Stapmotoren onthuld: van basismechanica tot geavanceerde besturingssystemen

Zeer betrouwbare stappenmotoren: kracht en precisie in beweging beheersen

Stepmotoren zijn vaak ondergewaardeerd in vergelijking met servomotoren, maar ze bieden vergelijkbare betrouwbaarheid.een nauwkeurige positionering en snelheidsregeling mogelijk makenMet een hoog koppel bij lage snelheden en minimale trillingen, zijn ze uitstekend in toepassingen voor korte afstanden en snelle positionering.

Stapmotoren: een volledige gids voor principes, soorten en toepassingen

"Stapmotoren? Servomotoren moeten beter presteren". Dit is een veel voorkomende misvatting bij het bespreken van stapmotoren.Stapmotoren zijn uitstekend in verschillende toepassingen, van geavanceerde industriële apparatuur tot dagelijkse geautomatiseerde instrumentenIn dit artikel wordt uiteengezet waarom ze een topkeuze blijven voor precisie-aangedreven systemen.

Hoewel sommige stappenmotoren over het hoofd kunnen zien, is hun rol in de controle met hoge nauwkeurigheid cruciaal in alle industrieën.medische hulpmiddelen, analytische instrumenten, precisie-stadia, financiële systemen, voedselverpakkingsmachines en zelfs camera-opensluitingsinstellingen, bewijst hun veelzijdigheid in veeleisende, precisie-kritische omgevingen.

Waarom gebruik je een stappenmotor?

Gemakkelijk te gebruiken: 34%
Goedkoop: 17%
Eenvoudige bewerkingen:16%
Geen afstemming nodig: 12%
andere: 21%
*# van de ondervraagden: 258 (meerdere antwoorden toegestaan)/onderzocht door Oriental Motor

Belangrijkste voordelen: gebruiksvriendelijk, eenvoudig te bedienen en goedkoop

Volgens een enquête onder gebruikers van stappenmotoren geven velen de voorkeur aan stappenmotoren vanwege hun gebruiksvriendelijkheid, hun eenvoudige werking en de lage kosten en voordelen die rechtstreeks verband houden met hun structurele en systeemontwerp.De eenvoudige mechanische en configuratie van stappenmotoren verklaren deze voordelen natuurlijkDeze twijfels worden het best beantwoord door een directe vergelijking met andere besturingsmotoren zoals servo's.Door de kenmerken van de stappenmotor te begrijpen en aan te passen aan de operationele behoeftenHieronder geven wij hun belangrijkste kenmerken en technische inzichten:

Hoge stopnauwkeurigheid met snelle lage/middelijke snelheid

Stapmotoren bieden een uitzonderlijke stopnauwkeurigheid en zorgen voor een precieze openlusregeling.Met geen cumulatieve stappenfoutenHet ontwerp zonder encoder vereenvoudigt het aandrijfsysteem, waardoor de kosten worden verlaagd en de betrouwbaarheid behouden blijft.

Punt 1
Fantastische stoptelling.

Bijvoorbeeld bij het omrekenen van de stopnauwkeurigheid ±0,05° van een stapsmotor naar het kogelschroefmechanisme:

Werkomstandigheden:
• Motor: RK II-serie

• Lood van de kogelschroef: 10 mm

Stopnauwkeurigheid: ±1,4 μm

In het algemeen is de nauwkeurigheid van een aardbolschroeftype ±10 μm. Bij het gebruik van een gewalste bolschroeftype neemt de nauwkeurigheid af tot ±20 μm,met een breedte van meer dan 50 mm,.

Stapmotoren zijn uitstekend in laag/mid-speed koppel, een belangrijk onderscheid van servomotoren, die consistent koppel leveren bij middel- tot hoge snelheden en geschikt zijn voor lange slag- en hoge rotatie-taken.,Stapmotoren zijn voorzien van een niet-vlakke koppelcurve: het piekkoppel bij lage/middelijke snelheden daalt aanzienlijk bij hoge snelheden. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen met korte slag (bijv. beperkte rotaties),waar zij voorzien:

• Hoog koppel bij vereiste snelheden voor snelle positionering in taken zoals multi-rotatietafels of inching.
• Stabiele prestaties bij lage snelheden (een uitdaging voor servo's), met minimale noodzaak voor hogesnelheidsactiviteiten, aangezien korte slagtaken vertragen en stoppen voordat de piekomstandigheden worden bereikt.

