High-Torque-Schrittmotoren von Oriental Motor steigern die Produktivität von Maschinen

Das Besondere an den PKP-Schrittmotoren ist der relativ große Wicklungsdurchmesser: Er sorgt für eine geringere Wärmeentwicklung.

Das Geheimnis der PKP-Schrittmotoren liegt in der besonderen Konstruktionsweise: So ist es den Technikern von Oriental Motor z. B. gelungen, die Wicklungsdichte der Antriebe um acht Prozent zu erhöhen. Auf diese Weise wurde die Wicklungsimpedanz und somit die Verlustleistung der Motoren reduziert. In der Anwendung macht sich das neue Motordesign durch eine geringere Leistungsaufnahme und ein hohes Drehmoment bemerkbar. Darüber hinaus trägt der größere Wicklungsdurchmesser zu einer geringeren Wärmeentwicklung und zu einem verbesserten Vibrationsverhalten der Motoren bei. Durch eine Überarbeitung der Fügetechnik für die Verbindung von Stator- und Rotorblechen konnte zudem die Steifigkeit der Komponenten erhöht werden. Auch dies führte zu verringerten Vibrationen.

Eine weitere Veränderung im Vergleich zu herkömmlichen Steppern ist die Herstellung eines optimalen Verhältnisses zwischen dem Innendurchmesser des Stators und dem Außendurchmesser des Rotors. Daraus ergibt sich eine Maximierung des magnetischen Flusses: Es kann also ein größerer Magnetfluss zur Drehmoment-Generierung genutzt werden als bei gewöhnlichen Hybridschrittmotoren.

Die Motoren der PKP-Serie bieten auch im niedrigen Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment.

Deutlich mehr Drehmoment

Die Statorbleche der Schrittmotoren haben die Ingenieure von Oriental Motor ebenfalls optimiert. Nicht nur die Schenkelpole und das hintere Poljoch wurden neu dimensioniert – auch die Oberfläche der Statorblechzähne gestalteten die Antriebstechnik-Spezialisten neu. Die Zahnform ist jetzt quadratischer als früher, wodurch sich hohe Induktionswerte im Luftspalt erzielen lassen und die Verluste über die Stator- und Rotorzähne minimiert werden. Insgesamt konnte Oriental Motor das Drehmoment der PKP-Schrittmotoren durch die verschiedenen konstruktiven Maßnahmen im Vergleich zu dem anderer Stepper um 20 bis 70 Prozent steigern.

Die Schrittmotoren der PKP-Serie sind in verschiedensten Ausführungen lieferbar.

Hohe Positioniergenauigkeit

Das Produktprogramm der High-Torque-Schrittmotoren umfasst 2-phasige und 5-phasige Ausführungen mit Flanschmaßen von 13 bis 85 mm bzw. 28 bis 60 mm. Beide Motortypen ähneln sich strukturell sehr und unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anzahl an Magnetpolen voneinander. Während der 2-Phasen-Motor acht Pole besitzt, sind es beim 5-Phasen-Antrieb zehn. Die Anzahl der Pole wirkt sich auf die Schrittauflösung der Antriebe aus: Der Basisschrittwinkel der 2-Phasen-Motoren beträgt je nach Ausführung 0,018° bis 1,8°, bei den 5-Phasen-Motoren sind es 0,36° bis 0,72°. Das bedeutet, dass 2-Phasen-Motoren mit einem Basisschrittwinkel von 1,8° pro Umdrehung 200 Schritte benötigen (360°:1,8°), während 5-Phasen-Motoren mit einem Schrittwinkel von 0,72° nach 500 Schritten eine Umdrehung vollendet haben. Je mehr Schritte ein Motor bei einer Umdrehung ausführt, desto höher ist auch die Schrittauflösung und desto genauer kann der Antrieb positionieren. Grundsätzlich ist die Präzision beim Anfahren der Zielposition aber auch bei den 2-Phasen-Schrittmotoren der PKP-Serie sehr hoch.

Oriental Motor konnte bei den neuen High-Torque-Schrittmotoren der PKP-Serie eine Reihe wichtiger Verbesserungen umsetzen.

