In Automatisierungsgeräten, Präzisionsinstrumenten, Robotern und sogar alltäglichen 3D-Druckern und Smart-Home-Geräten spielen Mikroschrittmotoren aufgrund ihrer präzisen Positionierung, einfachen Steuerung und hohen Kosteneffizienz eine unverzichtbare Rolle. Doch wie finden Sie angesichts der überwältigenden Produktvielfalt auf dem Markt den am besten geeigneten Mikroschrittmotor für Ihre Anwendung? Ein tiefes Verständnis der wichtigsten Parameter ist der erste Schritt zur erfolgreichen Auswahl. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse dieser Kernindikatoren, um Ihnen eine fundierte Entscheidung zu ermöglichen.
1. Schrittwinkel
Definition:Der theoretische Drehwinkel eines Schrittmotors beim Empfang eines Impulssignals ist der grundlegendste Genauigkeitsindikator eines Schrittmotors.
Gemeinsame Werte:Die üblichen Schrittwinkel für Standard-Zweiphasen-Hybrid-Mikroschrittmotoren betragen 1,8° (200 Schritte pro Umdrehung) und 0,9° (400 Schritte pro Umdrehung). Präzisere Motoren können kleinere Winkel (z. B. 0,45°) erreichen.
Auflösung:Je kleiner der Schrittwinkel, desto kleiner ist der Winkel der Einzelschrittbewegung des Motors und desto höher ist die theoretisch erreichbare Positionsauflösung.
Stabiler Betrieb: Bei gleicher Geschwindigkeit bedeutet ein kleinerer Schrittwinkel normalerweise einen ruhigeren Betrieb (insbesondere bei Mikroschrittantrieb).
Auswahlpunkte:Wählen Sie entsprechend der erforderlichen Mindestbewegungsdistanz oder den Anforderungen an die Positioniergenauigkeit der Anwendung. Für hochpräzise Anwendungen wie optische Geräte und Präzisionsmessgeräte ist es notwendig, kleinere Schrittwinkel zu wählen oder auf Mikroschritt-Antriebstechnologie zurückzugreifen.
2. Haltemoment
Definition:Das maximale statische Drehmoment, das ein Motor bei Nennstrom und im bestromten Zustand (ohne Rotation) erzeugen kann. Die Einheit ist üblicherweise N·cm oder oz·in.
Bedeutung:Dies ist der Kernindikator zur Messung der Leistung eines Motors. Er bestimmt, wie viel externer Kraft der Motor widerstehen kann, ohne im Stillstand den Schritt zu verlieren, und wie viel Last er im Moment des Starts/Stopps antreiben kann.
Auswirkungen:Steht in direktem Zusammenhang mit der Lastgröße und der Beschleunigungsfähigkeit des Motors. Ein unzureichendes Drehmoment kann zu Startschwierigkeiten, Schrittverlust während des Betriebs und sogar zum Abwürgen führen.
Auswahlpunkte:Dies ist einer der wichtigsten Parameter, die bei der Auswahl berücksichtigt werden müssen. Es ist sicherzustellen, dass das Haltemoment des Motors größer ist als das von der Last benötigte maximale statische Drehmoment und dass ein ausreichender Sicherheitsspielraum vorhanden ist (normalerweise 20–50 %). Berücksichtigen Sie Reibungs- und Beschleunigungsanforderungen.
3. Phasenstrom
Definition:Der maximale Strom (normalerweise Effektivwert), der unter Nennbetriebsbedingungen durch jede Phasenwicklung eines Motors fließen darf. Einheit: Ampere (A).
Bedeutung:Bestimmt direkt die Größe des Drehmoments, das der Motor erzeugen kann (das Drehmoment ist ungefähr proportional zum Strom) und den Temperaturanstieg.
Die Beziehung zum Antrieb:ist entscheidend! Der Motor muss mit einem Treiber ausgestattet sein, der den Nennphasenstrom liefern kann (oder auf diesen Wert eingestellt werden kann). Unzureichender Treiberstrom kann zu einer Verringerung des Motorausgangsdrehmoments führen. Zu hoher Strom kann die Wicklung durchbrennen oder eine Überhitzung verursachen.
Auswahlpunkte:Geben Sie das erforderliche Drehmoment für die Anwendung klar an, wählen Sie den Motor mit der entsprechenden Stromspezifikation basierend auf der Drehmoment-/Stromkurve des Motors aus und passen Sie die Stromabgabefähigkeit des Treibers genau an.
4. Wicklungswiderstand pro Phase und Wicklungsinduktivität pro Phase
Widerstand (R):
Definition:Der Gleichstromwiderstand jeder Phasenwicklung. Die Einheit ist Ohm (Ω).
