Stappenmotoren maken een nauwkeurige positionering mogelijk en worden daarom gebruikt wanneer een hoge nauwkeurigheid vereist is voor veeleisende positioneringstaken. Zij bestaan uit een stationaire stator en een daarin draaiende rotor, die wordt aangedreven door een draaimoment dat wordt opgewekt door verschillend uitgelijnde magnetische velden in de stator en de rotor. Daarbij draait de rotor altijd zodanig dat een zo groot mogelijke magnetische flux wordt gecreëerd. Stappenmotoren worden vooral gebruikt in de fabrieksautomation, maar ook steeds meer in de machine- en installatiebouw.
Kenmerkend voor stappenmotoren is het zeer hoge draaimoment bij een laag toerental. Dit maakt enerzijds een snelle start en anderzijds - dankzij het hoge houdmoment - een gemakkelijke stopper van de toepassing mogelijk. Ook de draairichting kan op elk moment snel worden veranderd. Andere fundamentele voordelen van stappenmotoren zijn de hoge nauwkeurigheid die met het gebruik ervan wordt bereikt en de gemakkelijke controle van de respectieve rotorpositie. Bovendien worden in stappenmotoren geen borstels geïnstalleerd, wat in belangrijke mate bijdraagt tot de hoge mechanische weerstand van de toepassing.
In principe zijn er drie verschillende soorten stappenmotoren: de reluctantiestappenmotor, de permanente-magneetstappenmotor en de hybride stappenmotor. Deze laatste combineert de eigenschappen van reluctantie- en permanente-magneetstappenmotoren en is daarmee de meest efficiënte van de drie varianten. Hybride stappenmotoren hebben een stator met meerdere getande statorpolen en een rotor bestaande uit maximaal 200 rotortanden die kunnen bewegen met stappen van elk 1,8°. Hybride stappenmotoren hebben een hoog statisch en dynamisch draaimoment en een zeer hoge stapsnelheid en worden daarom gebruikt in talrijke toepassingen, waaronder PC-drives en printers. De belangrijkste toepassingsgebieden voor hybride stappenmotoren in de industrie zijn gereedschaps- en handlingmachines.
Festo vertrouwt op hybride technologie bij de verdere ontwikkeling en productie van stappenmotoren. De EMMS-ST stappenmotor maakt deel uit van ons kernprogramma en is bij uitstek geschikt voor eenvoudige positioneringstoepassingen. EMMS-ST maakt een kleine stapbreedte mogelijk bij hoge aandrijfmomenten, heeft geoptimaliseerde aansluittechniek en is verkrijgbaar in vier bouwgroottes met flensafmetingen 28, 42, 57 en 87. Hij is ook optioneel verkrijgbaar met een blokkeerrem.
De stappenmotor is een veelgebruikt product dat het mogelijk maakt om op een zeer eenvoudige en prijsgunstige manier positie- en snelheidregelingen uit te voeren. Het is een borstelloos ontwerp, wat een lange en onderhoudsvije levensduur garandeert en minder trillingen genereert. Het aantal stappen per omwenteling (van 200 stappen), of volledige omwenteling worden geteld waarmee de positie kan worden bepaald, een bepaald aantal stappen draaien wordt in de besturing omgezet in een plaats op een lineaire of rotatieve beweging.
Er bestaan een aantal types stappenmotoren, ingedeeld naar hun mechanisch ontwerp, zoals de permanent magneet stappenmotor, de reluctantiemotor en het vandaag in de industrie vaak gebruikte type, de HY stappenmotor, een combinatie van de twee voorgaande types, waarbij een getande permanent magneetrotor gebruikt wordt. Elektrisch wordt vaak het bipolaire type gebruikt waarbij twee wikkelingen zonder middenaftakking de stator vormen.
De afmetingen van een stappenmotor wordt vastgelegd in NEMA normen. De kleinste stappenmotoren kunnen zelfs aangestuurd worden met een Arduino besturing of een RaspberryPi microPC. Voor de grotere types is een extra driver nodig die de stuursignalen versterkt en omzet in vermogen naar de motorwikkelingen.
