Unterschied zwischen bürstenlosem Motor und Schrittmotor

Ich denke, ich verstehe die Funktionsprinzipien eines bürstenlosen Motors und eines Schrittmotors, aber ich bin ein wenig verwirrt über den Unterschied. Ist ein bürstenloser Gleichstrommotor ein sehr einfacher Schrittmotor? Könnte ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer geeigneten Steuerung als Schrittmotor betrieben werden? Wenn nicht, wie unterscheiden sie sich?

Kann jemand für einen Elektronik-Neuling die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Schrittmotoren und bürstenlosen Gleichstrommotoren hervorheben?

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— mrsoltys
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Keine Antwort auf die Frage, aber dieser Link weist darauf hin, dass die Hurst AC-Synchronmotoren "baugleich zu den HURST®-Schrittmotoren" sind.

— Bis zum

Die beiden sind im Grunde weitgehend gleich. Sie unterscheiden sich jedoch in der beabsichtigten Anwendung. Ein Schrittmotor soll in gut Schritten betrieben werden. Ein BLDC-Motor soll für eine gleichmäßige Bewegung betrieben werden.

Da Schrittmotoren zur Bewegungssteuerung verwendet werden, ist eine Wiederholbarkeit der Schritte wünschenswert. Das heißt, wenn Sie mit einem Schritt beginnen, dann mit einem anderen, dann wieder mit dem ersten, sollten Sie idealerweise genau dorthin zurückkehren, wo sie vorher waren. Verschiedene Dinge können das durcheinander bringen; Schlupf in den Lagern, Reibung usw. BLDC-Motoren sind für ein gleichmäßiges Drehmoment zwischen den Schritten und nicht für Wiederholbarkeit optimiert.

Schrittmotoren sind so ausgelegt, dass sie das Haltemoment maximieren. Dies ist die Fähigkeit des Schrittmotors, die mechanische Last in einem der Schritte zu halten. Dies wird erreicht, indem der Wicklungsstrom hoch gehalten wird, obwohl der Rotor mit dem Stator ausgerichtet ist. Dies verschwendet viel Energie, da es kein Drehmoment erzeugt, es sei denn, die Last versucht, sich aus der Position zu drehen, aber es ist kein Rückkopplungsmechanismus erforderlich.

Andererseits werden BLDCs typischerweise mit dem Rotor betrieben, der dem Stator nacheilt, so dass ein angelegter Strom immer ein maximales Drehmoment erzeugt, wie es ein Bürstenmotor tun würde. Wenn weniger Drehmoment gewünscht wird, wird der Strom verringert. Dies ist effizienter, aber man muss die Position der Last erfassen, um zu wissen, wie viel Drehmoment angewendet werden muss. Folglich sind Schrittmotoren normalerweise größer, um die zusätzliche Wärme aufzunehmen, die entsteht, wenn der Motor ständig mit maximalem Strom betrieben wird.

Für die meisten Anwendungen wird von einem Stepper außerdem erwartet, dass er kleine Schritte für eine präzise Bewegungssteuerung ausführen kann. Dies bedeutet eine große Anzahl von Magnetpolen. Ein Schrittmotor hat typischerweise Hunderte von Schritten pro Umdrehung. Ein BLDC hat normalerweise viel weniger. Zum Beispiel habe ich kürzlich mit einem BLDC von einer Festplatte gespielt, und es hat vier "Schritte" pro Umdrehung.

Schrittmotoren sind in der Regel zuerst für maximales Haltemoment und dann für Geschwindigkeit ausgelegt. Dies bedeutet normalerweise Wicklungen mit sehr vielen Windungen, wodurch ein stärkeres Magnetfeld und damit mehr Drehmoment pro Stromeinheit erzeugt wird. Dies geht jedoch zu Lasten einer erhöhten Gegen-EMK, wodurch die Geschwindigkeit pro Einheitsspannung verringert wird.

Außerdem werden Schrittmotoren normalerweise in einem Abstand von 90 Grad von zwei Phasen angetrieben, während BLDCs normalerweise drei Phasen mit einem Winkel von 120 Grad haben (obwohl es in beiden Fällen Ausnahmen gibt):

Schrittmotor

BLDC

Trotz dieser Unterschiede kann ein Stepper wie ein BLDC oder ein BLDC wie ein Stepper betrieben werden. Angesichts der widersprüchlichen Designabsichten ist das Ergebnis jedoch wahrscheinlich nicht optimal.

