Permanentmagnet-Schrittmotoren (PM) sind für Anwendungen wie Drucker, CNC-Maschinen und Roboter, die eine exakte Rotation und Positionierung erfordern, unerlässlich. Der gewählte PM-Schrittmotortyp beeinflusst Drehmoment, Effizienz und Leistung.

Dieser Artikel untersucht vier Haupttypen: Getriebe-, Klauenpol-, Scheibenmagnet- und Can-Stack-PM-Schrittmotoren und beleuchtet ihre Funktionen, Anwendungen sowie Unterschiede in Drehmoment und Effizienz.

1. PM-Getriebe-Schrittmotoren

PM-Getriebe-Schrittmotoren kombinieren einen PM-Schrittmotor mit einem integrierten Getriebe zur Steigerung des Drehmoments. Das Getriebe verstärkt das Drehmoment des Motors bei gleichzeitig niedriger Drehzahl. Dadurch eignen sich Getriebe-Schrittmotoren ideal für Anwendungen, bei denen ein höheres Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen benötigt wird.

Sie eignen sich besonders für automatisierte Systeme, die Robotik und andere Maschinen, die präzise und kraftvolle Bewegungen erfordern.

Hauptmerkmale:

• Drehmomentverstärkung: Das integrierte Getriebesystem bietet einen mechanischen Vorteil und erhöht das Drehmoment, ohne dass größere Motoren erforderlich sind.
• Drehzahlregelung: Getriebemotoren reduzieren zwar die Drehzahl des Motors, gewährleisten aber eine präzise Positionsregelung. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen die Bewegungssteuerung entscheidend ist.
• Effizienzaspekte: Trotz des höheren Drehmoments können Getriebeschrittmotoren aufgrund von Reibung im Getriebemechanismus Effizienzverluste aufweisen. Das erhöhte Drehmoment gleicht diese Verluste in der Praxis jedoch häufig aus.

Anwendungen:

• Industrielle Automatisierung: Getriebe-Schrittmotoren mit PM-Antrieb werden häufig in CNC-Maschinen und Fließbändern eingesetzt, wo ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erforderlich ist.
• Robotik: Für Roboterarme und Automatisierungssysteme bieten Getriebe-Schrittmotoren das nötige Drehmoment, um Objekte präzise anzuheben oder zu manipulieren.
• Fördersysteme: In Förderbandsystemen sorgen diese Motoren für gleichmäßige, kontrollierte Bewegungen schwerer Lasten.

2. Klauenpol-PM-Schrittmotoren

Klauenpol-PM-Schrittmotoren zeichnen sich durch eine einzigartige, klauenähnliche Rotorstruktur aus, die das Rastmoment reduziert und die Laufruhe verbessert. Diese Motoren eignen sich besonders für Anwendungen, die einen gleichmäßigen und vibrationsfreien Betrieb erfordern.

Das Klauenpol-Design minimiert das Rastmoment, das bei herkömmlichen Schrittmotoren zu ruckartigen Bewegungen und ungleichmäßiger Positionierung führen kann.

Hauptmerkmale:

• Reduziertes Rastmoment: Der klauenförmige Rotor minimiert das Rastmoment und ermöglicht so eine gleichmäßigere Bewegung und höhere Präzision bei Anwendungen, die eine Feinsteuerung erfordern.
• Kompaktes Design: Diese Motoren sind im Vergleich zu anderen Typen oft kompakter und eignen sich daher für den Einsatz in beengten Umgebungen.
• Hoher Wirkungsgrad: Klauenpol-PM-Schrittmotoren bieten aufgrund des geringeren magnetischen Widerstands einen höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Schrittmotoren.

Anwendungen:

• Medizinische Geräte: Der gleichmäßige und präzise Betrieb von Klauenpol-PM-Schrittmotoren macht sie ideal für medizinische Geräte wie Infusionspumpen und Beatmungsgeräte.
• Hochpräzise Maschinen: Für Maschinen, die extrem präzise und stabile Bewegungen erfordern, wie z. B. optische Scanner und Laserschneider, sind Klauenpol-PM-Motoren eine zuverlässige Wahl.
• Drucker: Tintenstrahldrucker, Laserdrucker und 3D-Drucker profitieren vom gleichmäßigen Betrieb und der hohen Effizienz von Klauenpol-PM-Schrittmotoren.

3. Scheibenmagnet-PM-Schrittmotoren

Scheibenmagnet-PM-Schrittmotoren verfügen über einen scheibenförmigen Rotor mit eingebetteten Permanentmagneten. Diese Konstruktion verbessert die Effizienz und das Drehmoment des Motors im Verhältnis zu seiner Größe.

Darüber hinaus bietet die Scheibenmagnetkonstruktion ein besseres Verhältnis von Drehmoment zu Baugröße und eignet sich daher ideal für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment bei geringem Platzbedarf erfordern.

