SchrittmotorenSchrittmotoren und Servomotoren sind diskrete Bewegungssteuerungsgeräte, die im Vergleich zu Servomotoren kostengünstig sind und mechanische und elektrische Energie umwandeln. Ein Motor, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, wird als Generator bezeichnet; ein Motor, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, wird als Motor bezeichnet. Schrittmotoren und Servomotoren sind Produkte der Bewegungssteuerung, die die Bewegung von Automatisierungsanlagen präzise steuern und hauptsächlich in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden.
Es gibt drei Arten von Schrittmotorrotoren: reaktive (VR-Typ), permanentmagnetische (PM-Typ) und hybride (HB-Typ). 1) Reaktiv (VR-Typ): Zahnrad mit Rotorzähnen. 2) Permanentmagnet (PM-Typ): Rotor mit Permanentmagnet. 3) Hybrid (HB-Typ): Zahnrad mit Permanentmagnet und Rotorzähnen. Schrittmotoren werden anhand der Wicklungen am Stator klassifiziert: Es gibt Zwei-, Drei- und Fünfphasen-Reihenschaltungen. Motoren mit zwei Statoren sind Zweiphasenmotoren, solche mit fünf Statoren Fünfphasenmotoren. Je mehr Phasen und Takte ein Schrittmotor hat, desto genauer arbeitet er.
HB-Motoren ermöglichen sehr präzise kleine Schrittbewegungen, während PM-Motoren im Allgemeinen keine hohe Regelgenauigkeit erfordern.HB-MotorenSie können komplexe und präzise Anforderungen an die lineare Bewegungssteuerung erfüllen. Permanentmagnetmotoren zeichnen sich durch ein relativ geringes Drehmoment und Volumen aus, benötigen in der Regel keine hohe Steuerungsgenauigkeit und sind kostengünstiger. Anwendungsgebiete: Textilmaschinen, Lebensmittelverpackung. Im Hinblick auf Produktionsprozess und MotorsteuerungsgenauigkeitHB-Schrittmotorensind hochwertiger als PM-Schrittmotoren.
Schrittmotoren und Servomotoren sind beides Produkte der Bewegungssteuerung, unterscheiden sich jedoch in ihrer Leistungsfähigkeit. Ein Schrittmotor ist ein diskretes Bewegungsgerät, das einen Befehl empfängt und einen Schritt ausführt. Schrittmotoren wandeln das Eingangssignal in eine Winkelverschiebung um. Wenn der Schrittmotortreiber ein Impulssignal empfängt, steuert er den Schrittmotor an, sodass dieser sich um einen festen Winkel in die vorgegebene Richtung dreht. Ein Servomotor ist ein Servosystem, das elektrische Signale in Drehmoment und Drehzahl umwandelt, um ein Steuerobjekt anzutreiben. Dadurch lassen sich Geschwindigkeit und Position präzise steuern.
✓ Schrittmotoren und Servomotoren unterscheiden sich deutlich in ihren Niederfrequenzeigenschaften, Momentfrequenzeigenschaften und Überlastfähigkeit:
Regelgenauigkeit: Je mehr Phasen und Reihen Schrittmotoren haben, desto höher ist die Genauigkeit; die Regelgenauigkeit von AC-Servomotoren wird durch den Drehgeber am hinteren Ende der Motorwelle gewährleistet, je mehr Geberskalen, desto höher ist die Genauigkeit.
✓ Niederfrequenzeigenschaften: Schrittmotoren neigen bei niedrigen Drehzahlen zu niederfrequenten Vibrationen. Diese prinzipbedingten Vibrationen beeinträchtigen den normalen Maschinenbetrieb. Üblicherweise werden sie durch Dämpfungstechniken reduziert. AC-Servosysteme hingegen verfügen über eine Resonanzdämpfung, die die mangelnde Steifigkeit der Maschine ausgleicht. Dadurch läuft der Motor sehr ruhig und vibrationsfrei, selbst bei niedrigen Drehzahlen.
✓ Drehmoment-Frequenz-Kennlinie: Das Ausgangsdrehmoment von Schrittmotoren nimmt mit steigender Drehzahl ab, daher liegt ihre maximale Betriebsdrehzahl bei 300-600 U/min; Servomotoren können bis zur Nenndrehzahl (im Allgemeinen 2000-3000 U/min) ein Nenndrehmoment abgeben, oberhalb der Nenndrehzahl erfolgt eine konstante Leistungsabgabe.
✓ Überlastfähigkeit: Schrittmotoren sind nicht überlastfähig; Servomotoren hingegen sind stark überlastfähig.