Kortom, stappers optimaliseren voor het koppel waar het het belangrijkst is: het lage/middelijke snelheidsbereik dat cruciaal is voor toepassingen op korte afstanden en met precisie.

Zeer snelle reactie en uitstekende synchronisering

Met open-loop besturing, die eenrichtingscommandos naar de motor stuurt, kunnen stapmotoren sterk synchroniseren met commando signalen.In tegenstellingIn de eerste fase van het systeem, servomotoren zijn afhankelijk van encoder feedback, vaak het veroorzaken van opdrachtvertragingen.

Dit maakt stappenmotoren ideaal voor toepassingen die synchronisatie met meerdere motoren vereisen.Stapmotoren kunnen de bewegingen nauwkeurig coördineren, waardoor naadloze overdracht van platen tussen vervoerbanden mogelijk is.

Punt 2
Uitstekend laag-mid-snelheidsbereik!

Voorbeeld: het koppel van een motorframe van 85 mm is gelijk aan het nominale koppel van een servomotor van 400 W bij 1000 t/min.

Voor een korte afstand is het essentieel om een hoog koppel te hebben in het lage/middel snelheidsbereik.

Punt 3
Zeer ontvankelijk!

Geschikte toepassingen

Met uitzondering van een inchige toepassing met frequent starten en stoppen, zijn stappenmotoren geschikt voor het positioneren van beeldcontroleprocessors die niet van trillingen houden,met een vermogen van niet meer dan 50 WBovendien worden de kosten aanzienlijk verlaagd door een kogelschroefdrive te vervangen door een rijmdrive.

Voordeel van grote kenmerken

Naast de kostenreductie hebben stappenmotoren veel voordelen op het gebied van prestaties..Verderop wordt gedetailleerde informatie over stapmotoren, zoals de basisstructuur, het systeem en voorbeeldtoepassingen, geïntroduceerd voor meer informatie over stapmotoren.

Grondslagen van stapmotoren

Operatie en structuur

Een stappenmotor draait met een vaste stappenhoek, net als de wijzer van een klok.Een zeer nauwkeurige positionering kan worden uitgevoerd met open-loop besturing dankzij de mechanische structuur binnen de motor.

Precieze positionering (aantal stappen)

De eenvoudige structuur van stappenmotoren wordt bereikt zonder gebruik te maken van elektrische componenten, zoals een encoder in de motor.Stapmotoren zijn zeer robuust en hebben een hoge betrouwbaarheid met zeer weinig storingenWat de stopnauwkeurigheid betreft, is ±0,05° (zonder cumulatieve toonhoogtefouten) zeer nauwkeurig.Omdat de positionering van stapmotoren wordt uitgevoerd door open-loop controle en bediend door de gemagnetiseerde stator en magnetische rotor met kleine tandenStepmotoren hebben een hoger follow-upmechanisme naar commando's dan servomotoren.die een lage stijfheid hebben.

Gebruikbaar voor snelheids- en positiecontrole

Wanneer impulsen via een pulsgenerator worden ingevoerd naar een bestuurder, worden de stapmotoren geplaatst op basis van het aantal ingangsimpulsen.8° voor tweefasen stappenmotorenDe rotatiesnelheid van de stappenmotor wordt bepaald door de snelheid van de aan de bestuurder gegeven pulsfrequentie (Hz).en het is mogelijk om vrij te veranderen van de motor rotatie door eenvoudig te veranderen van het aantal ingangspulsen of frequenties aan de bestuurderDe stappenmotoren dienen niet alleen als motoren voor de positiecontrole, maar ook als motoren voor de snelheidscontrole met een hoge synchronisatie.