Hauptmerkmale:

• Hohes Drehmoment-Größen-Verhältnis: Scheibenförmige Rotoren bieten ein hohes Drehmoment bei kompakter Bauweise und eignen sich daher ideal für kleine Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf.
• Effizienz: Das Design verbessert die Effizienz durch die Verringerung des Abstands zwischen Rotor und Stator und die Reduzierung von Verlusten durch magnetischen Widerstand.
• Präzise Steuerung: Scheibenmagnet-PM-Schrittmotoren zeichnen sich durch präzise Bewegungssteuerung auch bei hohen Geschwindigkeiten aus.

Anwendungen:

• Unterhaltungselektronik: Kompakte Systeme wie Kameras und DVD-Player nutzen häufig PM-Schrittmotoren mit Scheibenmagneten für präzise Bewegungen und geringe Abmessungen.
• Robotik: Kleine Roboter und Drohnen benötigen kompakte Motoren mit hohem Drehmoment, und der PM-Schrittmotor mit Scheibenmagneten erfüllt diese Anforderungen effektiv.
• Bürogeräte: Drucker und Scanner, die kompakte Motoren mit effizienten und präzisen Bewegungen benötigen, setzen häufig PM-Schrittmotoren mit Scheibenmagneten ein.

4. Can-Stack PM-Schrittmotoren

Can-Stack PM-Schrittmotoren zeichnen sich durch ihre zylindrische Bauweise aus, bei der Stator und Rotor becherförmig gestapelt sind. Diese modulare Bauweise ermöglicht eine höhere Polpaarzahl, was Drehmoment und Wirkungsgrad des Motors steigert.

Can-Stack PM-Schrittmotoren eignen sich besonders für Anwendungen mit hohem Drehmoment, bei denen Zuverlässigkeit und Langlebigkeit entscheidend sind.

Hauptmerkmale:

• Hohes Drehmoment: Das Stapeldesign ermöglicht durch die höhere Polzahl in Rotor und Stator ein höheres Drehmoment und verbessert so den Motorwirkungsgrad.
• Haltbarkeit: Aufgrund ihrer hohen Robustheit eignen sich Can-Stack-PM-Schrittmotoren für anspruchsvolle Anwendungen, die ein hohes Maß an Leistung und Zuverlässigkeit erfordern.
• Effizienz: Diese Motoren sind aufgrund ihres effektiven Magnetflussmanagements tendenziell effizienter als andere PM-Schrittmotoren.

Anwendungen:

• Hochleistungsanwendungen: Für Industriemaschinen wie Hochleistungsantriebe und Förderbänder bieten Can-Stack-PM-Schrittmotoren die Zuverlässigkeit und das Drehmoment, die für anspruchsvolle Anwendungen erforderlich sind.
• Präzisionswerkzeuge: Für Werkzeuge, die sowohl ein hohes Drehmoment als auch Präzision erfordern, wie z. B. CNC-Maschinen und Drehmaschinen, sind Can-Stack-PM-Schrittmotoren oft die bevorzugte Wahl.
• Automatisierung: In großen automatisierten Systemen, in denen Präzision und Leistung entscheidend sind, bieten diese Motoren die notwendige Kombination aus Effizienz und Drehmoment.

Vergleichstabelle: Hauptmerkmale der PM-Schrittmotortypen

Wichtige Merkmale	PM-Schrittmotor mit Getriebe	PM-Schrittmotor mit Klauenpolen	PM-Schrittmotor mit Scheibenmagnet	PM-Schrittmotor in Blechpaketbauweise
Drehmoment	Hoch	Mittel	Mittel	Sehr hoch
Wirkungsgrad	Mittel	Hoch	Hoch	Hoch
Größe	Größer	Kompakt	Kompakt	Größer
Am besten geeignet für	Anwendungen mit hoher Last	Präzisionsmaschinen	Kleine Systeme, Robotik	Schwerlastanwendungen

 

Fazit

Jeder PM-Schrittmotortyp – ob Getriebe-, Klauenpol-, Scheibenmagnet- oder Can-Stack-Bauweise – bietet deutliche Vorteile hinsichtlich Drehmoment, Effizienz und Größe.

• PM-Schrittmotoren mit Getriebe eignen sich ideal für Anwendungen mit hohem Drehmoment, die eine präzise Steuerung bei niedrigen Drehzahlen erfordern.
• Klauenpol-PM-Schrittmotoren eignen sich hervorragend für Systeme, die einen gleichmäßigen Lauf und hohe Effizienz erfordern, insbesondere in kompakten Designs.
• PM-Schrittmotoren mit Scheibenmagnet bieten ein höheres Drehmoment-Größen-Verhältnis und eignen sich daher perfekt für kleine Geräte, die effiziente, leistungsstarke Motoren benötigen.
• PM-Schrittmotoren mit Can-Stack-Bauweise eignen sich aufgrund ihres hohen Drehmoments und ihrer Langlebigkeit perfekt für anspruchsvolle Industrieanwendungen.

Durch das Verständnis der einzigartigen Eigenschaften jedes Typs können Ingenieure und Designer den für ihre spezifischen Anforderungen am besten geeigneten Motor auswählen und dabei Drehmoment, Effizienz und physikalische Einschränkungen für eine optimale Leistung ausbalancieren.