Unterschied zwischen bürstenlosem Motor und Schrittmotor

Ich glaube, ich verstehe die Funktionsprinzipien eines bürstenlosen Motors und eines Schrittmotors, aber ich bin etwas verwirrt über den Unterschied. Ist ein bürstenloser Gleichstrommotor ein sehr einfacher Schrittmotor? Könnte ein bürstenloser Gleichstrommotor mit der richtigen 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?

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

Antworten (2)

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

Da Schrittmotoren zur Bewegungssteuerung verwendet werden, ist eine Wiederholbarkeit der Schritte wünschenswert. Das heißt, wenn Sie bei einem Schritt beginnen, dann zu einem anderen, dann wieder zurück zum ersten, sollte es idealerweise genau dorthin zurückkehren, wo es vorher war. Verschiedene Dinge können dies durcheinander bringen; Schlupf in den Lagern, Reibung usw. BLDC-Motoren sind für gleichmäßiges Drehmoment zwischen den Schritten optimiert, nicht für Wiederholbarkeit.

Schrittmotoren sind so konzipiert, dass sie das Haltemoment maximieren , die Fähigkeit des Schrittmotors, die mechanische Last bei 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 vermeidet die Notwendigkeit eines Rückkopplungsmechanismus.

Andererseits werden BLDCs typischerweise so betrieben, dass der Rotor dem Stator nacheilt, sodass der angelegte Strom immer ein maximales Drehmoment erzeugt, was ein Motor mit Bürsten tun würde. Wenn weniger Drehmoment erwünscht ist, wird der Strom verringert. Dies ist effizienter, aber man muss die Position der Last erfassen, um zu wissen, wie viel Drehmoment aufzubringen ist. Folglich sind Schrittmotoren normalerweise größer, um die zusätzliche Wärme aufzunehmen, die entsteht, wenn der Motor die ganze Zeit mit maximalem Strom betrieben wird.

Außerdem erwarten die Menschen für die meisten Anwendungen, dass ein Stepper 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 wird normalerweise viel weniger haben. 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 auf maximales Haltemoment und dann auf Geschwindigkeit ausgelegt. Dies bedeutet normalerweise Wicklungen mit sehr vielen Windungen, was ein stärkeres Magnetfeld und damit mehr Drehmoment pro Stromeinheit erzeugt. Dies geht jedoch auf Kosten einer erhöhten Gegen-EMK, wodurch die Geschwindigkeit pro Spannungseinheit verringert wird.

Außerdem werden Schrittmotoren normalerweise von zwei Phasen angetrieben, die um 90 Grad voneinander entfernt sind, während BLDCs typischerweise drei Phasen haben, 120 Grad Teil (obwohl es in beiden Fällen Ausnahmen gibt):

Schrittmotor
Schrittwicklungen

BLDC
BLDC-Wicklungen

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 alles andere als optimal.

Die meisten BLDC-Controller, die ich gesehen habe, wurden nicht für die gleiche Art von Positionsgenauigkeit wie Schrittmotoren entwickelt, aber gibt es einen Grund, warum BLDC-Motoren keine Steuerung mit der Genauigkeit bieten sollten, die der Rotationssensor bietet? Wenn ich etwas so schnell wie möglich um genau 12,25 Umdrehungen drehen möchte, sollte ein BLDC-Motor meiner Meinung nach in der Lage sein, die Arbeit besser zu erledigen als ein Schrittmotor, da ein Schrittmotor mit einem pessimistischen Beschleunigungsprofil angetrieben werden muss, ein BLDC-Motor jedoch würde haben keine solche Einschränkung.
@supercat Kein besonderer Grund. Aber mit dem BLDC und einem Rotationssensor haben Sie ein Servo, und Sie brauchen eine Art Rückkopplungsschleife, um es zu steuern. Dasselbe kann mit einem Bürstenmotor erreicht werden. Stepper haben normalerweise keine Rotationssensoren und werden ohne Rückkopplungsschleife angetrieben (außer Endschaltern, um das Ende des Bewegungsbereichs zu finden), sodass sie darauf angewiesen sind, keine Schritte für die Positionsgenauigkeit zu verpassen. Das vereinfacht den Fahrer, schränkt aber auch Geschwindigkeit und Drehmoment ein.
Mit einem intelligenten Servocontroller würde man die reibungsloseste Bewegung erzielen, aber wenn man einen BLDC-Motor um 12,25 Umdrehungen bewegen möchte und sich nicht besonders um die Laufruhe kümmert, gäbe es ein besonderes Problem, wenn man den Motor einfach vorwärts laufen lässt, bis er einen Punkt erreicht kurz vor dem Ziel, dann für die Zielphase einstellen und rückwärts laufen lassen, wenn es zu weit überschießt? Schrittmotoren sind schrecklich ineffizient, aber es scheint, dass das Hinzufügen eines Drehgebers und einer Bremse die Effizienz enorm verbessern könnte.
@supercat Ich denke, das zählt immer noch als Servo. Es gibt insbesondere kein Problem damit, aber wenn der Servocontroller "einfach" ist, ist er wahrscheinlich nicht so genau oder wiederholbar oder hat so viel Haltemoment wie ein Stepper mit gleichen 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 wird, ist elektrischer Strom billig und reichlich vorhanden.
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 einer, der in der Lage sein muss, mehr Leistung als Wärme abzugeben, als jemals mechanisch erzeugt werden muss. Ich würde denken, dass eine Kombination aus einem BLDC (oder Schrittmotor mit intermittierendem Betrieb) plus Drehgeber plus Bremse in vielen Fällen kleiner, leichter und billiger sein könnte als ein Schrittmotor mit der gleichen Höchstgeschwindigkeit und dem nutzbaren Drehmoment.
@PhilFrost, also kann technisch gesehen HDD BLDC zur Positionssteuerung verwendet werden, ohne zusätzliche Encoder zu verwenden, oder? wie Schritte sind etwas wiederholbar? Ich habe dieses Video gefunden, in dem die Schritte wiederholbar zu sein schienen

Ein Schrittmotor ist eine Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors, jedoch mit einer bestimmten physikalischen Anordnung von Spulen und Stator, um eine feste Anzahl von Anschlägen oder Arretierungen zu erreichen, die den vollen Rotationskreis unterteilen.

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

Moderne Schrittmotoren mit geeigneten Controllern können jedoch mit etwas ausgefeilter Fußarbeit bei der Erregung der Schrittmotorspulen oft eine Drehung in Teilschritten bereitstellen, die als Mikroschritt bekannt ist.

TL; DR: Schrittmotoren sind (typischerweise) eine Untergruppe der bürstenlosen Motorfamilie.

Geschaltete Reluktanzmotoren sind eine andere Form von Schrittmotoren, die sich etwas vom Standard-BLDC-Schrittmotor unterscheiden.

Der BLDC-Motor von HDD kann also ohne externe Encoder zur Positionsregelung verwendet werden, oder?
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