In de industrie worden stappenmotor drivers (controller) ingezet die zowel besturing als vermogensgedeelte in één behuizing hebben, en via bijvoorbeeld een veldbus zoals Profinet of Ethercat met een PLC communiceren. Deze drives, zoals de Festo CMMT-ST, kunnen via stroom een stappenmotor aansturen in open loop, dus zonder terugkoppeling van een encoder signaal, of in closed loop, waarbij de stappenmotordrive continu de gevraagde hoekverdraaiing vergelijkt met de actuele, zodat een hoge mate van betrouwbaarheid bereikt wordt. De stappenmotor werkt dan in servobedrijf, net zoals een klassieke synchrone servomotor. Voor toepassingen die minder dynamisch zijn, met lagere vermogens is een in servobedrijf aangestuurde stappenmotor een zeer prijsgunstig alternatief voor de klassieke servomotorsystemen.
Stappenmotoren worden zeer veel ingezet in de handlingtechnologie, bijvoorbeeld in pick-and-place-eenheden, aanvoermechanismen en stopverstellingen, point-to-point positionering over korte afstanden, CNC en soortgelijke systemen. Als lange afstanden en hoge snelheden (motortoerental) niet zo belangrijk zijn, zijn het ideale positioneringsmotoren.
De aantrekkelijke technische eigenschappen van deze producten worden aangevuld door het feit dat met stappenmotoren zeer rendabele aandrijfoplossingen kunnen worden opgezet. Dit is vooral te danken aan de zeer eenvoudige inbedrijfstelling - van de bekabeling tot de instelling van de regelparameters.
Er zijn drie basistypes stappenmotoren, die verschillen in constructie en functie:
Deze motorvariant is het oorspronkelijke principe voor stappenmotoren. Het woord reluctantie verwijst naar "magnetische weerstand". De rotor bestaat slechts uit een gegroefde of getande zachte ijzeren cilinder. Zacht ijzer is magnetisch geleidend en is dus betrokken bij het opzetten van magnetische velden, maar is geen permanente magneet.
In de rotor zijn geen wikkelingen geplaatst. Dit betekent dat de hij geen eigen magnetisch veld heeft en geen commutatoren of collectorringen nodig heeft. Dit maakt de hem praktisch onderhoudsvrij en zeer kosteneffectief.
Het vaste deel wordt gevormd door de behuizing. Het type wikkeling van de spoel resulteert in zes spoelen met een ijzeren kern, die de polen of poolparen vormen (elektromagneten). Minstens 3 poolparen, d.w.z. 6 spoelen, moeten worden geïnstalleerd. Een unipolaire motor heeft 6 aansluiting.
De spoelwikkelingen bevinden zich over de gehele lengte parallel aan de lengteas. De vertandingen en groeven van de stator komen overeen met de steek, grootte en positie van die van de rotor.
Om deze te laten draaien dienen bepaalde spoelen (of paren van) beurtelings geactiveerd (spanning) en gedeactiveerd te worden met transistoren. Dit resulteert in een getrapt roterend magnetisch veld en hij volgt deze beweging. Het specificeren van de draairichting en snelheid van het veld bepaalt de draairichting en snelheid van de motoras.
Voor deze zijn ten minste twee spoelparen nodig. De rotor bestaat uit een permanente magneet, waarin waarbij de twee polen evenwijdig lopen aan de lengteas van de motoras en is permantent aan één kant van de voedingsspanning aangesloten. Om een hoge resolutie mogelijk te maken worden beide van een hoog aantal polen voorzien;
Het voordeel ten opzichte van de reluctantiemotor ligt in het hogere koppel, omdat in dit geval de rotor een afzonderlijk en dus extra magnetisch veld opwekt.
Deze motor combineert de voordelen van reluctantie- en permanente-magneetstappenmotoren. Minstens twee spoelparen en vaste magneten, met een pooluitlijning parallel aan de motoras, en rotor recht tegenover stator.
De polen zijn elk voorzien van cilinders van zacht ijzer, die rondom getand zijn. De tanden van de cilinders bij de magnetische polen zijn half zo ver uit elkaar geplaatst als de hoekafstand van van de tanden. In het vooraanzicht van de motor zijn dus beide ringtandwielen te zien, de tanden voor de zuidpool vooraan en die voor de noordpool achteraan.
Door uit de verschillende producten de juiste te selecteren en in de winkelwagen te legggen krijg je prijs, levertermijn en verzendkosten te zien om eenvoudig te kopen. Festo verkoopt enkel aan professionele klanten.