Auswirkungen:Beeinflusst den Versorgungsspannungsbedarf des Treibers (gemäß Ohmschem Gesetz V=I * R) und den Kupferverlust (Wärmeentwicklung, Leistungsverlust=I² * R). Je größer der Widerstand, desto höher die benötigte Spannung bei gleichem Strom und desto größer die Wärmeentwicklung.
Induktivität (L):
Definition:Die Induktivität jeder Phasenwicklung. Einheit Millihenry (mH).
Auswirkungen:ist entscheidend für die Hochgeschwindigkeitsleistung. Die Induktivität kann schnelle Stromänderungen behindern. Je größer die Induktivität, desto langsamer steigt/fällt der Strom, wodurch die Fähigkeit des Motors, bei hohen Geschwindigkeiten den Nennstrom zu erreichen, eingeschränkt wird, was zu einem starken Abfall des Drehmoments bei hohen Geschwindigkeiten führt (Drehmomentabfall).
Auswahlpunkte:
Motoren mit geringem Widerstand und geringer Induktivität weisen normalerweise eine bessere Hochgeschwindigkeitsleistung auf, erfordern jedoch möglicherweise höhere Antriebsströme oder komplexere Antriebstechnologien.
Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen (wie Hochgeschwindigkeits-Dosier- und Scan-Geräten) sollten Motoren mit niedriger Induktivität bevorzugt werden.
Der Treiber muss in der Lage sein, eine ausreichend hohe Spannung bereitzustellen (normalerweise ein Vielfaches der Spannung von „I R“), um die Induktivität zu überwinden und sicherzustellen, dass sich bei hohen Geschwindigkeiten schnell Strom aufbauen kann.
5. Temperaturanstieg und Isolationsklasse
Temperaturanstieg:
Definition:Die Differenz zwischen der Wicklungstemperatur und der Umgebungstemperatur eines Motors nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts bei Nennstrom und bestimmten Betriebsbedingungen. Einheit ℃.
Bedeutung:Ein übermäßiger Temperaturanstieg kann die Alterung der Isolierung beschleunigen, die magnetische Leistung verringern, die Lebensdauer des Motors verkürzen und sogar Fehlfunktionen verursachen.
Isolationsgrad:
Definition:Der Niveaustandard für die Hitzebeständigkeit von Isoliermaterialien für Motorwicklungen (z. B. B-Niveau 130 °C, F-Niveau 155 °C, H-Niveau 180 °C).
Bedeutung:bestimmt die maximal zulässige Betriebstemperatur des Motors (Umgebungstemperatur + Temperaturanstieg + Hot-Spot-Spannen ≤ Isolationsniveautemperatur).
Auswahlpunkte:
Verstehen Sie die Umgebungstemperatur der Anwendung.
Bewerten Sie den Arbeitszyklus der Anwendung (kontinuierlicher oder intermittierender Betrieb).
Wählen Sie Motoren mit ausreichend hoher Isolation, um sicherzustellen, dass die Wicklungstemperatur unter den erwarteten Betriebsbedingungen und bei steigender Temperatur die Obergrenze der Isolationsstufe nicht überschreitet. Eine gute Wärmeableitung (z. B. durch den Einbau von Kühlkörpern und Zwangsluftkühlung) kann den Temperaturanstieg wirksam reduzieren.
6. Motorgröße und Installationsmethode
Größe:bezieht sich hauptsächlich auf die Flanschgröße (z. B. NEMA-Standards wie NEMA 6, NEMA 8, NEMA 11, NEMA 14, NEMA 17 oder metrische Größen wie 14 mm, 20 mm, 28 mm, 35 mm, 42 mm) und die Gehäuselänge des Motors. Die Größe wirkt sich direkt auf das Ausgangsdrehmoment aus (normalerweise gilt: Je größer die Größe und je länger das Gehäuse, desto größer das Drehmoment).
NEMA6 (14 mm):
NEMA8 (20 mm):
NEMA11 (28 mm):
NEMA14 (35 mm):
NEMA17 (42 mm):
Installationsmethoden:Zu den gängigen Methoden gehören die Installation eines vorderen Flansches (mit Gewindelöchern), die Installation einer hinteren Abdeckung, die Installation einer Klemme usw. Sie muss an die Gerätestruktur angepasst werden.
Wellendurchmesser und Wellenlänge: Durchmesser und Auszugslänge der Abtriebswelle müssen an die Kupplung bzw. Belastung angepasst werden.
