Askelmoottorit – löydä valmistajia ja toimittajia

Askelmoottorit ovat erityyppisiä sähkömoottoreita, joille on ominaista tarkka liikkeenohjaus ja tarkka paikannus.

Niitä käytetään usein sovelluksissa, joissa tarkkuus ja toistettavuus ovat ratkaisevia.

Seuraavassa esitellään askelmoottoreiden toimintatapa, ohjausjärjestelmä ja yleiskatsaus askelmoottoreiden tyyppeihin ja sovellusalueisiin sekä niiden etuihin ja haittoihin.

Miten askelmoottorit toimivat:

Askelmoottorit liikkuvat kiinteissä kulma-askeleissa, joita ohjataan sähköpulsseilla. Kukin pulssi siirtää roottoria tietyn kulman verran.
Tässä yhteydessä askelmoottoreista käytetään termejä täysaskel, puoliaskel ja mikroaskel. Esimerkiksi 1,8°:n täysaskelmoottorissa on 200 yksittäistä asentoa täydellistä 360°:n kiertoa varten. 360:200=1.8. 0,9°:n puoliaskelmoottorilla saavutetaan 400 yksittäistä asentoa 360°:n kierron aikana. 360:400=0.9. Mikroaskelmoottoreilla voidaan saavuttaa 1/5, 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 ja 1/250 täydestä askeleesta käyttämällä kehittyneitä moottorinohjauksia.

Askelmoottoreiden ohjaus:

Askelmoottorit vaativat erityisiä ohjaimia, joita kutsutaan yleensä askelmoottoriohjaimiksi tai -ajureiksi. Nämä tuottavat moottoreiden liikkeen ohjaamiseen tarvittavat sähköimpulssit, ja ne voivat olla joko analogisia tai digitaalisia.
Askelen resoluutiota voidaan kasvattaa mikroaskeleiden avulla, jolloin liike muuttuu tasaisemmaksi ja tarkkuus paranee.
Joissakin tapauksissa käytetään takaisinkytkentäsilmukkaa (suljettu silmukka) sen varmistamiseksi, että moottori ei menetä askelia ja säilyttää tarkan asennon.

Askelmoottorityypit:

1. Reluktanssiaskelmoottori:
   Reluktanssiaskelmoottorissa roottori koostuu hammastetusta pehmeästä rautasydämestä. Tämän materiaalin ansiosta magneettikenttä katoaa, kun staattorivirta katkaistaan. Kun virta kytketään päälle, magneettivuo kulkee roottorin pehmeän rautasydämen läpi. Roottorin pyöriminen tapahtuu, koska roottorin lähin hammastus vetää puoleensa hammastettua staattoria (moottorin kiinteä, liikkumaton osa), koska tämä vähentää magneettista vastusta. Koska reluktanssiaskelmoottori ei sisällä kestomagneetteja, siinä ei myöskään ole pysähtymismomenttia, kun virta katkaistaan, toisin kuin kestomagneettiaskelmoottorissa.
2. Kestomagneettinen askelmoottori:
   Kestomagneettiaskelmoottoreissa staattori koostuu pehmeästä raudasta ja roottori kestomagneeteista, joissa on vuorotellen pohjois- ja etelänavat. Staattorin magneettikentän avulla kestomagneettiroottori kohdistetaan siten, että syntyy pyörimisliike. Kestomagneettisten askelmoottoreiden napojen lukumäärä (ja siten resoluutio) on rajoitettu. Yksi etu reluktanssiaskelmoottoriin verrattuna on sen suurempi vääntömomentti. Suurempi induktioisku (sisäinen magneettikenttä -Bmax:sta +Bmax:iin) johtaa suurempiin magneettivoimiin, mikä johtaa suurempaan vääntömomenttiin. Periaatteessa PM-askelmoottori on synkronimoottori, jonka resoluutiota on kasvatettu lisäämällä napaparien määrää.
3. Hybridinen askelmoottori:
   Hybridiaskelmoottoreissa yhdistyvät reluktanssi- ja kestomagneettiaskelmoottoreiden ominaisuudet. Hybridiaskelmoottoreissa on staattori, jossa on useita hammastettuja staattorin napoja, ja kestomagneettiroottori. Tavallisissa hybridiaskelmoottoreissa on 200 roottorin hammasta, ja ne liikkuvat 1,8°:n askelkulmilla. Hybridiaskelmoottoreita käytetään lukuisissa sovelluksissa niiden suuren staattisen ja dynaamisen vääntömomentin ja erittäin suuren askellusnopeuden ansiosta.
4. Levymagneettiset askelmoottorit:
   Levymagneettiset askelmoottorit ovat kehittyneitä mikroaskelmoottoreita, jotka tarjoavat dynaamisemman moottorin suorituskyvyn, hienomman askelmäärätarkkuuden ja suuremman kiihtyvyyden kuin muut askelmoottorityypit. Ohut levymagneetti mahdollistaa hienomman askelmäärätarkkuuden tiettyä kokoa kohti, suuremman kiihtyvyyden ja suuremman huippunopeuden kuin tavanomaisilla askelmoottoreilla. Levymagneettimoottorit soveltuvat erityisen hyvin sovelluksiin, joissa tarvitaan askelmoottorin tarkkuutta ja harjattoman tasavirtamoottorin nopeutta ja kiihtyvyyttä. Suljettu ohjaussilmukka tarjoaa kustannustehokkaan edun servoratkaisuun verrattuna.