Geringere Energiekosten

Beide Stepper-Ausführungen erzielen ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich sowie eine kurze Positionierzeit, denn sie fahren die Zielposition auch bei hohem Lastträgheitsmoment ohne Überschwingen an. Die Zielposition wird zudem zuverlässig gehalten, da die elektromagnetische Zwangsführung ein Pendeln des Rotors während der Bewegung sowie im Stillstand verhindert. Ein weiterer Vorteil der PKP-Schrittmotoren ist ihre im Vergleich zu herkömmlichen Steppern deutlich geringere Wärmeentwicklung – Maschinenbetreiber sparen also Energiekosten, da weniger Verlustleistung entsteht.

Die größere Magnetpolanzahl beim 5-Phasen-Schrittmotor sorgt für einen kleineren Schrittwinkel von 0,72°, gegenüber 1,8° beim 2-Phasen-Schrittmotor.

Deutlich weniger Vibrationen

Einen großen Unterschied gibt es zwischen den 2-phasigen und den 5-phasigen PKP-Steppern aber hinsichtlich der im Betrieb entstehenden Vibrationen. Der 5-Phasen-Motor läuft wesentlich ruhiger als der 2-phasige, was sich durch den kleineren Schrittwinkel und die damit verbundene höhere Zahl an Schritten pro Umdrehung erklärt. Diese wirkt sich nicht nur auf die Positioniergenauigkeit des Antriebs aus, sondern auch auf seine Laufruhe. Hinzu kommt: Die 5-phasigen Motoren haben mehr Phasen, die mit der sinusförmigen Drehmomentverschiebungskurve zum Gesamtdrehmoment des Antriebs beitragen. Deshalb beträgt die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Drehmoment bei den 2-Phasen-Motoren bis zu 29 Prozent (Drehmomentwelligkeit), bei den 5-Phasen-Motoren dagegen nur rund 5 Prozent. Da die Drehmomentwelligkeit direkt zur Vibration beiträgt, läuft der 5-Phasen-Motor ruhiger als der 2-Phasen-Motor.

Die geringere Drehmomentwelligkeit beim 5-Phasen-Schrittmotor sorgt für niedrigere Vibrationen.

2- und 5-phasige Ausführungen

Die 2-phasigen und die 5-phasigen PKP-Schrittmotoren von Oriental Motor eignen sich jeweils für verschiedene Einsatzgebiete. Für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment in niedrigen Drehzahlbereichen benötigen, sind die 2-Phasen-Antriebe prädestiniert. Liegt der Fokus des Maschinenbauers hingegen eher auf einer möglichst großen Positioniergenauig-keit und einem vibrationsarmen Betrieb, ist ein 5-Phasen-Motor die beste Lösung. Essentiell für den Betrieb der Motoren sind die passenden Treiber. Oriental Motor hat hierfür Treiber der CVD-Serie im Programm, die optimal auf die PKP-Stepper abgestimmt wurden. Es gibt Treiber sowohl für die 2-phasigen als auch für die 5-phasigen Schrittmotoren. Wahlweise können diese über Modbus (RTU), Takteingang oder über Digitale Ein- und Ausgänge angesteuert werden. In den Treibern befinden sich Feldeffekttransistoren mit niedrigen Verlusten, die einen positiven Einfluss auf die Wärmeentwicklung des Antriebs haben.

Mehr Produktivität, weniger Betriebskosten

Die Anwendungsgebiete für die PKP-Schrittmotoren sind vielfältig. Sie kommen in CNC-Fräsmaschinen ebenso zum Einsatz wie in Scannern und Kameras. Auch die Hersteller von Etikettier- und Förderanlagen können die Produktivität ihrer Maschinen mithilfe der Antriebe steigern. Anwender wiederum profitieren von den Antrieben nicht nur durch eine Reduzierung der Betriebskosten ihrer Maschinen – sie können sich auch über eine längere Lebensdauer und einen niedrigeren Wartungsaufwand freuen.

Halle 1, Stand 424