Stapmotoren Gebruik:

• Hoogfrequente, herhaaldelijke positionering van vaste stappenhoeken
• Positionering waarbij lange stilstandstijden nodig zijn vanwege breedte-instelling, enz.
• Fluctuerende belastingen en veranderende stijfheid
• Positionering die 1 cyclus verdeelt
• Motorassen die synchrone werking vereisen

Besturingssysteem

Eenvoudige besturing zonder sensor of feedback

Omdat het mogelijk is om nauwkeurige positionering en positiebeheersing uit te voeren en tegelijkertijd te synchroniseren met het aantal commandopulsen en de snelheid, is er geen behoefte aan apparaten, zoals een sensor,voor positioneringAls een geavanceerde besturing, zoals een interpolatieoperatie, niet vereist is, wordt de ingebouwde controller functietype driver aanbevolen.De kosten worden verminderd door controleurs te elimineren, zoals een pulsgenerator en PLC-positioneringsmodules.

Ingebouwde sensor met gesloten lus

Hoewel een hoge nauwkeurigheid van de positionering mogelijk is met open-loop controle, wat zou er gebeuren als er een probleem optreedt?een motor van het type encoder of een ingebouwde sensor met gesloten lus (AR-serie).

Kunnen de kosten nog verder worden verlaagd?

Het gemeenschappelijke probleem onder ontwerpexperts is kostenreductie. Is er echt geen manier om de kosten verder te verlagen?werd uitgevoerd op basis van het kogelschroefmechanismeHieronder worden de details van de test toegelicht:

Opdracht

Lineair bewegingsmechanisme

1Verhoog de snelheid.
2. Verdere kostenvermindering
[Voorwaarden van de oorspronkelijk geplande apparatuur] Mechanisme: kogelschroef + servomotor Voorwaarden zoals belasting, snelheid en lood, rechts getoond,worden bepaald op basis van de servomotor die is bevestigd met kogelschroeven en een stalen plaat.

Plan

Verander het mechanisme naar riem-pulley
• Ballenschroef als u de snelheid wilt verhogen => riemmechanisme kan geschikter zijn => 1000 mm/sec tot 1500 mm/sec is mogelijk met het riemmechanisme.Verander naar gordel als er geen probleem is met de positioneringsnauwkeurigheid. • Kosten aanzienlijk verminderen als het mogelijk is om over te stappen op een riem => De riem is goedkoop, maar de lage stijfheid ervan kan de stabiliteit van de servomotorwerking beïnvloeden, zelfs bij automatische afstemming.

Problemen

1Het verschil in stopnauwkeurigheid tussen schroef en riem... hoeveel stopnauwkeurigheid is vereist?
2. Effecten van lage stijfheid... impact op de vestiging tijd, het vermijden van tuning probleem
• Betere stopnauwkeurigheid met de schroef. Geen probleem om over te schakelen naar de riem? => De vereiste stopnauwkeurigheid van de toepassing is ± 0,05 ~ 0,1 mm, wat niet zo nauwkeurig is als die van de schroef.DaaromHet zou goed moeten zijn om te vervangen met de riem.
• Bij overstap naar de riem wordt de stijfheid van het mechanisme lager, waardoor de servomotorbewegingen onstabiel worden.Om deze redenAls de motoren niet worden aangepast, zijn ze sterk tegen lage stijfheid en zijn hun bewegingen stabiel, ongeacht schommelende belastingen.

Schatting

Mechanisme: Gordel katrol + motor: Probeer met stapmotor

Problemen

1Het verschil in stopnauwkeurigheid tussen schroef en riem... hoeveel stopnauwkeurigheid is vereist?
2. Effecten van lage stijfheid... impact op de vestiging tijd, het vermijden van tuning probleem
• Betere stopnauwkeurigheid met de schroef. Geen probleem om over te schakelen naar de riem? => De vereiste stopnauwkeurigheid van de toepassing is ± 0,05 ~ 0,1 mm, wat niet zo nauwkeurig is als die van de schroef.DaaromHet zou goed moeten zijn om te vervangen met de riem.
• Bij overstap naar de riem wordt de stijfheid van het mechanisme lager, waardoor de servomotorbewegingen onstabiel worden.Om deze redenAls de motoren niet worden aangepast, zijn ze sterk tegen lage stijfheid en zijn hun bewegingen stabiel, ongeacht schommelende belastingen.