✓ Ansprechverhalten: Schrittmotoren benötigen 200–400 ms, um von Stillstand auf Betriebsdrehzahl (mehrere hundert Umdrehungen pro Minute) zu beschleunigen. AC-Servomotoren bieten ein besseres Ansprechverhalten und eignen sich für Steuerungsanwendungen, die schnelles Starten und Stoppen erfordern. Der Panasonic MASA 400W AC-Servomotor beispielsweise beschleunigt in nur wenigen Millisekunden von Stillstand auf seine Nenndrehzahl von 3000 U/min.
Betriebsverhalten: Schrittmotoren werden im offenen Regelkreis gesteuert und neigen bei zu hoher Anlauffrequenz oder zu großer Last zu Schrittverlusten oder Blockierungen sowie bei zu hoher Drehzahl beim Anhalten zu Überschwingen; AC-Servos werden im geschlossenen Regelkreis gesteuert, und der Treiber kann das Rückkopplungssignal des Motor-Encoders direkt abtasten, sodass es im Allgemeinen keine Schrittverluste oder Überschwingen des Schrittmotors gibt und die Regelung zuverlässiger ist.
AC-Servomotoren bieten eine höhere Leistung als Schrittmotoren, letztere sind jedoch kostengünstiger. AC-Servomotoren sind in Bezug auf Ansprechgeschwindigkeit, Überlastfähigkeit und Laufverhalten überlegen, Schrittmotoren werden aber aufgrund ihres besseren Preis-Leistungs-Verhältnisses in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Mit Closed-Loop-Technologie erreichen Closed-Loop-Schrittmotoren eine hohe Genauigkeit und Effizienz und können damit einen Teil der Leistung von Servomotoren erzielen, bieten aber gleichzeitig den Vorteil eines niedrigeren Preises.
Blicken Sie voraus und erschließen Sie neue Anwendungsbereiche. Die Anwendungen von Schrittmotoren haben sich strukturell verändert: Der traditionelle Markt ist gesättigt, und neue Branchen entstehen. Die Steuermotoren und Antriebssysteme des Unternehmens finden breite Anwendung in Medizintechnik, Servicerobotern, Industrieautomation, Informations- und Kommunikationstechnik, Sicherheitstechnik und anderen aufstrebenden Branchen. Diese Bereiche machen einen relativ großen Anteil des Gesamtgeschäfts aus und wachsen rasant. Die Nachfrage nach Schrittmotoren hängt von der Wirtschaftslage, der Technologie, dem Automatisierungsgrad der Industrie und dem technischen Entwicklungsstand der Schrittmotoren selbst ab. Der Markt ist in traditionellen Branchen wie Büroautomation, Digitalkameras und Haushaltsgeräten gesättigt, während neue Branchen wie 3D-Druck, Solarenergie, Medizintechnik und Automobilanwendungen kontinuierlich entstehen.
| Felder | Spezifische Anwendungen |
| Büroautomation | Drucker, Scanner, Kopierer, Multifunktionsgeräte usw. |
| Bühnenbeleuchtung | Lichtrichtungssteuerung, Fokus, Farbverschiebung, Spotsteuerung, Lichteffekte usw. |
| Bankwesen | Geldautomaten, Banknotendruck, Bankkartenproduktion, Geldzählmaschinen usw. |
| Medizinisch | CT-Scanner, Hämatologie-Analysegerät, Biochemie-Analysegerät usw. |
| Industrie | Textilmaschinen, Verpackungsmaschinen, Roboter, Förderbänder, Montagelinien, Bestückungsautomaten usw. |
| Kommunikation | Signalaufbereitung, Positionierung mobiler Antennen usw. |
| Sicherheit | Bewegungssteuerung für Überwachungskameras. |
| Automobil | Öl-/Gasventilsteuerung, leichtes Lenksystem. |
Zukunftsbranche 1: Der 3D-Druck erzielt weiterhin bahnbrechende Fortschritte in der Forschung und Entwicklung und erweitert seine Anwendungsbereiche in nachgelagerten Bereichen. Die nationalen und internationalen Märkte wachsen mit einer Rate von rund 30 %. Der 3D-Druck basiert auf digitalen Modellen, bei denen Materialien Schicht für Schicht aufgetragen werden, um physische Objekte zu erzeugen. Der Motor ist eine wichtige Antriebskomponente des 3D-Druckers; seine Genauigkeit beeinflusst das Druckergebnis. Üblicherweise werden Schrittmotoren verwendet. Im Jahr 2019 erreichte die globale 3D-Druckindustrie ein Volumen von 12 Milliarden US-Dollar, ein Anstieg von 30 % gegenüber dem Vorjahr.