— Phil Frost
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Die meisten BLDC-Steuerungen, die ich gesehen habe, wurden nicht für die gleiche Positionsgenauigkeit wie Stepper entwickelt. Gibt es jedoch einen Grund, warum BLDC-Motoren keine Steuerung mit der vom Rotationssensor gebotenen Präzision bieten sollten? Wenn ich etwas so schnell wie möglich um genau 12,25 Umdrehungen drehen möchte, würde ich meinen, dass ein BLDC-Motor die Aufgabe besser erledigen kann als ein Schrittmotor, da ein Schrittmotor mit einem pessimistischen Beschleunigungsprofil angetrieben werden muss, ein BLDC-Motor dies jedoch tun würde habe keine solche Einschränkung.

— Superkatze

@supercat Kein besonderer Grund. Aber mit dem BLDC und einem Rotationssensor ist das, was Sie haben, ein Servo, und Sie brauchen eine Art Rückkopplungsschleife, um es zu steuern. Das gleiche kann mit einem Bürstenmotor erreicht werden. Schrittmotoren haben normalerweise keine Rotationssensoren und werden ohne Rückkopplungsschleife angetrieben (außer Endschalter, um das Ende des Bewegungsbereichs zu finden). Sie müssen daher keine Schritte für die Positionsgenauigkeit verpassen. Das vereinfacht den Fahrer, schränkt aber auch Geschwindigkeit und Drehmoment ein.

— Phil Frost

Mit einem intelligenten Servocontroller würde man die sanfteste Bewegung erzielen, aber wenn man einen BLDC-Motor um 12,25 Umdrehungen bewegen möchte und sich nicht besonders für die Laufruhe interessiert, würde es ein besonderes Problem geben, den Motor einfach vorwärts laufen zu lassen, bis er einen Punkt erreicht kurz vor dem Ziel, es dann für die Zielphase festlegen und rückwärts ausführen, wenn es zu weit überschießt? Schrittmotoren sind schrecklich ineffizient, aber es scheint, dass das Hinzufügen eines Drehgebers und einer Bremse den Wirkungsgrad enorm verbessern könnte.

— Supercat

@supercat Ich denke das zählt noch als Servo. Es gibt insbesondere kein Problem damit, aber wenn der Servoregler "einfach" ist, ist er wahrscheinlich nicht so genau oder wiederholbar oder hat ein so hohes Haltemoment wie ein Schrittmotor gleicher Kosten und sogar ein "einfaches" Servo Controller ist komplexer als ein Stepper, der überhaupt keinen Controller benötigt. Ich nehme an, für ein batteriebetriebenes Gerät wäre die Ineffizienz eines Steppers ein großes Problem, aber für alles, was an die Wand angeschlossen ist, ist elektrischer Strom billig und reichlich vorhanden.

— Phil Frost

Wenn ein Haltemoment erforderlich ist, muss entweder ein Schrittmotor oder eine Bremse verwendet werden. Effizienz ist jedoch nicht nur aus Gründen des Stromverbrauchs wichtig. Ein effizienterer Motor kann kleiner und leichter sein als ein Motor, der in der Lage sein muss, mehr Leistung als Wärme abzuleiten, als es jemals erforderlich sein wird, mechanisch zu produzieren. Ich denke, eine Kombination aus BLDC (oder intermittierendem Schrittmotor), Drehgeber und Bremse könnte in vielen Fällen kleiner, leichter und billiger sein als ein Schrittmotor mit der gleichen Höchstgeschwindigkeit und dem gleichen nutzbaren Drehmoment.

— Supercat

Ein Schrittmotor ist eine Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der jedoch eine bestimmte physikalische Anordnung von Spulen und Stator aufweist, um eine festgelegte Anzahl von Anschlägen oder Arretierungen zu erzielen, die den gesamten Rotationskreis unterteilen.

Die Anzahl der Pole eines Schrittmotors bestimmt die Schrittweite oder die Anzahl der Unterteilungen oder "Vollschritte", wenn Sie möchten.

Mit einigem Aufwand beim Erregen der Schrittmotorspulen können moderne Schrittmotoren mit geeigneten Steuerungen jedoch häufig eine Drehung in Teilschritten, die als Mikroschritt bezeichnet wird, bereitstellen.

TL; DR: Schrittmotoren sind (normalerweise) eine Untergruppe der Brushless Motor-Familie.

Geschaltete Reluktanzmotoren sind eine andere Form von Schrittmotoren, die sich etwas von den Standard-BLDC-Schrittmotoren unterscheidet.

— Anindo Ghosh
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