Funktionsprinzip von Schrittmotoren
Schrittmotoren sind Synchronmotoren mit hoher Polzahl. Es gibt drei unterschiedliche Ausführungsformen:
Reluktanzmotoren, Permanentmagnetmotoren und Hybridmotoren.
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Bild 1 zeigt einen Schnitt durch einen Reluktanzschrittmotor. Der gezahnte Rotor, die gezahnten Pole und der äußere Rückschluß sind aus Weicheisen gefertigt. Um die Pole sind die Wicklungen W1...W4 gewickelt. In der gezeichneten Stellung ist W4 eingeschaltet. Die Rotorzähne richten sich auf die Polzähne so aus, daß minimale Reluktanz (Name des Motors) entsteht. Wird nun W4 ausgeschaltet, und dafür W1 erregt, bewegt sich der Rotor um 1/4 Zahnteilung (einen Schritt) im Uhrzeigersinn. Beim Fortschalten (Kommutieren) des Stromes nach W2 -> W3 -> W4 wird jeweils ein weiterer Schritt augeführt. Die Stromrichtung ist dabei egal, weil nur Weicheisen angezogen wird. Nach 4 Schritten hat sich der Rotor also einen Zahn weitergedreht. Das dargestellte Modell hat 25 Zähne und 4 Phasen, also 100 Schritte/Umdrehung. |
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Der Permanentmagnetmotor hat im Rotor Magnete, die als Zähne ausgebildet sind. Die Magnetisierungsrichtung ist von Zahn zu Zahn umgekehrt. Die gegenüberliegenden Wicklungen sind jeweils parallel geschaltet, so daß sie einen gemeinsamen magn. Fluß durch den Rotor treiben. In der gezeichneten Stellung stellt W1 dem Rotor einen Südpol und W3 einen Nordpol gegenüber. Um einen Schritt im Uhrzeigersinn auszuführen, könnten W1 und W3 abgeschaltet - und W2 und W4 in entsprechender Polarität eingeschaltet werden. Der nächste Schritt wird dann durch Abschalten von W2/W4 und Wiedereinschalten von W1/W3 in umgekehrter Polarität erzeugt. Der Vorteil gegenüber dem Reluktanzmotor ist der höhere Induktionshub (von -Bmax nach + Bmax), was ein höheres Drehmoment bewirkt. Nachteilig ist die grobe Schrittteilung. Der dargestellte Motor hat 6 Zähne und 2 Phasen also 12 Schritte/Umdrehung. |
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Der Hybridmotor ist eine Kombination aus Reluktanzmotor und Permanentmagnetmotor. Er verbindet deren Vorteile, ohne auch die Nachteile zu haben. Im Rotor ist ein Permanentmagnet eingebaut, der einen Induktionshub zwischen -Bmax und +Bmax erlaubt, was ein hohes Drehmoment sicherstellt. Der abgebildete Motor hat 50 Zähne und 2 Phasen mit jeweils 2 Polpaaren. Daraus resultieren 200 Schritte/Umdrehung. Ähnlich aufgebaut ist der "5-Phasen-Motor" mit 500 Schritten/Umdrehung. Die meisten Motoren ab etwa 0,1 Nm sind Hybridmotoren. |
Aus Vereinfachungsgründen wurde in den Beschreibungen immer nur eine Wicklung eingeschaltet. Das trifft in der Praxis meist nicht zu . Näheres dazu unter Halbschrittbetrieb.
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