Anwendung von Mikroschrittmotoren in Staubsaugern

Mit der rasanten Entwicklung von Smart Homes sind Saugroboter zu einem Standardgerät für die moderne Haushaltsreinigung geworden. Unter den zahlreichen Kernkomponenten von Kehrmaschinen spielen Mikroschrittmotoren aufgrund ihrer Vorteile wie präziser Steuerung, geringem Geräuschpegel und langer Lebensdauer eine immer wichtigere Rolle. Dieser Artikel beleuchtet die spezifischen Anwendungsszenarien, die technischen Vorteile und die Auswahlkriterien für Mikroschrittmotoren in Kehrmaschinen.

Was ist ein Miniatur-Schrittmotor?

Ein Mikroschrittmotor ist ein Aktor, der elektrische Impulssignale in Winkel- oder Linearbewegungen umwandelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gleichstrommotoren dreht er den Rotor bei jedem Impuls um einen festen Winkel (Schrittwinkel). Diese „Open-Loop-Steuerung“ ermöglicht präzises Positionieren ohne Encoder und macht Mikroschrittmotoren daher besonders geeignet für intelligente Geräte wie Bodenreinigungsmaschinen, bei denen Volumen und Kosten eine wichtige Rolle spielen.

Die vier Hauptanwendungen von Mikroschrittmotoren in Kehrmaschinen

1. Der treibende Kern des Laser-Radar-Navigationssystems (LDS).

Aktuell nutzen alle gängigen Kehrmaschinen der mittleren bis oberen Preisklasse Laser-Radar-Navigationstechnologie. LDS-Module benötigen eine hohe Drehzahl (üblicherweise 300–600 U/min) zum Scannen der Umgebung und stellen gleichzeitig extrem hohe Anforderungen an die Drehzahlstabilität. Mikroschrittmotoren sind aufgrund ihrer folgenden Eigenschaften die ideale Wahl für LDS-Ansteuerungen:

Präzise Geschwindigkeitsregelung:Durch Anpassen der Pulsfrequenz lässt sich die Geschwindigkeit präzise steuern, um die Gleichmäßigkeit der Punktwolkendatenerfassung zu gewährleisten.

Eigenschaften mit geringen Vibrationen:Im Vergleich zu Bürstenmotoren laufen Schrittmotoren ruhiger, wodurch Störungen mit Laserentfernungsmessmodulen reduziert werden.

Lange Lebensdauer:Da die Maschine ohne Verschleiß durch elektrische Bürsten konstruiert wurde, kann ihre Gesamtlebensdauer Tausende von Stunden betragen. 

In der Praxis verwenden LDS-Module häufig Permanentmagnet-Mikroschrittmotoren mit einem Durchmesser von 25 mm, kombiniert mit Ansteueralgorithmen mit geschlossenem Regelkreis, um bei hohen Drehzahlen einen niedrigen Geräuschpegel (in der Regel unter 40 dB) zu gewährleisten.

2. Die Hub- und Geschwindigkeitseinstellung der Seitenbürste der Kehrmaschine

Die untere Randbürste der Kehrmaschine ist dafür zuständig, Schmutz aus den Ecken von Wänden und Möbelkanten in den Hauptbürstenbereich zu befördern. Herkömmliche Konstruktionen verwenden gewöhnliche Gleichstrommotoren, um die Rotation der Randbürste anzutreiben, können aber deren Höhe nicht steuern. Durch den Einsatz von Mikroschrittmotoren lässt sich Folgendes erreichen:

Adaptives Anheben: Sobald die Kehrmaschine Teppiche oder Türschwellen erkennt, steuert der Schrittmotor die Kantenbürste präzise an, sodass sie sich um 5-8 mm anhebt und ein Verheddern vermieden wird.

Mehrstufige Geschwindigkeitseinstellung:Automatischer Drehzahlwechsel zwischen 200 und 400 U/min für verschiedene Bodenbeläge wie Holzböden, Fliesen, Teppiche usw.

Verpolungsschutz:Durch die Erkennung des Schrittmotor-Ausweichzustands wird eine intelligente Umkehrung erreicht, sobald die Kantenbürste auf Widerstand stößt.

Diese Anwendung nutzt üblicherweise einen kleinen Schrittmotor in Kombination mit einem Spindelmechanismus, um eine lineare Bewegung zu erzielen.

3. Präzise Steuerung der Lüfterklappe

Die Saugkraft einer Kehrmaschine hängt nicht nur von der Lüfterdrehzahl ab, sondern auch eng mit dem Öffnungs- und Schließzustand des Luftkanals zusammen. Einige High-End-Modelle verwenden Mikroschrittmotoren zur Steuerung der Luftklappen.

Stufenlos einstellbare Saugkraft:Von schwacher Saugkraft im leisen Modus bis hin zu starker Saugkraft im leistungsstarken Modus, linear einstellbar 

Staubkastenabdichtung:Beim Abschalten betätigt der Schrittmotor die Prallplatte, um den Luftkanal vollständig zu schließen und so zu verhindern, dass Staub zurückströmt.

Optimierung der Energieeinsparung:Die Öffnung der Luftklappe lässt sich präzise steuern, um die Lüfterlast zu reduzieren, wenn keine hohe Saugleistung benötigt wird. 

In diesem Anwendungsszenario ist die Fähigkeit von Mikroschrittmotoren, das Drehmoment aufrechtzuerhalten, besonders wichtig, da sie die Position der Schallwand auch im Falle eines Stromausfalls beibehalten können.

4. Schlepplift- und Vibrationsmodul

In den letzten Jahren haben Mikroschrittmotoren auch eine wichtige Rolle in beliebten All-in-One-Geräten zum Scannen und Wischen gespielt.