Askelmoottoreiden käyttöalueet:

Askelmoottorit soveltuvat moniin erilaisiin liikkeenohjaussovelluksiin. Niitä käytetään usein aloilla, joilla tarvitaan tarkkaa paikannusta:

1. Teollinen valmistustekniikka:
Esimerkiksi CNC-jyrsinkoneissa jyrsimen liikkeiden ohjaamiseen X-, Y- ja Z-akselilla,

2. 3D-tulostimet:
3D-tulostimissa ekstruuderin ja tulostusalustan tarkkaan liikuttamiseen.

3. Robotiikka:
Robottikäsivarren niveliä ohjataan usein askelmoottoreilla tarkkojen liikkeiden varmistamiseksi.

4. Ohjaus ja automaatio:
Niitä käytetään laajalti teollisuuden ohjausjärjestelmissä, esimerkiksi venttiilien ja kuljetinhihnojen ohjauksessa.

5. Optiset järjestelmät:
Askelmoottoreita käytetään teleskoopeissa ja mikroskoopeissa linssien ja peilien asennon hienosäätöön.

6. Lääketieteellinen tekniikka:
Askelmoottoreita löytyy lääketieteellisistä laitteista, jotka vaativat tarkkoja liikkeitä, kuten ruiskupumpuista tai annostelulaitteista.

Askelmoottoreiden edut:

• Askelmoottorit voivat kiinteän askellusliikkeen ansiosta lähestyä asentoja hyvin tarkasti ilman, että tarvitaan palautejärjestelmää, kuten enkooderia.
• Niitä ohjataan yksinkertaisilla pulssisarjoilla, mikä helpottaa integrointia elektronisiin järjestelmiin.
• Erittäin suuri vääntömomentti jopa pienillä nopeuksilla.
• Nopea käynnistys suuren vääntömomentin ansiosta, helppo pysäytys suuren pitomomentin ansiosta. Tämä mahdollistaa nopean pyörimissuunnan vaihtamisen. Käynnistys-pysäytys-ominaisuuden yksinkertainen rakenne on myös erittäin tärkeä monissa sovelluksissa.
• Toinen tärkeä positiivinen ominaisuus on moottorin yksinkertainen ohjaus.

Askelmoottoreiden haitat:

• Askelmoottorit voivat menettää askeleita ylikuormituksen tai riittämättömän virransyötön yhteydessä, mikä johtaa epätarkkuuksiin.
• Tietyillä nopeuksilla askelmoottoreihin voi kehittyä resonansseja, jotka johtavat tärinään ja meluun.
• Askelmoottorit voivat myös kuluttaa virtaa pysähdyksissä, mikä lisää energiankulutusta.