Zukunftsindustrie 2: Mobile Roboter sind computergesteuert und verfügen über Funktionen wie Bewegung, automatische Navigation, Multisensorsteuerung, Netzwerkinteraktion usw. Der wichtigste Einsatz in der praktischen Produktion ist die Handhabung, die mit einem hohen Grad an Nichtstandardisierung einhergeht.
Schrittmotoren werden im Antriebsmodul mobiler Roboter eingesetzt, wobei die Hauptantriebsstruktur aus Antriebsmotoren und Untersetzungsgetrieben (Getrieben) besteht. Obwohl die heimische Industrieroboterindustrie im Vergleich zum Ausland später begann, ist sie im Bereich der mobilen Roboter führend. Derzeit werden die Kernkomponenten mobiler Roboter überwiegend im Inland gefertigt, und heimische Unternehmen erfüllen die Genauigkeitsanforderungen in nahezu allen Bereichen. Der Wettbewerb durch ausländische Unternehmen ist gering.
Der chinesische Markt für mobile Roboter wird 2019 ein Volumen von rund 6,2 Milliarden US-Dollar erreichen, ein Plus von 45 % gegenüber dem Vorjahr. Internationale Markteinführungen professioneller Reinigungsroboter mit deutlich gesteigerter Reinigungseffizienz stehen bevor. Nach der Einführung des humanoiden Roboters folgte 2018 die Markteinführung des „zweiten Roboters“. Dieser intelligente, gewerbliche Saugroboter ist mit mehreren Sensoren ausgestattet, die Hindernisse, Treppen und menschliche Bewegungen erkennen. Er kann mit einer Akkuladung drei Stunden lang arbeiten und bis zu 1.500 Quadratmeter reinigen. Der „zweite Roboter“ kann einen Großteil der täglichen Reinigungsarbeit übernehmen und die Reinigungsintervalle zusätzlich zu den bestehenden Reinigungsarbeiten erhöhen.
Zukunftsbranche 3: Mit der Einführung von 5G steigt die Anzahl der Antennen für Mobilfunkbasisstationen und damit auch der Bedarf an Motoren. Im Allgemeinen werden für herkömmliche Mobilfunkbasisstationen drei Antennen benötigt, für 4G-Basisstationen vier bis sechs. Für 5G-Anwendungen, die neben der herkömmlichen Mobilfunkkommunikation auch IoT-Anwendungen abdecken müssen, steigt die Anzahl der Basisstationen und Antennen weiter an. Antriebsmotoren mit Getriebekomponenten werden daher zunehmend als kundenspezifische Lösung für Antennenanlagen von Mobilfunkbasisstationen eingesetzt. Pro ESC-Antenne wird ein Antriebsmotor mit Getriebe verwendet.
Die Anzahl der 4G-Basisstationen stieg 2019 um 1,72 Millionen, und der Ausbau des 5G-Netzes dürfte einen neuen Zyklus einleiten. 2019 erreichte die Anzahl der Mobilfunkbasisstationen in China 8,41 Millionen, davon waren 5,44 Millionen 4G-Basisstationen (65 %). Die Zahl der neuen 4G-Basisstationen stieg 2019 um 1,72 Millionen – der höchste Wert seit 2015. Dies ist hauptsächlich auf zwei Gründe zurückzuführen: 1) den Netzausbau zur Schließung von Funklöchern in ländlichen Gebieten und 2) die Modernisierung der Kernnetzkapazität als Grundlage für den 5G-Netzausbau. Chinas kommerzielle 5G-Lizenz wurde im Juni 2019 erteilt, und bis Mai 2020 sollten landesweit mehr als 250.000 5G-Basisstationen in Betrieb sein.
Zukunftsbranche 5: Medizintechnik ist eines der Hauptanwendungsgebiete für Schrittmotoren und ein Bereich, in dem Vic-Tech stark engagiert ist. Von Metall bis Kunststoff – Medizinprodukte erfordern höchste Präzision in der Fertigung. Viele Hersteller setzen Servomotoren ein, um diese Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Da Schrittmotoren jedoch wirtschaftlicher und kompakter sind und die erforderliche Genauigkeit für einige Medizinprodukte bieten, werden sie in der Medizintechnik eingesetzt und ersetzen teilweise sogar Servomotoren.
Veröffentlichungsdatum: 19. Mai 2023