Hebemechanismus für den Wischmopp:Sobald der Teppich erkannt wird, fährt der Schrittmotor die Mopphalterung um 10–12 mm an, um ein Durchnässen des Teppichs zu vermeiden.

Imitation der Handwischvibration:Durch schnelles Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Schrittmotors kann der Mopp eine horizontale Hin- und Herbewegung erzeugen, wodurch die Reinigungswirkung bei hartnäckigen Flecken verbessert wird.

Einstellung des Anpressdrucks:Den Druck des Mopps auf den Boden je nach Bodenbeschaffenheit genau steuern (üblicherweise im Bereich von 5-15 N). 

Die Vorteile von Mikroschrittmotoren im Vergleich zu anderen Motoren

Vergleichsprojekt: Mikroschrittmotor, Gleichstrommotor mit Bürsten, Gleichstrommotor ohne Bürsten

Hohe Positioniergenauigkeit (Open-Loop) erfordert einen Encoder

Komplexität zu beherrschen ist einfach, unkompliziert und komplex

Ausgezeichnetes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, im Allgemeinen schlecht

Niedrige, mittlere, hohe und niedrige Geräuschpegel

Mittlere, niedrige, hohe Kosten

Lange, kurze, lange Lebensdauer

Bei Kehrmaschinen ermöglichen Mikroschrittmotoren eine präzise Positionssteuerung ohne die Notwendigkeit einer geschlossenen Rückkopplung, was einen unersetzlichen Vorteil bei den Navigations- und Hebemechanismen von LDS darstellt.

Wichtige Punkte für die Auswahl von Mikroschrittmotoren für Kehrmaschinen

Bei der Entwicklung von Kehrmaschinenprodukten sollten bei der Auswahl von Mikroschrittmotoren folgende Parameter beachtet werden:

Äußere Abmessungen:Üblicherweise 20 mm, 25 mm, 28 mm quadratisch, müssen zum Innenraum des Produkts passen.

Drehmoment beibehalten:LDS-Anwendungen erfordern 0,1 N·m oder mehr, und Hebemechanismen benötigen 0,2–0,3 N·m.

Nennstrom:üblicherweise 0,5–1,0 A, unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Treiberchips

Stufenwinkel:1,8° eignet sich für LDS, 0,9° eignet sich für Hebemechanismen, die eine präzisere Steuerung erfordern.

Betriebstemperatur:Die Innentemperatur der Kehrmaschine kann 60 °C erreichen, daher muss ein Motor mit einer Temperaturbeständigkeit von ≥ 100 °C ausgewählt werden.

häufig gestellte Fragen

F: Können Mikroschrittmotoren in Kehrmaschinen leicht den Schritt verlieren?

A: Solange das Lastmoment 70 % des Haltemoments nicht überschreitet und eine geeignete Beschleunigungs- und Verzögerungskurve eingestellt ist, treten Schrittverluste äußerst selten auf. Hochwertige Modelle verwenden einen geschlossenen Regelkreis für die Schrittmotorsteuerung, um die Rotorposition in Echtzeit zu überwachen.

F: Verbraucht der Mikroschrittmotor Strom?

A: Im Vergleich zu Lüftern und Bürstenmotoren haben Schrittmotoren einen sehr geringen Stromverbrauch (üblicherweise 1–3 W). Es ist jedoch zu beachten, dass der Schrittmotor auch beim Halten der Position Strom verbraucht. Daher sollte bei der Konstruktion vermieden werden, dass der Lastzustand über längere Zeit aufrechterhalten wird.

F: Wie lässt sich das Geräusch von Schrittmotoren reduzieren?

A: Durch die Anwendung einer segmentierten Antriebstechnologie, die Optimierung der Beschleunigungs- und Verzögerungskurven und das Hinzufügen stoßdämpfender Gummipads am Motorgehäuse kann das Betriebsgeräusch effektiv reduziert werden.

Zukünftige Entwicklungstrends

Mit der Entwicklung von Staubsaugern hin zu intelligenteren, leiseren und dünneren Modellen entwickelt sich auch die Mikroschrittmotortechnologie ständig weiter:

Integrierter Treiber:Durch die Integration des Treiberchips mit dem Motor in einem einzigen Gehäuse lässt sich die Leiterplattenfläche reduzieren.

Geräuschlose Technologie:Durch die Verwendung eines neuen Magnetkreisdesigns und flexibler Zahnradmaterialien wird das Betriebsgeräusch weiter reduziert

Ultradünner Motor:Die Höhe lässt sich auf bis zu 12 mm reduzieren und eignet sich daher für ultradünne Kehrmaschinen.

Abschluss

Obwohl klein, ist der Mikroschrittmotor eine Schlüsselkomponente für präzise Navigation, intelligente Hindernisvermeidung und adaptive Reinigung bei Kehrmaschinen. Für Entwicklungsingenieure im Bereich Staubsauger ist ein tiefes Verständnis der Funktionsweise und Auswahlmethoden von Mikroschrittmotoren daher unerlässlich, um leistungsstärkere und zuverlässigere Produkte zu entwickeln. Mit der zunehmenden Verbreitung von Haushaltsrobotern erweitern sich die Anwendungsbereiche von Mikroschrittmotoren weiter und sie werden zu einer unverzichtbaren Grundlage für die Bewegungssteuerung intelligenter mobiler Plattformen.

Wenn Sie ein Produkt im Bereich Kehrmaschinen entwickeln, wenden Sie sich bitte an einen professionellen Schrittmotorenlieferanten, um maßgeschneiderte Lösungen für Ihre spezifischen Arbeitsbedingungen zu erhalten.