Schatting

Mechanisme: Gordel katrol + motor: Probeer met stapmotor

• Vervoerbare massa -> Max. toegestane belasting 7 kg • Reissnelheid -> Verbeterd tot 800 mm/sec Motor => Door van stappenmotor naar servomotor over te stappen, worden de kosten met 50% verlaagd!Mechanisme => Door van kogelschroef naar riemmechanisme te veranderen, verminderde kosten met 7%!

Resultaten

Er was veel ruimte om de kosten te verlagen!
Door een zero-based review van het mechanisme en de selectie van de motor op basis van de kenmerken te doen, zijn we erin geslaagd de specificaties te verhogen en de kosten te verlagen.zelfs met de motor grootte werd iets groterIn het verleden werd de motor geselecteerd op basis van gebruiksgemak of bekendheid.Het was verrassend dat stapmotoren betaalbaarder zijn dan verwachtIn dit onderzoek werd opnieuw erkend dat de evenwichtige keuze tussen motorspecificaties en kosten, die in de eerste plaats het vermogen van de motoren om de motoren te vervoeren, en in de tweede plaats het vermogen van de motoren om de motoren te vervoeren, de mogelijkheid moet hebben om de kosten van andere apparaten die deze methode gebruiken, te verlagen.Het maximaliseert de motorische eigenschappen..

Welke heeft een hogere stopnauwkeurigheid - een stappenmotor of een servomotor?

Op zoek naar een motor met een goede stopnauwkeurigheid: wat is het verschil tussen stapmotoren en servomotoren?

Veronderstelling: De wisselstroomservomotor van de NX-serie is uitgerust met een 20-bits-encoder, dus moet een fijne resolutie en een goede stopnauwkeurigheid hebben.

Ten eerste is het noodzakelijk het verschil tussen resolutie en stopnauwkeurigheid te verduidelijken: resolutie is het aantal stappen per omwenteling en wordt ook een stappenhoek voor stappenmotoren genoemd.Het is nodig wanneer wordt overwogen hoe nauwkeurig de vereiste positionering moet wordenDe stopnauwkeurigheid is het verschil tussen de werkelijke stoppositie en de theoretische stoppositie.

Betekent dit dat de wisselstroomservomotor die is uitgerust met een codeerder met een hoge nauwkeurigheid een betere stopnauwkeurigheid heeft dan de stappenmotoren?
In het verleden was er geen probleem met het concept van "stop nauwkeurigheid van servomotoren gelijk aan encoder resolutie binnen ± 1 puls".De nieuwe servomotoren zijn uitgerust met de 20 bit encoder (1,048,576 stappen) die een zeer fijne resolutie heeft. Hierdoor hebben fouten als gevolg van de encoder installatie nauwkeurigheid een enorm effect op het stoppen nauwkeurigheid.Het concept van stopnauwkeurigheid is iets veranderd..
Volgens de vergelijkingsdiagrammen is de stopnauwkeurigheid tussen stapmotoren en wisselstroomservomotoren bijna gelijk (± 0,02o ~ 0,03o).De nauwkeurigheid is afhankelijk van de mechanische nauwkeurigheid van de motor voor stapmotoren, dus als de stoppositie kan worden uitgevoerd per 7,2o, wordt de positionering uitgevoerd door dezelfde kleine tanden op de rotor te allen tijde, volgens de motorstructuur.Dit maakt het mogelijk de stopnauwkeurigheid verder te verbeteren.
Stepmotoren kunnen echter een verplaatsingshoek genereren, afhankelijk van de waarde van het belastingmoment.AC-servomotoren kunnen een grotere jachtbreedte hebben als reactie op winstinstinstellingenOm deze redenen is enige voorzichtigheid vereist.

Vergelijking van de stopnauwkeurigheid tussen stapmotoren en wisselstroomservomotoren