Auswahlkriterien:Wählen Sie die minimale Größe, die aufgrund der Platzbeschränkungen zulässig ist, und erfüllen Sie gleichzeitig die Drehmoment- und Leistungsanforderungen. Überprüfen Sie die Kompatibilität von Installationslochposition, Wellengröße und Lastende.
7. Rotorträgheit
Definition:Das Trägheitsmoment des Motorrotors selbst. Die Einheit ist g·cm².
Auswirkungen:Beeinflusst die Beschleunigungs- und Verzögerungsreaktionsgeschwindigkeit des Motors. Je größer die Trägheit des Rotors, desto länger ist die erforderliche Start-Stopp-Zeit und desto höher sind die Anforderungen an die Beschleunigungsfähigkeit des Antriebs.
Auswahlpunkte:Für Anwendungen, die häufiges Starten und Stoppen sowie schnelles Beschleunigen/Verzögern erfordern (wie Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Roboter, Laserschneidpositionierung), wird empfohlen, Motoren mit geringer Rotorträgheit zu wählen oder sicherzustellen, dass die Gesamtlastträgheit (Lastträgheit + Rotorträgheit) innerhalb des empfohlenen Anpassungsbereichs des Treibers liegt (normalerweise empfohlene Lastträgheit ≤ 5-10-fache der Rotorträgheit, Hochleistungsantriebe können gelockert werden).
8. Genauigkeitsgrad
Definition:Es bezieht sich hauptsächlich auf die Schrittwinkelgenauigkeit (die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Schrittwinkel und dem theoretischen Wert) und den kumulativen Positionierungsfehler. Normalerweise ausgedrückt als Prozentsatz (z. B. ± 5 %) oder Winkel (z. B. ± 0,09 °).
Auswirkungen: Wirkt sich direkt auf die absolute Positioniergenauigkeit bei offener Regelung aus. Ein Schrittfehler (aufgrund unzureichenden Drehmoments oder Hochgeschwindigkeitsschritten) führt zu größeren Fehlern.
Wichtige Auswahlkriterien: Die Genauigkeit von Standardmotoren erfüllt in der Regel die meisten allgemeinen Anforderungen. Für Anwendungen, die eine extrem hohe Positioniergenauigkeit erfordern (z. B. in der Halbleiterfertigung), sollten hochpräzise Motoren (z. B. innerhalb von ± 3 %) ausgewählt werden, die möglicherweise eine Regelung oder hochauflösende Encoder erfordern.
Umfassende Betrachtung, präzise Abstimmung
Die Auswahl von Mikroschrittmotoren basiert nicht nur auf einem einzelnen Parameter, sondern muss entsprechend Ihres spezifischen Anwendungsszenarios (Lasteigenschaften, Bewegungskurve, Genauigkeitsanforderungen, Geschwindigkeitsbereich, Platzbeschränkungen, Umgebungsbedingungen, Kostenbudget) umfassend berücksichtigt werden.
1. Kernanforderungen klären: Lastmoment und Drehzahl sind die Ausgangspunkte.
2. Anpassung der Treiberstromversorgung: Die Parameter für Phasenstrom, Widerstand und Induktivität müssen mit dem Treiber kompatibel sein, wobei den Anforderungen an die Hochgeschwindigkeitsleistung besondere Aufmerksamkeit zu schenken ist.
3. Achten Sie auf das Wärmemanagement: Stellen Sie sicher, dass der Temperaturanstieg innerhalb des zulässigen Bereichs des Isolationsniveaus liegt.
4. Physikalische Einschränkungen berücksichtigen: Größe, Einbauart und Wellenspezifikationen müssen an die mechanische Struktur angepasst werden.
5. Dynamische Leistung bewerten: Bei häufigen Beschleunigungs- und Verzögerungsanwendungen muss auf die Rotorträgheit geachtet werden.
6. Genauigkeitsüberprüfung: Bestätigen Sie, ob die Schrittwinkelgenauigkeit den Anforderungen der Open-Loop-Positionierung entspricht.
Durch die Analyse dieser Schlüsselparameter können Sie Klarheit gewinnen und den am besten geeigneten Mikroschrittmotor für Ihr Projekt finden. So legen Sie die Grundlage für einen stabilen, effizienten und präzisen Betrieb Ihrer Anlage. Suchen Sie die optimale Motorlösung für eine bestimmte Anwendung? Unser technisches Team unterstützt Sie gerne bei der individuellen Auswahl Ihrer individuellen Anforderungen! Wir bieten ein umfassendes Sortiment an leistungsstarken Mikroschrittmotoren und passenden Treibern für unterschiedliche Anforderungen – von der allgemeinen Ausrüstung bis hin zu hochmodernen Instrumenten.
Veröffentlichungszeit: 18. August 2025