet-Schrittmotor
Hierbei handelt es sich um die einfachste Form eines Schrittmotors. Er ist in Bild 1 dargestellt. Der Rotor (Dauermagnet) richtet sich entsprechend des Statorfeldes aus, was die Drehbewegung zur Folge hat.
Reluktanz-Schrittmotor
Dieser Schrittmotortyp ist in Bild 2 zu erkennen. Ein gezahnter Weicheisenkern bildet hier den Rotor. Wenn ein durch ein Feld im Statorzahn der nächste Rotorzahn angezogen wird, kommt die Drehbewegung zustande.
Hybrid-Schrittmotor
Der Hybrid-Schrittmotor ist eine Kombination aus Permanentmagnet- und Reluktanz-Schrittmotor. Der Rotor besteht aus einem Permanentmagneten in Kombination mit 2 gezahnten Weicheisenkernen, die jeweils mit einem Versatz von einem halben Schritt angeordnet sind.
Der Hybrid-Schrittmotor kombiniert das hohe Drehmoment des Permanentmagnet-Schrittmotors mit der feinen Schrittteilung des Reluktanz-Schrittmotors und bildet somit den heute am meisten verwendeten Schrittmotor. Bild 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Hybrid-Schrittmotors.
Bild 3: Hybrid-Schrittmotor
Lavet-Schrittmotor
Bei diesem Motor handelt es sich um einen einphasigen Schrittmotor, der meist als Uhrzeiger oder für andere mechanische Anzeigen Verwendung findet.
Betriebsarten
Bild 4: Bipolare und unipolare Beschaltung
Unipolar
Im unipolaren Betrieb läuft im Stator ein gleichpoliges Magnetfeld um und die Spulen werden nur ein- und ausgeschaltet. Nur 1 Magnetpol zieht den Rotor an.
Bipolar
In der bipolaren Betriebsart wird in den jeweils gegenüberliegenden Spulen durch Umkehren der Stromrichtung ein entgegengesetztes Feld erzeugt. Der Rotor wird an beiden Polen von den Spulen angezogen.
In Bild 4 sind die beiden Beschaltungsvarianten dargestellt.
Bildquellen:
- Bild 1: Technik-Unterricht: Forum eV. Schrittmotoren Typen. URL: http://www.tuf-ev.de/workshop/schrittmotor/images/schritt_aufbau.gif
- Bild 2: Wikipedia. Schrittmotor - Positionierung. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/StepperMotor.gif
- Bild 3: Wikipedia. Schrittmotor - Bauformen. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d5/Hybrid-schrittmotor-v2.svg
- Bild 4: Wikipedia. Schrittmotor - Beschaltung. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/Stepmotscheme.jpg