Askelmoottorit ovat monipuolisia ja luotettavia taajuusmuuttajia, jotka ovat välttämättömiä monissa tarkoissa ja vaativissa sovelluksissa. Oikean moottorin valinta ja ohjaimen huolellinen valinta ovat ratkaisevia, jotta tätä tekniikkaa voidaan hyödyntää täysimääräisesti.

Seuraavassa on katsaus tärkeimpiin kriteereihin, joita askelmoottoreita hankittaessa on syytä ottaa huomioon:

Askelmoottoreita ostettaessa on otettava huomioon useita tärkeitä tekijöitä, jotta voidaan varmistaa, että moottori soveltuu kyseiseen sovellukseen.

• Askelluskulma ilmoittaa, kuinka monta astetta moottorin akseli liikkuu jokaisella askeleella. Pienempi askelkulma mahdollistaa suuremman resoluution ja siten tarkemmat liikkeet. Suurta tarkkuutta vaativissa sovelluksissa pieni askelkulma on suositeltava.
• Pidätysmomentti on suurin vääntömomentti, jonka moottori voi pitää staattisessa asennossa. Suurempi pitomomentti on tärkeä, jos moottorin on pidettävä raskaita kuormia, erityisesti pysähdyksissä.
• Nimellisvirta ilmoittaa, kuinka paljon virtaa moottori tarvitsee täydellä kuormalla, ja nimellisjännite ilmoittaa moottorin käyttöjännitteen. Moottorin ohjaimen (ajurin) on tuettava näitä parametreja. Suuremmalla nimellisvirralla voidaan tuottaa enemmän tehoa, mutta se edellyttää myös asianmukaista jäähdytystä.
• Askeltaajuus osoittaa, kuinka monta askelta moottori voi suorittaa sekunnissa. Suurempi askeltaajuus mahdollistaa nopeammat liikkeet, mutta vaatii myös vastaavasti suunniteltua ohjauselektroniikkaa.
• Kooderit valvovat moottorin akselin asentoa, ja niitä voidaan käyttää tarkkaan ohjaukseen. Kooderit ovat välttämättömiä sovelluksissa, joissa tarvitaan todellisen asennon palautetta.
• Moottorin koko, joka ilmoitetaan usein NEMA-muodossa (esim. NEMA 17, NEMA 23), kuvaa moottorin fyysisiä mittoja. Koon on vastattava sovelluksen mekaanista rakennetta
• Akselin tyyppi (sileä, litteä tai kierteitetty) ja halkaisija määrittävät, miten moottori on mekaanisesti liitetty. Akselin on oltava yhteensopiva käytettävän vaihteiston tai kytkimen kanssa.
• Yksinapaiset ja kaksinapaiset moottorit eroavat toisistaan käämien ja virtapiirien tyypin suhteen. Bipolaariset moottorit tarjoavat usein enemmän vääntömomenttia, kun taas unipolaariset moottorit ovat helpommin hallittavissa.
• Ympäristöolosuhteet, kuten lämpötila, kosteus ja pöly, voivat vaikuttaa moottorin suorituskykyyn ja käyttöikään. Moottorin on sovelluttava erityisiin ympäristöolosuhteisiin, joissa sitä käytetään.
• Moottorin valinnassa on suositeltavaa ottaa huomioon hinnan lisäksi myös laatu ja luotettavuus.

Oikean askelmoottorin valinta riippuu suuresti sovelluksen erityisvaatimuksista. Tekniset tiedot kannattaa tarkistaa huolellisesti ja mahdollisesti kuulla asiantuntijoita parhaan valinnan tekemiseksi.

Askelmoottoreita voi ostaa eri toimittajilta. Kattavat tiedot askelmoottoreiden valmistajista ja toimittajista kaikkialta maailmasta löytyvät Exportpagesista.